Геология полезных ископаемых - Смирнов В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Состав пород имеет также и другое значение. Одни из них, реагируя с растворенными в грунтовых водах, омывающих залежь полезных ископаемых, активными соединениями, нейтрализуют их и свертывают процесс изменения. Так, например, действуют карбонатные породы на сульфатные растворы зоны окисления сульфидных руд. Другие породы, такие как кварциты, песчаники, отчасти изверженные породы, инертны по отношению к растворенным в воле веществам и не нарушают ход окисления залежей полезных ископаемых.
Структура месторождения определяет пути циркуляции грунтовых вод, и если они благоприятствуют омовению залежей полезных ископаемых водой, то ход приповерхностного изменения интенсифицируется.
ХИМИЗМ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ ЧАСТЕЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Ход химических превращений тел полезных ископаемых в зоне окисления наиболее подробно разобран для сульфидных руд С. Смирновым в 1936 г. Основы химизма этого процесса сводятся к следующему. Большинство сульфидных соединений металлов неустойчивы в зоне окисления. Здесь, под влиянием воды с растворенными в ней кислородом и углекислотой, а также обычно находящихся в ней в зоне окисления сульфидных месторождений H2SO4, JFe2(SC^b и отчасти CuSO4, сульфиды переходят в сульфаты. Экспериментальные исследования М. Сато по разложению сульфидов меди, свинца, серебра, железа и цинка в процессе их окисления показали, что вначале при определенном значении Eh раствора в него переходят атомы серы и металла, а затем уже осуществляется преобразование последних в сульфаты при постепенном снижении Eh и повышении рН раствора.
В связи с различной степенью растворимости сульфатных соединений разных металлов легкорастворимая часть их может быть вынесена циркулирующими водами и рассеяна или переотложена с образованием вторичных окислов рассеяния, а труднорастворимая может сохраниться на месте. При этом в обоих случаях сульфатные соединения, являясь неустойчивыми, окисляются далее, и конечными продуктами измененных руд являются окислы, гидроокислы, карбонаты, в меньшей степени фосфаты, арсенаты и арсениаты, ванадаты, антимонаты и анти-мониаты, молибдаты, хроматы, вольфраматы, уранаты, силикаты, самородные элементы.
Химизм процесса изменения приповерхностных частей сульфидных месторождений может быть представлен на примере окисления пирита, которое идет по схеме
2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O = 2 FeSO4 + 2 H2SO4.
Образовавшийся сульфат закиси железа является неустойчивым и, окисляясь далее, переходит в сульфат окиси
12FeSO4 + 3O2 + 6H2O = 4Fe2(S04)3 + 4Fe(OH)3
или
4 FeSO4 + O2 + 2 H2SO4 = 2 Fe2(S04)3 + 2 H2O.
Сульфат окиси железа в нейтральных или слабокислых растворах также неустойчив и, гидролизуясь, в конечном итоге переходит в гидроокись железа.
Fe2 (S04)3 + 6 H2O Г 2 Fe (OH)3 + 3 H2SO4.
Гидроокись железа представляет собой легко коагулирующий гидрозоль. Выпадающий гель дает начало разнообразным гипергенным минералам железа, среди которых наиболее распространенными являются гидрогематит, гётит и лимонит.
Таким образом, цепь химических преобразований сульфида железа в зоне окисления сводится к следующему:
FeS2 FeSO4 Fe2 (SOJ3 Fe (OH)3 2 Fe2O3 3 H2O.
В результате этих преобразований в верхних частях сульфидных рудных тел накапливаются массы гидроокислов железа, образующие так называемую «железную шляпу».
Следует иметь в виду, что разные сульфиды разлагаются в зоне окисления с различной интенсивностью в зависимости от величины окислительно-восстановительного потенциала и кислотности — щелочности растворов, как это очень хорошо показано Р. Гаррелсом. Порядок окис-' ления и растворения минералов в смеси сульфидов, по мнению И. Гинз^
бурга, хорошо объясняется с электрохимической точки зрения. В смесях сульфидов в результате воздействия гальванических токов легче растворяются металлы более электроотрицательные (цинк сфалерита или медь ковеллина) и труднее — металлы более электроположительные (железо пирита). Все это приводит к достаточно быстрому исчезновению одних сульфидов при частичной и даже полной и длительной сохранности дру-' гих. Наиболее легко разлагаются пирротин, сфалерит и халькозин, практически не разлагается киноварь, с трудом и медленно разлагаются пирит, аргентит, галенит, энаргит; остальные сульфиды занимают промежуточное положение.
Согласно Л. Крамаренко и И. Презреновой, зона окисления сульфидных месторождений представляет арену активного действия денитрофи-цирующих или тионовых, окисляющих серу, бактерий. Под их влиянием сера окисляется по формуле
6 KNO3 + 5 S + 2 CaCO3 = 3 K2SO4 + 2 CaSO4 + 2 CO2 + 3 N2.
Согласно этой формуле, сера сульфидов окисляется до серной кислоты, а нитраты, входящие в состав бактерий, восстанавливаются до молекулярного азота. Такой процесс экзотермичен и сопровождается выделением тепла. Н. Ляликова экспериментальным путем показала, что под воздействием бактерий окисление сульфидов ускоряется в 3—10 раз.
Как уже указывалось выше, сульфаты, образующиеся в процессе окисления рудных тел, обладают различной растворимостью, определяющей возможность перевода их в раствор и вынос за пределы верхней части рудных тел (табл. 39).
