Процессы окисления сульфидов в приповерхностных условиях

Сульфиды очень подвержены вторичным изменениям и в приповерхностных условиях в средах богатых водой и кислородом (т.е. выше уровня грунтовых вод, в зоне просачивания) большинство сульфидов легко окисляется. Основные факторы окисления это: кислород, бактерии и электрохимические реакции.

Например, реакция кислородного окисления халькопирита:

CuFeS₂(халькопирит) +4O₂→CuSO₄+FeSO₄(оба в растворе),

CuFeS₂(халькопирит) +CuSO₄→CuS(ковеллин) +FeSO₄ (в растворе);

FeSO₄→ Fe₂(SO₄)₃→Fe³⁺ (лимонит) +SO₄^2-.

Этими процессами можно объяснить образование ковеллина и лимонита за счет окисления халькопирита.

Электрохимические реакции обусловлены тем, что на контактах сульфидов разного состава возникает электродвижущая сила, способствующая выносу ионов серы и железа.

Мощным фактором окисления сульфидов являются бактерии. Живые клетки являются окислителями, а в 1 мл растворов или в 1 г руды содержится порядка 10⁸–10⁹клеток.

В результате совместного действия трех вышеуказанных факторов над первичными рудами образуются зоны (покровы) окисленных руд. Мощность зоны окисления бывает разной от долей до целых метров, а иногда и десятков метров. Зависит все от местных условий: климата, рельефа, гидрогеологических условий, трещиноватости руд, их строения и состава.

Зоны окисленных руд представляют собой яркие «шляпы» вторичных руд – железные охры, медные выцветы и пр. Их используют в качестве поисковых признаков первичных руд. Благодаря яркости, пестроте их окраски, они легко распознаются на местности, а по набору вторичных минералов можно предсказать состав первичных руд. Но главное, под зоной окисленных руд обычно имеются наиболее богатые участки. Они приурочены к зоне вторичного сульфидного обогащения, которые образуются в результате перемещения сюда по трещинам и порам рудного вещества и цементации этим веществом первичных сульфидов. Так образуются сплошные массивные наиболее богатые руды, состоящие из вещества различного происхождения: первичного и вторичного. Вверху, например, меднорудных месторождений образуется так называемая железная шляпа, представленная ячеистым лимонитом. в железной шляпе встречаются промышленные концентрации золота, которое скопилось после высвобождения золотин из сульфидов при их разложении. Ниже идет зона окисления, верхняя часть которой состоит из ноздреватого лимонита, в пустотах встречается зеленый малахит, ярко синий азурит, белоснежный ангидрит, серый прозрачный церуссит, небесно-голубой аурихальцит, зеленоватый смитсонит, голубовато-зеленая хризоколла и т.д. В средней зоне окисления – зоне вторичного обогащения сосредоточены массивные медные руды (борнит, халькозин, ковеллин). Самая нижняя зона окисленных руд представлена пиритом, халькопиритом, галенитом, сфалеритом, т. е. свинцовыми и цинковыми рудами.

Оксиды

К оксидам относятся простые по своей природе минералы, такие как кварц SiO₂, корундAl₂O₃, гематитFe₂O₃, пиролюзитMnO₂, касситеритSnO₂, магнетитFeFe₂O₄, шпинельMgAl₂O₄и т. д. Главным по распространенности является кварц (около 13 % массы земной коры), оксиды железа (гематит и магнетит), оксиды марганца (пиролюзит и др.). Многие из них имеют большую практическую ценность: как источники извлечения металлов (железо, титан, марганец, хром, олово); как особо твердые материалы для изготовления абразивных порошков (корунд, шпинель); как минеральное сырье с определенными свойствами: пьезоэлектрик (кварц), генераторы лазерного излучения (корунд). К оксидам также относятся многие ювелирные разновидности минералов – рубин и сапфир, шпинель (лал).

В оксидах единственным анионом является кислород, но разнообразие других компонентов очень велико. Это типичные металлы (железо, титан), полуметаллы (мышьяк, сурьма), химические элементы с амфотерными свойствами (алюминий). Химические связи между ионами различные: металлические, ковалентные, ионные, смешанные. Все это приводит к большому разнообразию структур оксидов. Среди оксидов выделяют две группы – простые и двойные. Простые – это оксиды типа RO,RO₂,R₂O₃и т. п. Выделение сложноых оксидов довольно условно, это оксиды типаR_xR_yO_z, например,MgAl₂O₄,FeTiO₃,BeAl₂O₄. Отличие двойных кислот от солей кислородных кислот, которые имеют внешне такое же написание формулы (перовскитCaTiO₃, кальцитCaCO₃, шеелитCaWO₄и др.) в том, что соли в структуре имеют обособленные анионные группировки – комплексные ионы, а оксиды их не имеют. Хотя некоторые минералы имеют структуру, которая не позволяет с уверенностью отнести их той или иной группе, например, вольфрамит (Fe,Mn)WO4 в одних учебниках относится к солям, а в других к оксидам.