17, Минералы зоны окисления сульфидных месторождений

Если же экзогенному изменению подвергаются рудные, особенно сульфидные ассоциации, возникают зоны окисления.

Выше уровня грунтовых вод в условиях нисходящей циркуляции приповерхностных вод зоны аэрации формируется собственно зона окисления (1) с такими подзонами:

а) подзона окисленных руд. Это область воздействия атмосферного кислорода, дождевых вод и углекислоты. Здесь происходит интенсивное окисление сульфидов и образование вторичных оксидов, гидроксидов и других минералов. Растворы постепенно обогащаются растворимыми сульфатами и другими промежуточными продуктами реакций и просачиваются глубже;

б) подзона выщелоченных окисленных руд. Здесь усиливается выщелачивание сульфидов и вынос металлов высококислыми растворами-электролитами;

в) подзона богатых окисленных руд. Это окисленная верхушка нижележащей зоны вторичного обогащения сульфидами.

Ниже, в условиях боковой циркуляции грунтовых вод, в восстановительных условиях формируется зона вторичного сульфидного обогащения (2). Еще ниже, в зоне застойных вод, находятся неизмененные первичные руды (3).

Главные факторы формирования зоны окисления сульфидных месторождений - химическое и биогенное окисление минералов и электрохимические процессы. Реакции идут не только с участием кислорода, но и таких химически активных веществ, как H₂SO₄, CuSO₄, FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃, которые образуются при окислении:

4FeS₂ (пирит) + 15O₂ + 2H₂O = 2Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂SO₄;

CuFeS₂ (халькопирит) + 4O₂ = Cu(SO₄) + Fe(SO₄);

2CuFeS₂ + 3CuSO₄ + 3FeSO₄ = Cu₅FeS₄ (борнит) + 2Fe₂(SO₄)₃;

Cu₅FeS₄ + Cu⁺² = 2Cu₂S (халькозин) + 2CuS + Fe⁺²;

CuS + 2ē = Cu^o + S^-2.

Таким образом, изменение, например, халькопирита схематически представлено на рис. 23. Кроме того, в зоне окисления идут реакции с другими компонентами, присутствующими в растворах или твердых фазах. Таким путем выше уровня грунтовых вод образуется большое число оксидов и гидроксидов (куприт, ли­монит), карбонатов (ма­ла­хит, азурит, смитсонит, це­руссит), сульфатов (ан­глезит, гипс, ярозит), силикатов (виллемит, гемиморфит), молибдатов (вуль­­фенит, повеллит). При окислении сульфидов и гидролизе сульфатов железа образуются гидроксиды Fe (охристый лимонит, натечные агрегаты гётита).

Иногда их так много, что породы оказываются совершенно бурыми. Обогащенную железом верхнюю часть зоны окисления часто называют железной шляпой.

Воды зоны окисления после насыщения легкорастворимыми соединениями выступают как раствор электролита, в котором пары минералов образуют микрогальванические элементы. В такой паре минерал-анод будет растворяться, а минерал-катод - нет. Этим объясняется избирательность и неравномерность окисления различных сульфидов. Примеры пар катод-анод: пирит-галенит, халькопирит-галенит, галенит-сфалерит.

Ниже уровня грунтовых вод окислительная обстановка сменяется восстановительной, поскольку грунтовые воды, уровень которых ограничивается зеркалом ближайших открытых бассейнов, не пропускают глубже свободный кислород, поступающий из верхних частей зоны окисления. Поэтому в растворах сульфатная сера частично восстанавливается до сульфидной. Соответственно, наряду с процессами замещения первичных сульфидов вторичными (развитие ковеллина по халькопириту, сажистого халькозина по пириту), идущими при реакциях с сульфатсодержащими растворами, здесь образуются также вторичные цементационные сульфиды (ковеллин, пластинчатый халькозин) при реакциях Н₂S и металлов, находящихся в растворах. Эти вторичные сульфиды, гораздо более богатые медью, чем окислявшийся первичный халькопирит (или же борнит), цементируют трещинки и поры в минералах первичных сульфидных руд. Поэтому эта часть зоны окисления носит название зоны цементации или зоны вторичного сульфидного обогащения. Ниже, в зоне застойных вод, влияние приповерхностного окисления вообще перестает сказываться и наблюдается постепенный переход к неизмененным первичным рудам.

Для формирования зон окисления сульфидных месторождений вода имеет важнейшее значение - как переносчик реагентов и продуктов окисления. Поэтому в условиях ее недостатка могут формироваться зоны окисления с одной и той же минеральной ассоциацией как на месторождениях, расположенных в зоне вечной мерзлоты, так и в случае, когда окисление идет в засушливых районах Африки (меторождение Цумеб).

В зонах окисления арсенидных малосульфидных месторождений никеля и кобальта главными вторичными минералами являются различные арсенаты (эритрин, аннабергит и другие). Зона цементации с вторичными арсенидами в этих месторождениях не развивается.

из первичн:

1)халькопирит, борнит, блеклые руды:ГЛ: малахит, азурит, хризоколла, куприт, халькозин, ковеллин, медь, лимонит,ВТОР: халькантит, диоптаз, оливенит, торбернит

2) сфалерит:ГЛ: смитсонит, гемиморфит, лимонит,ВТОР: адамин

3) галенит:ГЛ: церуссит, англезит, вульфенит, пироморфит, миметезит,ВТОР: крокоит, ванадинит

4) арсениды:ГЛ: эритрин, аннабергит, скородит, лимонит,ВТОР: арсенолит, мышьяк, гидроксиды Co