Тема 11. Зона окисления рудных месторождений

Рудные тела, выведенные на дневную поверхность при эрозии, подвер- гаются процессам выветривания с изменением их химического и минерального состава. При этом может происходить обогащение зоны окисления полезными компонентами и образование промышленных руд. ^w "■

Наиболее мощные зоны окисления развиваются по рудным телам, сло­женным сульфидами, т.к. при их разложении в условиях кислородной среды

94

образуются такие сильные реагенты как серная кислота. Происходит разделе­ние металлов. Оно обусловлено тем, что металлы, дающие труднорастворимые сульфаты, гораздо дольше задерживаются в зоне окисления, чем металлы, дающие легкорастворимые сульфаты.

Зона окисления в общем случае развивается в пределах зоны активного просачивания грунтовых вод, т.е. в интервале от дневной поверхности до уров­ня грунтовых вод. Обычно глубина зоны окисления колеблется от единиц до десятков метров, достигая в отдельных случаях нескольких сотен метров. Ос­новными агентами окисления рудных месторождений являются поверхностная вода, кислород, угольная и серная кислоты. При этом главное действие на руду оказывает не столько сама вода, сколько растворенные в ней свободные кисло­род и кислоты.

Ниже зоны просачивания, в зоне истечения, грунтовые воды становятся нейтральными или слабо щелочными, бедными кислородом. В связи с этим здесь создаются восстановительные условия и в пределах рудных тел из суль­фатных растворов, поступающих из зоны окисления, образуются вторичные сульфиды - халькозин, халькопирит, аргентит - формируется зона цементации или вторичного сульфидного обогащения.

Ниже зоны истечения располагается зона застойных вод, не переме­щающихся и не содержащих свободного кислорода. Здесь воды находятся в химическом равновесии с минералами рудного тела, которые сохраняют свой первичный состав (зона первичных сульфидных руд). Наиболее интенсивно сульфидные руды окисляются в условиях влажного тропического климата, ме­нее интенсивно - в умеренном климате и весьма незначительно в сухих пус-тынных областях.

В развитии зоны окисления академик С.С. Смирнов выделяет три ота-

дии:

1. Начальная стадия, когда вторичных (гипергенных) минералов мало. Среди них наибольшее развитие имеют сульфаты и отчасти некоторые оксиды и гидроксиды.

■ 2. Средняя стадия, когда гипергенные минералы преобладают над гало­генными. Большинство сульфидов окислено, хотя часть их еще находится в ру-

дах. Широко представлены сульфаты, оксиды, гидроксиды, иногда фосфаты,

арсениты, силикаты.

3. Конечная стадия. Сульфидов практически нет, значительно сокраща­ется количество сульфатов, которые заменяются карбонатами, силикатами, ок­сидами, гидроксидами, составляющими основную минеральную массу зоны окисления.

Зона окисления

Зона просачивания (аэрации)

Подзона выщелачивания

Подзона окисленного

обогащения

Уровень грунтовых вод

Зона истечения (водобмена)

Зона цементации (вторич- ного сульфидного обогащения ' ^,!

Зона первичных сульфидных РУД

Зона застойных вод

При благоприятном сочетании факторов, определяющих поверхностное изменение сульфидных рудных тел, образуется вторичная зональность, которая при полном развитии представляется в следующем виде (сверху вниз): 1 - зона окисленных руд; 2 - подзона выщелачивания; 3 - подзона оксидного обогаще- ния (богатых оксидных руд); 4 - зона цементации или вторичного сульфидного обогащения; 5 - зона первичных руд (рис. 47). .. .

Рис. 47

' ' Подзоны выщелачивания и окисного обогащения в большинстве суль­фидных месторождений отсутствуют, а зона вторичного сульфидного обога­щения встречается практически на месторождениях меди и редко на отдельных месторождениях урана и серебра.

Поведение металлов в зоне окисления различно.

Железо при окислении пирита, пирротина и халькопирита переходит в гидроксид, который дегидратируется и превращается в лимонит или другие

• гидроокислы (гетит, гидрогематит). Эти минералы вместе с ярозитом образуют так называемые железные шляпы.

Необходимо отметить, что лимониты зоны окисления (железных шляп) отличаются весьма своеобразными и характерными текстурами, среди которых встречаются пористые, друзовые, землистые, порошковатые, колломорфные, корковые. Среди пористых наиболее интересны ячеистые текстуры, основу ко­торых составляет прочный каркас кремнисто-лимонитового или кремнистого состава. Ячейки между стенками каркаса полностью или частично выполнены лимонитом. Форма ячеек может быть угловатой (ящичная текстура) или ок­руглой (губковая текстура). Ящичные текстуры характерны для лимонитов, об­разовавшихся за счет халькопирита, борнита, галенита, блеклой руды. Губко-вые текстуры характерны для лимонитов, образовавшихся за счет пирита.

Медь при окислении халькопирита превращается в хорошо раствори­мый сульфат, который выносится в зону вторичного сульфидного обогащения. При большом количестве карбонатов медь может осаждаться в зоне окисления в виде малахита, азурита или хризоколлы, образуя иногда мощные промыш­ленные скопления.

Свинец при окислении галенита образует сульфат, т.е. англезит, ко­торый может переходить в церуссит. Эти соединения являются труднораство­римыми и накапливаются в зоне окисления.

Цинк при окислении сфалерита переходит в легкорастворимый суль­фат и выносится из зоны окисления. При наличии карбонатов он может накап-

• ливаться в виде смитсонита.

Золото сохраняется в зоне окисления в том случае, если образует > макроскопические выделения. Микроскопическое и тонкодисперсное золото в виде суспензионной взвеси может перемещаться до уровня грунтовых вод, где образует своеобразную зону обогащения.

Уран находится в рудах в составе легко растворимых минералов, на­пример, настурана, уранинита, коффинита, которые разрушаются. При этом четырехвалентный уран переходит в шестивалентный и отлагается в виде слю-док (отенит, торбернит, уранофан).

Таким образом, в зонах окисления сульфидных месторождений проис- ходит интенсивное изменение минерального состава. Выносятся сульфаты ме- ди, цинка, отчасти серебро, золото, уран. В зоне истечения они могут реагиро- вать с первичными сульфидами рудного тела, в результате чего образуются вторичные сульфиды халькозин, ковеллин, борнит (зона цементации или вто- ричного сульфидного обогащения). " ' - "^ь'

Помимо сульфидных месторождений, зоны окисления, имеющие про- мышленное значение, образуются на некоторых месторождениях железа и мар- ганца. Мощные, хорошо проработанные зоны окисления отмечаются на место- рождениях железа, первичные руды которых состоят из сидерита. Так, на Ба- кальском месторождении на Южном Урале сидеритовые руды окислены до глубины 100 м и превращены в высококачественные бурые железняки, в про- мышленном отношении более ценные, чем сидеритовые руды. Хотя и очень медленно, но процесс окисления развивается в железорудных месторождениях, в которых главным минералом является магнетит. Окисляясь, магнетит подвер- гается мартитизации, т.е. постепенно преобразуется в гематит. При этом суль- фиды, нередко присутствующие в магнетитовых рудах, особенно в скарновых месторождениях, окисляются, превращаются в гидроксиды железа, а сера вы- носится за пределы рудного тела. Качество железной руды при этом улучшает- ся, так как сера в ней является вредной примесью. ""' " ⁴ "*¹

На месторождениях марганца зоны окисления могут формироваться в том случае, когда среди рудных минералов имеются карбонаты или силикаты марганца: родохрозит, манганокальцит, родонит, марганцевые гранаты, кото­рые при окислении преобразуются в пиролюзит, псиломелан, вернадит и дру­гие оксиды и гидроксиды марганца. Важное промышленное значение имеют марганцевые шляпы, возникшие за счет метаморфических марганецсодержа-щих пород в Индии и Бразилии. Небольшие марганцевые шляпы известны на некоторых месторождениях в России (Мазульское, Усинское), руды которых представлены преимуществнно карбонатами марганца.

Ж.В. СЕМИНСКИЙ, СП. ЛЕТУНОВ,

ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

ИРКУТСК 2001

1Один карат равен 0,2 грамма