Зоны окисления и вторичного обогащения сульфидных месторождений

Близповерхносгные изменения тел полезных ископаемых, вызванные физико-химическими процессами выветривания, имеют вертикальную зональность, обусловленную зональностью приповерхностных вод (рис. 3.27). Область циркуляции этих вод подразделяется на три зоны: 1) аэрации или просачивания; 2) водообмена; 3) застойных вод.

В зоне аэрации происходит окисление минеральных веществ, слагающих тела полезных ископаемых. Ей соответствует зона окисления, которая может быть на месторождениях самых различных генетических классов. Степень развития зоны окисления зависит от климата, геоморфологии и тектоники, состава руд и вмещающих пород, их текстурноструктурного облика. Наиболее интенсивно она проявлена в сульфидных месторождениях, где под действием свободного кислорода, растворенного в воде, и углекислоты происходит разложение сульфидов и других сернистых соединений с образованием серной кислоты и сульфатов, с частичным или полным выщелачиванием рудных компонентов.

Рис. 3.27. Модель зональности окисления сульфидных рудных тел (но В. И. Смирнову):

точки в верхней части колонки — подзона оксидных руд; белое — подзона выщелоченных руд; жирные точки — подзона богатых оксидных руд; черное — зона вторичного обогащения; в клеточку — зона первичных руд Окисление наиболее распространенных сульфидов происходит по схеме:

для халькопирита — СиЕе8₉ + 40₇ = Си50₄ + Ее50₄; для галенита — РЬ8 + 20₃ = РЬБО, (англезит); для сфалерита — 2п8 + 20₃ = ZnSO_Л.

В условиях карбонатной среды:

сульфат меди переходит в малахит и азурит — 2Си80₄ + + 2СаС0₃ + 2Н₂0 Си80₄ • Си (ОН) + 2СаБ0₄ + С0₂;

англезит замещается церусситом — РЬЭ0₄ + С0₂ + + Н₂0 = РЬС0₃ + Н₂50₄;

сульфат цинка приводит к образованию смитсонита — 2п80₄ + СО, + Н₂0 = 2пСО_э + Н₂8 0₄.

Различные миграционные свойства рудных компонентов обусловливают неодинаковые изменения их концентрации, приводящие либо к новообразованиям промышленных руд, либо к их обеднению. В случае возникновения в процессе химического выветривания труднорастворимых комплексов, концентрация рудных компонентов существенно не изменяется, а происходит лишь изменение фазового состава руд, оказывающего сильное влияние на технологию их переработки.

В зоне окисления сульфидных месторождений выделяют поверхностный слой, подзоны оксидных, выщелоченных и богатых оксидных руд (см. рис. 3.24), нередко образующих так называемые железные шляпы. Например, медно-колчеданные месторождения могут быть покрыты железной шляпой, иногда с промышленным содержанием золота и серебра. Общая мощность оксидной зоны изменяется от первых до десятков метров, иногда достигая сотни метров. Глубина распространения зоны окисления и зависимость ее от форм рельефа и неотектоники отчетливо выражены, например, в бортах карьера медно-порфировых месторождений Каджаран, Агарак, Коунрад, Алмалык.

Зона вторичного обогащения, называемая также зоной цементации, формируется ниже зоны окисления в восстановительных условиях при переотложеиии выщелоченных из нее металлов. Она соответствует зоне водообмена (истечения). Возникающие при этом путем замещения вторичные сульфиды и другие новообразования как бы цементируют первичные минералы. Восстановительные условия определяются дефицитом свободного кислорода, наличием гуминовых кислот и других органических соединений, а также первичных сульфидов.

Верхняя граница зоны вторичного обогащения связана с уровнем грунтовых вод. Его временные колебания приводят к перераспределению рудных веществ между зонами окисления и вторичного обогащения, усложняя общую картину зональности в зоне перехода. Еще сложнее — нижняя граница зоны вторичного обогащения с зоной первичных руд. В ней за счет халькопирита возникают халькозин и ковеллин:

5СиЕе5₂ + 11Си30₄ + 8Н₂0 = 8Си₂8 + 5Ее80₄ + 8Н₂Б0₄;

СиЕе5₂ + Си80₄ = 2СиБ + РсБ0₄.

Текстуры оксидных руд могут быть унаследованы от первичных и вновь быть приобретенными в процессе выветривания и окисления этих руд. Нередко они встречаются совместно. К новообразованным относятся остаточные текстуры (землистые и брекчиевые) и переотложенные (корковые, полосчатые, натечные, порошковые).

Помимо химических преобразований в приповерхностных частях у выходов рудных тел происходит механическое изменение тел полезных ископаемых. При этом может произойти изменение пространственного положения и мощности рудных тел, образование отрицательных или положительных форм рельефа.

Зона вторичного обогащения образовалась на некоторых месторождениях меди, урана, золота и серебра и на отдельных участках медно-никелевых месторождений. Она наиболее характерна для медных месторождений различных типов.