Федеральное агентство по образованию
Сибирский федеральный университет
Институт естественных и гуманитарных наук
Механизм формирования вторичных месторождений меди и цинка
Курсовая работа по физической химии
Студентка 1 курса
О.И. Черных
Оценка "____"
Руководитель, доцент, к.х.н.
А.М. Жижаев
Оценка защиты "____"
Итоговая оценка "_____"
Зав. кафедрой физической химии
В.М. Денисов
Красноярск 2007
Содержание:
Введение.
Литературная часть.
1. Геохимические барьеры.
2. Типы вторичных месторождений.
3. Формирование техногенных месторождений.
Заключение.
Список литературы.
Введение
В месторождениях рудных полезных ископаемых сосредоточена ничтожная часть общего запаса элементов, большая часть элементов рассеяна в земной коре. Следовательно, для образования месторождений требуется протекание геохимических процессов концентрации рассеянных компонентов. Повышенное содержание рудных элементов в горных породах в ряде случаев служит региональным геохимическим поисковым критерием.
Сформировавшееся месторождение может быть на длительное время «законсервированным» в земной коре или разрушаться в результате окислительной эрозии. Поэтому историческая геохимия месторождения включает и историю его разрушения, образование вторичных ореолов рассеяния. Первичное месторождение образуется в земной коре застыванием магмы, затем вещества, входящие в состав магмы, приобретают подвижность, например, путем выветривания и может происходить вторичное концентрирование элементов с образованием вторичных месторождений.
Изучение геохимических закономерностей перераспределения вещества в земной коре и формирования вторичных месторождений позволит техногенными методами формировать вторичные месторождения полезных ископаемых, в частности меди и цинка, в удобных для человека местах.
Литературная часть.
Формирование рудных месторождений – это история концентрации и рассеяния химических элементов в пространстве его рудного поля. Для понимания этих процессов, требуется рассмотреть следующие вопросы:
1. Геохимические барьеры.
2. Типы вторичных месторождений.
3. Формирование техногенных месторождений.
1. Геохимическая обстановка на месторождениях. Геохимическая зональность и геохимические барьеры.
В пределах месторождений условия миграции элементов, как правило, неодинаковы: меняются Eh, рН и другие параметры среды. Это позволяет расчленять месторождения на отдельные подсистемы, однородные по геохимическим условиям. Для многих месторождений основными геохимическими параметрами подсистем (обстановок) служат окислительно-восстановительные и щелочно-кислотные условия [1].
При изучение современных геохимических обстановок огромное значение приобретают гидрогеохимические исследования, которые должны проводится сопряжено с минералого-геохимическими. Только такой единый комплекс исследований позволяет понять, как образуются и разрушаются рудные минералы [2].
Многие рудные месторождения содержат органические вещества (хотя бы рассеянные) сульфиды и другие соединения – источник энергии для микроорганизмов. Воды рудных месторождений часто являются ареной их деятельности. Многие «чисто химические» реакции в действительности являются биогеохимическими, их механизм связан с деятельностью бактерий [8]. Это в значительной степени относится к процессам окисления сульфидов, образованию серных руд, осаждению сульфидов на восстановительном барьере и т. д. [1]. В связи с этим изучение современной геохимической обстановки месторождений должно включать анализ органического вещества и микробиологические исследования. На большинстве месторождений образование руд в настоящее время не происходит. Однако, изучая минеральные ассоциации в породах и рудах, газово-жидкие включения в минералах, химический состав пород и руд, можно восстановить былые геохимические обстановки.
Геохимические обстановки в пределах месторождений образуют закономерный ряд в породах – геохимическую зональность. Она может быть охарактеризована не только по типам измененных пород, но и по смене парагенных ассоциаций элементов. Особенно детально изучена геохимическая зональность эндогенных месторождений [14].
При геохимическом изучении месторождений необходимо анализировать как устойчивые геохимические обстановки, так и геохимические барьеры – контакты между ними [1].
Геохимическими барьерами называют такие участки зоны гипергенеза, в которых на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции, что приводит к концентрации химических элементов [2]. Уменьшение скорости миграции вызывается резкими изменениями параметров окружающей среды – Eh, pH, влажности, минерального состава. В зависимости от изменяющегося параметра такие барьеры называются: окислительно-восстановительными, щелочными (кислотными), испарительными и т. д.
При картировании геохимические барьеры чаще всего представляют собой линии, по которым соприкасаются поля развития эпигенетических процессов. Это означает, что геохимические барьеры возникают на границе эпигенетических процессов различных типов; они занимают определенное место в эпигенетической зональности [17]. Однако эпигенетическая зональность может и не включать геохимические барьеры. В этом случае различные эпигенетические процессы постепенно сменяют друг друга через ряд переходных зон. Геохимические барьеры наблюдаются в почвах, коре выветривания и водоносных горизонтах [2]. Геохимические барьеры так же возникают в магме, гидротермальных растворах, реках, морях и других системах. Их размеры весьма различны. Геологические условия формирования барьеров очень разнообразны, но их геохимическая сущность в самых различных частях земной коры одинакова [1].
К геохимическим барьерам в водоносных горизонтах приурочены рудные тела месторождений ряда полезных ископаемых. Для рудоносной толщи подобных месторождений характерно чередование пластов разной водопроницаемости. Рудные тела образуются в водопроницаемых породах или в породах, которые были водопроницаемы в прошлом (конгломераты, гравийники, пески и песчаники, трещиноватые известняки) [10]. Разделяющие их водоупорные породы (глины, массивные глинистые известняки) обычно безрудны. Высокое содержание металлов в рудах в значительной степени объясняется тем, что они осаждаются из растворов на небольшом расстоянии, в результате резкого изменения физико-химических и других условий среды.
Рассмотрим несколько физико-химических барьеров.
Окислительные геохимические барьеры. Развиваются на участках резкой смены восстановительных условий окислительными или же в общей форме в местах перехода от менее окислительных условий к более восстановительным (или от более восстановительных к менее окислительным). Наиболее изучены такие барьеры в местах смены восстановительной обстановки окислительной, причем главным агентом окисления служит свободный кислород. В связи с этим данную разновидность окислительного барьера можно назвать кислородным барьером [14].
Восстановительные геохимические барьеры. Эти барьеры возникают в тех участках зоны гипергенеза, где окислительные условия сменяются восстановительными или, в более общей форме, где менее восстановительные резко переходят в более восстановительные. В соответствии с двумя основными классами восстановительной среды – сульфидным (сероводородным) и глеевым – устанавливаются и два класса восстановительных геохимических барьера: сульфидный (сероводородный) и глеевый. Оба класса барьеров распространены как в почвах, так и в водоносных горизонтах [2].
Сульфидный барьер. Современные термальные сероводородные барьеры формируются на дне впадин Красного моря, в других морских и океанических районах, в районах вулканизма, в зонах разлома и т. д.[1]. Сульфидный (сероводородный) барьер так же возникает в почвах и водоносных горизонтах, когда дренирующие воды встречают на пути своего движения сероводород (сероводородные воды; выделение газов, содержащих H2S; гниющее органическое вещество). При этом происходит выпадение металлов в форме нерастворимых сульфидов.
Сероводород осаждает медь из природных вод в форме различных сульфидов. Поэтому на участках встречи меденосных вод с сероводородными возникает восстановительный барьер, на котором осаждается медь и ее спутники свинец и цинк [8].
Данный механизм имел большое значение для образования сульфидных медных, свинцово-цинковых и некоторых других руд. Признаком былого проявления H2S в водоносных горизонтах служат эпигенетические сульфиды в породах, в первую очередь пирит [11]. Во впадинах Красного моря горячие металлоносные растворы разгружаются на сероводородном барьере с образованием сульфидных осадков. Последние образуют пласт черного цвета, в котором преобладает сфалерит (есть пирит и халькопирит) [1].
С восстановительным барьером связано формирование некоторых месторождений меди (тип «медистых песчаников»). Медь обладает сравнительно высокой миграционной способностью в окислительных и слабовосстановительных водах, не содержащих H2S. Поэтому сернокислый, кислый и содовый эпигенетические процессы благоприятны для миграции меди [17].
Для месторождений медистых песчаников характерно два типа концентрации меди. Первый тип связан с осаждением меди из подземных вод на участках с локальной восстановительной среды (гниющее органическое вещество). В результате создавалось множество мелких «центров восстановления», где осаждалась медь [10].
Сероводород возникает и за счет десульфуризации сульфатных вод в газонефтеносных областях. Мигрируя с подземными водами, он может обусловливать осаждение меди и других металлов в зоне контакта сероводородных вод с водами, не содержащими этого соединения и несущими повышенное количество металлов. Подобный механизм имел место при образовании некоторых сульфидных месторождений в осадочных породах [9]. Это второй тип концентрации меди в месторождениях типа медистых песчаников [10].