ЭНДОГЕННЫХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Общие сведения. Для развития зоны окисления сульфидных и других эндогенных месторождений имеют значение климат, геоморфологические условия, состав руд и свойства вмещающих пород. Наиболее интенсивно сульфидные руды окисляются в условиях влажного тропического климата, менее интенсивно – в умеренном климате, очень слабо – в сухих пустынных и высокогорных полярных областях. В условиях сглаженного рельефа окисление происходит интенсивнее, чем при резком расчлененном рельефе. Состав руд и боковых пород, их проницаемость для поверхностных вод, структура месторождений и условия залегания рудных тел – важные факторы развития зоны окисления. Трещиноватые и пористые руды окисляются более интенсивно. Наличие в окисляющихся рудах пирита приводит к образованию серной кислоты, которая способствует разрушению других сульфидов. Расположение рудных тел в зонах контактов различных пород облегчает развитие процессов окисления; наоборот, залегание рудного тела под водонепроницаемыми породами, препятствующими доступу вод к рудному телу, может затруднить развитие зоны окисления.

Основные агенты окисления рудных месторождений – поверхностная вода, кислород, углекислота, серная кислота. При этом главное действие на руду оказывает не столько сама вода, сколько растворенные в ней свободный кислород и кислоты.

Вследствие просачивания поверхностных вод, изменения их химического состава и постепенного развития процессов окисления и выщелачивания строение зоны окисления на всю ее глубину оказывается неоднородным. В области циркуляции поверхностных вод выделяются три зоны: просачивания, активного водообмена и застойных вод. Зоне просачивания соответствует измененная часть рудных тел, зоне застойных вод – неизмененная часть рудных тел; в зоне водообмена в телах неизмененных полезных ископаемых обычно встречаются измененные участки, а также скопления вторичного переотложенного материала (рис. 62).

Рис. 62. Схема соотношения измененной части рудного тела и зон циркуляции приповерхностных вод среди пород равной проницаемости (разрез поперек речной долины).

Гидродинамические зоны: 1 – просачивания (аэрации), 2 – водообмена, 3 – застойных вод. Рудные зоны:А – окисления, Б – вторичного обогащения, В – первичных руд. Подзоны: а – окисленных руд, б – выщелоченных руд, в – богатых окисленных

В зоне окисления выделяются четыре подзоны: поверхностный слой, подзона окисленных руд, подзона окисленных выщелоченных руд и подзона богатых окисленных руд. Нижняя граница зоны окисления обычно неровная и часто не совпадает с уровнем грунтовых вод в связи с его колебаниями. В зоне окисления все сульфиды неустойчивы и превращаются в сульфаты. При этом растворимые сульфаты выносятся.

Ниже зоны окисления образуется зона вторичного обогащения или цементации. Некоторые металлы (медь, серебро, уран) выносятся из зоны окисления руд и переотлагаются в зоне цементации. Формирование этой зоны связано с недостатком в ней кислорода, в связи с чем создаются восстановительные условия и из сульфатных растворов при отсутствии свободного кислорода выпадают такие минералы, как халькозин, ковеллин, аргентит, регенерированные урановые черни и другие. Образующиеся вторичные сульфиды и другие минералы обогащают данную зону и как бы «цементируют» первичные образования. Поэтому эта зона и называется зоной цементации. Глубина распространения зоны вторичного обогащения значительна и на некоторых месторождениях достигает 400–500 м от поверхности. Зона вторичного обогащения имеет важное промышленное значение на штокверковых медно-порфировых месторождениях.

Зона окисления сульфидных залежей развивается постепенно, в несколько стадий. В начальной стадии первичные минералы только начинают изменяться. Новообразований бывает мало, и они представлены главным образом сульфатами, частично оксидами и гидроксидами. На средней стадии окисления вторичные минералы преобладают над первичными, но в рудах сохраняются наиболее устойчивые сульфиды.

В окисленном материале преобладают оксиды, карбонаты, силикаты. На конечной стадии все сульфиды (кроме киновари) исчезают, а количество сульфатов становится незначительным. Весь материал зоны окисления сложен конечными продуктами разложения.

В окисленных рудах возникают псевдоморфные текстуры (массивные, пятнистые, полосчатые, вкрапленные, прожилковые), каркасные (ящичные, губчатые), остаточные (землистые, шлаковидные, брекчиевые), переотложенные (колломорфные, корковые, полосчатые, натечные, рыхлопорошковые). В поверхностной зоне над сульфидными залежами возникают отрицательные формы рельефа. Детальное изучение окисленных руд (остаточных первичных минералов, каркасных текстур и др.) необходимо для оценки оруденения, скрытого на глубине.

Поведение железа в зоне окисления. В сульфидных рудах основными минералами железа являются пирит, марказит, пирротин. Окисление пирита и марказита происходит по следующей схеме:

2FeS₂ + 7O₂ + Н₂O→2FeSO₄ + 2Н₂SO₄;

12FeSO₄ +6Н₂О + 3О₂→4Fe₂(SO₄) + 4Fe(OH)₃,

В дальнейшем сульфат Fe³⁺ в слабокислых или нейтральных растворах гидролизуется, переходит в гидроксид железа в виде гелей и дает начало образованию гидроксидов железа:

Fe₂(SO₄)₃ + 6Н₂O↔Fe(OH)₃ + 3Н₂SO₄;

4Fe(OH)₃ = 3Fe₂О₃•3Н₂О + 3Н₂О.

В.В. Щербина приводит для железа такую последовательность минеральных превращений:

пирит→мелантерит→фибросферрит→ярозит→лимонит (2Fe₂О₃ × 3Н₂O).

В результате окисления верхние части колчеданных залежей превращаются в железные шляпы.

Образующийся при окислении пирита сульфат Fe³⁺ в свою очередь оказывает воздействие на пирит, что приводит к выделению серы:

FeS₂ +Fe₂(SO₄)₃ = 3FeSO₄ + 2S.

За счет окисления серы образуется серная кислота или SO₂. Пирротин является наиболее легко разлагаемым сульфидом FeS + 2O₂ = FeSO₄ плюс небольшое количество свободной серной кислоты. Закисный сульфат железа FeSO₄ в дальнейшем претерпевает изменение до Fe₂(SO₄)₃, а последний, гидролизуясь, дает гидроксид железа и серную кислоту, т. е. процесс протекает аналогично окислению пирита.

В некоторых условиях пирротин подвергается дисульфидизации, т. е. замещается мельниковитом, марказитом, реже пиритом. Этот процесс происходит в том случае, когда при окислении пирротина образуется достаточное количество H₂S.

Окисление халькопирита и борнита протекает аналогично пириту.

При окислении арсенопирита образуется скородит:

2FeAsS + 6H₂O + 7O₂ = 2[FeAsO₄•2H₂О] + H₂SO₄.

Карбонаты железа в зоне окисления легко разрушаются.

Окисление сидерита происходит по следующей реакции:

4FeCO₃ + 6Н₂O + O₂ = 4Fe(OH)₃ + 4СO₂.

В результате окисления сидеритовых рудных залежей образуются настоящие железные шляпы.

Гематит в зоне окисления, как правило, устойчив. Но при наличии в рудах обильного окисляющегося пирита гематит может превращаться в гидроксиды железа.

Магнетит также устойчив в зоне окисления. Однако нередко наблюдается его мартитизация (замещение гематитом), а при наличии пирита он превращается в гидроксиды.

Таким образом, превращение минералов железа в зоне окисления можно представить в следующем виде: железосодержащий сульфид (или другой минерал)→FeSO₄→Fe₂(SO₄)₃→Fe(OH)₃→лимонит.

Сульфаты железа легко растворимы в воде и выносятся из зоны окисления. Часть железа может мигрировать также в виде гидрозоля Fe(OH)₃. При определенных условиях может осуществляться почти полный вынос железа из зоны окисления. Однако очень часто железо в значительных количествах сохраняется в зоне окисления в виде гидроксидов, ярозита, скородита и других минералов.

Зона окисления никель-кобальтовых месторождений. Наиболее рас­пространенными первичными минералами никеля и кобальта являются сульфиды (пентландит (Ni, Fe)₉S₈, миллерит NiS, линнеит Co₃S₄, карролит Cu(Co, Ni)₂S₄ и др.), сульфоарсениды (кобальтин CoAsS, глаукодот (Со, Fe)AsS, герсдорфит NiAsS) и арсениды (никелин NiAs, шмальтин (Со, Ni)As_3-2, хлоантит (Ni, Co)As_3-2, саффлорит (Со, Fe)As₂, раммельсбергит NiAs₂ и др.).

Все перечисленные минералы в зоне гипергенеза неустойчивы и разрушаются. При окислении судьфидов образуются сульфаты (NiSO₄, CoSO₄, FeSO₄, CuSO₄), которые хорошо растворимы, что в определенных условиях может привести к полному выносу металлов при сохранении лишь небольших количеств гидроксидов железа. Однако следует заметить, что зона окисления месторождения кобальтоносных медистых песчаников Центральной Африки богата сферокобальтитом СоСО₃ и асболаном kМnО•MnO₂•mCoO•nН₂O, которые имеют промышленное значение.

Более сложным является окисление сульфоарсенидных и арсенидных руд никеля и кобальта. В результате окисления возникают разнообразные вторичные минералы. Наиболее распространенными являются ар-сенаты никеля (аннабергит Ni₃(AsO₄)₂•8Н₂O) и кобальта эритрин Co₃(AsO₄)₂•8Н₂O). Минералогия окисленных Ni-Co-арсенидных руд детально изучена на месторождении Хову-Аксы (Тува), где установлена следующая последовательность образования гипергенных минералов: сульфаты→арсенаты→карбонаты→гидроксиды. Главными минералами, в которых фиксируется кобальт, являются эритрин, гетерогенит 2СоО₃•nН₂О и асболан. Реже встречаются сферокобальтит, биберит CoSO₄•7Н₂O,розелит Ca₂Co[AsO₄]₂•2Н₂O.

Таким образом, при окислении сульфидных руд никель и кобальт могут мигрировать и рассеиваться, а при окислении арсенидных руд они остаются в зоне окисления преимущественно в виде арсенатов и некоторых других минералов.

Зона окисления молибденовых месторождений. Главный промышленный минерал молибдена – молибденит – в зоне окисления разлагается и замещается молибдитом и повеллитом. Молибдит образуется при разложении молибденита в кислой среде в результате взаимодействия появляющихся при этом сульфатов железа и молибдена:

2MoS₂ + 9O₂ + 2Н₂O = 2(МоО₂•SO₄) + 2Н₂SO₄;

4Fe(OH)₃ + 6МоО₂•SO₄ + 15Н₂O↔2(Fe₂О₃•3МоО₃•7,5Н₂O) + 6Н₂SO₄.

молибдит

В условиях карбонатной среды вместо молибдита образуется повеллит:

Са(НСО₃)₂ + МоО₂•SO₄ = СаМоО₄ + Н₂SO₄ + 2СО₂.

повеллит

Если в окисляющихся рудах содержится свинец, то может образоваться вульфенит:

2МоО₂•SO₄ +O₂ + 2РbO + 2Н₂O = 2РЬМоО₄ + 2Н₂SO₄.

Таким образом, при окислении молибденитовых руд молибден фиксируется во вторичных минералах. Однако Ф.В. Чухровым описаны случаи выщелачивания и миграции молибдена из зоны окисления, которые возможны в условиях кислой среды, при отсутствии осадителей (карбонатных пород и вод), при длительном развитии процессов окисления. Такие условия имеют место в Центральном Казахстане.

Зона окисления вольфрамовых месторождений. Промышленными минералами вольфрама являются вольфрамит (Fe, Mn)WO₄, гюбнерит (Mn, Fe)WO₄, ферберит FeWO₄ и шеелит CaWO₄. Все перечисленные минералы в зоне гипергенеза устойчивы, перемещаются механическим путем и могут накапливаться в россыпях. Лишь при длительном окислении эти минералы разрушаются и покрываются коричневато-желтыми налетами тунгстита WO₃•nH₂O и ферритунгстита Fe₂O₃•WO₃•6H₂O. Известны и другие гипергенные минералы вольфрама, но они встречаются редко.

Зона окисления медных месторождений. Первичные сульфиды меди, обычно сопровождающиеся сульфидами железа, в зоне окисления неустойчивы, разлагаются и возникает хорошо выраженная зона окисленных руд, особенно на медно-колчеданных и штокверковых месторождениях. Окисление халькопирита происходит по следующей схеме:

CuFeS₂ + 4O₂ = CuSO₄ + FeSO₄.

После образования сульфата окиси железа процесс окисления халькопирита ускоряется, причем часто образуется и самородная сера:

CuFeS₂ + 2Fe₂(SO₄)₃ = CuSO₄ + 5FeSO₄ + 2S.

Иногда окисление халькопирита протекает с образованием серной кислоты и сернистого ангидрида.

Сульфат меди хорошо растворим в воде, и медь мигрирует из зоны окисления. Однако при взаимодействии сульфата меди с жильными минералами руд и вмещающими породами образуются малахит, азурит, хризоколла и многие другие гипергенные минералы зоны окисления. И все же значительная часть меди выносится в зону водообмена, где из раствора выпадают вторичные сульфиды (халькозин, ковеллин, борнит) и возникает зона вторичного обогащения. Образование вторичных сульфидов в зоне цементации происходит по схеме:

5CuFeS₂ + 11CuSO₄ + 8Н₂O = 8Cu₂S + 2FeSO₄ + 8H₂SO₄;

халькозин

CuFeS₂ + CuSO₄ = 2CuS + FeSO₄;

ковеллин

5FeS₂ + 14CuSO₄ + 12H₂O = 7Cu₂S + 5FeSO₄ + 12H₂SO₄;

FeS + CuSO₄ = CuS + FeSO₄.

Таким образом, в верхних частях меднорудных залежей возникает классическая вертикальная зональность. У поверхности располагается подзона окисленных руд. Ниже находится подзона выщелоченных руд, еще ниже – зона вторичного сульфидного обогащения, а затем первичные руды.

Зона вторичного обогащения особенно ценная в промышленном отношении оказывается на штокверковых медно-порфировых месторождениях (рис. 63). Содержание меди в рудах зоны вторичного обогащения в 2–3 раза (и более) выше, чем в бедной прожилково-вкрапленной первичной руде. Глубина распространения руд зоны обогащения на месторождениях этого типа достигает 400–450 м и более.

Хорошо проявлена зона вторичного сульфидного обогащения и на медноколчеданных месторождениях. Так, на месторождениях Урала верхняя часть зоны окисления выражена гидроксидами железа (железная шляпа). Ниже следует подзона ярозита, затем подзона выщелачивания (баритовая и пиритовая сыпучка) небольшой мощности, под которой располагается зона вторичного сульфидного обогащения, а еще ниже первичные сульфидные руды. Таким образом, в зоне гипергенеза медь обладает высокой миграционной способностью, что приводит к образованию хорошо выраженных зон окисления и вторичного сульфидного обогащения.

Рис. 63. Схематический геологи­ческий разрез месторождения Коунрад:

1 – окисленные и выщелоченные руды; 2 – промышленные руды зоны вторичного сульфидного обогащения; 3 – непромышленные первичные (гидротермальные) руды

Зона окисления свинцово-цинковых месторождений.Основным минералом свинца является галенит PbS. В рудах часто, но в небольших количествах встречаются сульфосоли свинца. Главным минералом цинка является сфалерит ZnS. Оба указанных минерала в зоне гипергенеза неустойчивы и достаточно легко окисляются. При окислении галенита образуется англезит (PbS + O₂ = PbSO₄), который обладает весьма малой растворимостью. Но в условиях карбонатной среды англезит неустойчив и замещается церусситом:

PbSO₄ + СO₂ + Н₂O = РbСО₃ + H₂SO₄

или

2PbSO₄ + Са(НСO₃)₂ = 2РbСО₃ + CaSO₄ + H₂SO₄.

Общая цепь изменения сводится к следующему: галенит→англезит→церуссит. Церуссит весьма устойчив и дает значительные скопления. Он может замещаться также пироморфитом Рb₅С1[РO₄]₃, ванадинитом Pb₅Cl[VO₄]₃ и другими минералами. Кроме того, в зоне окисления свинцовых месторождений встречаются плюмбоярозит PbFe₆(OH)₁₂[SO₄]₄, вульфенит РbМоO₄, миметезит PbCl[AsO₄]₃, бедантит PbFe₃(OH)₆[SO₄][AsO₄] и другие гипергенные минералы.

Таким образом, свинец в зоне окисления является малоподвижным элементом. Однако при наличии кислых растворов, характерных для начальных и средних стадий окисления колчеданно-полиметаллических руд, свинец может мигрировать и переотлагаться в виде церуссита и плюмбоярозита.

Окисление сфалерита происходит по схеме:

ZnS + 2O₂ = ZnSO₄

или

ZnS + Fe₂ (SO₄)₃ = ZnSO₄ + 2FeSO₄ + S.

Сульфат цинка обладает большой растворимостью и, в отличие от англезита, легко выносится. Высокая миграционная способность цинка приводит к его выносу из зоны окисления и рассеиванию, что резко отличает цинк от свинца, с которым он теснейшим образом связан в зоне первичных сульфидных руд. Особенно интенсивно выносится цинк из силикатной среды. В условиях же карбонатной среды сульфат цинка взаимодействует с карбонатами и образуется смитсонит:

МеСO₃ + ZnSO₄ = ZnCO₃ + MeSO₄.

Скопления смитсонита часто образуются вне контуров первичного рудного тела, нередко в лежачем его боку (рис. 64). Кроме смитсонита в зоне окисления полиметаллических руд образуются каламин Zn₄(OH)₂(Si₂O₇)•Н₂O, гидроцинкит Zn₅(OH)₆(CO₃)₂, адамин Zn₂(OH)[AsO₄] и др.

Рис. 64. Схематический разрез, иллюстрирующий соотношение окисленных свинцовых и цинковых руд месторождения Турлан (Южный Казахстан):

1 – известняк; 2 – брекчия оседания; 3 – окисленные свинцовые руды; 4 – окисленные цинковые руды

Зона окисления оловорудных месторождений.Главным промышленным минералом олова является касситерит SnO₂. Меньшее значение имеет станнин Cu₂FeSnS₄ и совсем небольшое другие сульфостаннаты: тиллит PbSnS₂, франкеит Pb₅Sn₃Sb₂S₁₁, цилиндрит Pb₃Sn₄Sb₂S₁₄ и др. В зоне гипергенеза касситерит – один из самых устойчивых минералов, накапливается в россыпях, которые являются главным источником получения олова в зарубежных странах.

Сульфостаннаты в зоне окисления неустойчивы. Процесс окисления станнина можно представить в такой схеме:

2Cu₂FeSnS₄ + 17O₂ + 4Н₂O = 4CuSO₄ + 2FeSO₄ + H₂SO₄ + 2H₂SnO₃.

Образующаяся при этом метаоловянная кислота дает коллоидный раствор, быстро коагулирующий. Возникающий гель H₂SnO₃ при последующей дегидратации дает супергенный касситерит.

В касситерит-сульфидных рудах Н.К. Маршуковой и А.Б. Павловским выявлены и описаны такие гипергенные минералы олова, как гидростаннаты с формулой MeSn(OH)₆, где Me может быть представлен двухвалентным железом, цинком, кальцием, медью и минералами группы варламовитов с широкими вариациями в их составе железа, олова и воды. Указанные гипергенные минералы олова развиваются непосредственно по станнину, что свидетельствует о слабой миграции олова в гипергенном процессе.

Зона окисления сурьмяных месторождений.Главный минерал сурьмы – антимонит, который в поверхностных условиях окисляется с образованием сульфата сурьмы: Sb₂S₃ + 6O₂ = Sb₂(SO₄)₃. Сульфат сурьмы весьма неустойчив и гидролизуется с образованием оксидов сурьмы – сервантита Sb₂O₄, стибиоконита Sb₂O₄•nH₂O и в меньшей мере – валентинита Sb₂O₄, кермезита Sb₂S₂O и других, дающих нередко тонкие смеси, псевдоморфно замещающие антимонит.

При окислении буланжерита Pb₅Sb₄S₁₁ и тетраэдрита Cu₃SbS₃ образуются вторичные минералы свинца, меди и оксиды сурьмы.

Таким образом, в зоне гипергенеза сурьма является почти не мигрирующим элементом, так как образующиеся при окислении антимонита и других минералов вторичные оксиды и гидроксиды сурьмы обладают ничтожной растворимостью.

Зона окисления ртутных месторождений.Главный минерал ртути – киноварь HgS – устойчив в условиях зоны окисления, перемещается механическим путем и встречается в шлихах на значительном удалении от коренных источников. Однако при длительном окислении киноварь все же слабо растворяется с образованием сульфата HgSO₄ или хлорида HgCl₂, которые неустойчивы и быстро восстанавливаются с образованием самородной ртути. Реже в зоне окисления ртутных месторождений появляется каломель HgCl и кубическая модификация киновари – метациннабарит. Монтроидит HgO встречается очень редко.

Таким образом, миграция ртути в зоне гипергенеза осуществляется в основном механическим путем в виде киновари.

Поведение золота в зоне окисления золото-сульфидных месторождений.Золото в первичных рудах является самородным видимым, субмикроскопическим (невидимым), рассеянным в сульфидах, а также представлено теллуридами. В зоне гипергенеза самородное видимое золото является химически стойким, перемещается механическим путем и накапливается в россыпях. Теллуриды золота легко разлагаются, причем золото выпадает в виде тонкодисперсного коричневого порошка. Субмикроскопическое золото, освобождающееся из разлагающихся сульфидов, может растворяться (коллоидные или истинные растворы золота в виде хлоридов и сульфатов) и мигрировать как в зоне окисления, так и за ее пределы. Детальное изучение золоторудных месторождений Урала и других районов, проведенное М.Н. Альбовым, показало наличие в этих месторождениях вторичной зональности в распределении золота по вертикали. В кварц-сульфидных жилах на Урале установлен пояс вторичного золотого обогащения на глубине 20–150 м от поверхности. Образование этого пояса М.Н. Альбов объясняет переносом тонкодисперсного золота вниз по трещинкам рудных жил нисходящими водами.

В.М. Крейтером, В.В. Аристовым, И.С. Волынским и другими изучено поведение золота в зоне окисления медноколчеданных месторождений Урала и Центрального Казахстана.

Распределение золота в зоне окисления Майкаинского золотоколчеданно-полиметаллического месторождения представлено на рис. 65. Высокие содержания золота в окисленных рудах возникли в связи с его растворением, миграцией в сульфатной форме и переотложением в самородном виде. Наличие самородного гипергенного золота в буром железняке, ярозите и в сыпучке подтверждается детальным микроскопическим изучением окисленных руд.

Рис. 65. Содержание золота и серебра (в усл. ед.) в зоне окисления месторождения Майкаин (Казахстан):

1 – глины; 2 – бурые железняки; 3 – ярозиты; 4 – кварц-баритовая сыпучка с ярозитом; 5 – кварц-баритовая сыпучка с серой; 6 – колчеданная сыпучка; 7 – первичные колчеданные руды

Поведение серебра в зоне окисления сульфидных месторождений.Среди гипогенных минералов серебра наиболее распространенными являются серебро самородное, аргентит Ag₂S, прустит Ag₃AsS₃, пираргирит Ag₃SbS₃, теллуриды.

В зоне гипергенеза самородное серебро химически устойчиво и переносится механическим путем в россыпи. Аргентит и другие сернистые соединения серебра разлагаются с образованием Ag₂SO₄. Этот сульфат растворим в воде и серебро мигрирует. В результате реакции Ag₂SO₄ + 2FeSO₄↔2Ag + Fe₂(SO₄)₃ в зоне окисления образуется серебро самородное. Кроме того, в окисленных рудах часто встречаются кераргирит AgCl и другие минералы.

Миграция растворимого сульфата серебра приводит к появлению зоны вторичного обогащения, в которой отлагается вторичный аргентит:

MeS + Ag₂SO₄ = Ag₂S + MeSO₄.

Глубина распространения зоны вторичного обогащения серебром на некоторых полиметаллических месторождениях может достигать нескольких сот метров.

Поведение серебра при окислении колчеданных руд Урала и Казахстана аналогично поведению золота (см. рис. 65).

Зона окисления сульфидно-настурановых месторождений.Главными урановыми минералами гидротермальных руд являются коффинит U(SiO₄)_1-x(OH)_4x, настуран (урановая смолка) и уранинит UO₂,_17-2,70. Взоне окисления они легко разрушаются. В присутствии серной кислоты уран переходит в раствор в виде сульфатов четырех и шестивалентного урана, причем в присутствии сульфата окисного железа в кислой среде четырехвалентный уран немедленно окисляется до шестивалентного:

U⁴⁺(SO₄)₂ + Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O→(UO₂)²⁺SO₄ + 2FeSO₄ + 2H₂SO₄.

Сульфат уранила может существовать только в кислых растворах и слабо вступает в реакции. При нейтрализации растворов и их разбавлении образующиеся золи гидроксида урана коагулируют, соосаждаются и сорбируются. В слабощелочной или нейтральной среде иногда образуются уранил-карбонатные комплексы, которые распадаются при изменении рН.

В зависимости от количественного содержания в рудах сульфидов и карбонатов процессы окисления развиваются по-разному. При малом содержании сульфидов урановая смолка превращается в гидронастуран, который переходит в скупит, затем образуется соддиит, который переходит в уранофан.

Таким образом, в щелочной (карбонатной) среде гипергенные превращения первичных урановых минералов сводятся к следующему ряду: ураниты – уранил – карбонаты – уранил-силикаты. При окислении сульфидов возникает кислая среда и образуются урановые слюдки и ураносодержащие лимониты.

В результате окисления сульфидно-настурановых рудных тел возникает (сверху вниз) вторичная вертикальная зональность (рис. 66):

Рис. 66. Схема вторичной зональности при окислении сульфидно-настурановых месторождений (зона окисления слюдкового типа).

Рудные зоны: А – полного окисления; В – полного выщелачивания; С – неполного окисления (и восстановления); D – первичных руд. Гидродинамические зоны: а – просачивания (аэрации); в – сезонных колебаний уровня грунтовых вод; с – насыщения подземными водами. 1 – урансодержащие гиалиты; 2 – гидроксиды и силикаты урана; 3 – урановые слюдки; 4 – второстепенное направление процесса; 5 – настуран, частично измененный; 6 – урановые черни; 7 – настуран

1. Зона окисления:

а) подзона силикатов урана, представленная уранофаном, а также другими минералами с примесью урана – гиалитом, кальцитом, лимонитом;

б) подзона урановых слюдок, преимущественно фосфорно-кальциевых. В случае присутствия в первичных рудах меди и мышьяка образуются торбернит, ураноспинит, цейнерит;

в) подзона выщелачивания, где отсутствуют урановые минералы и лишь в нижней ее части наблюдаются остаточные урановые черни.

2. Зона вторичного обогащения (цементации), где накапливаются регенерированные урановые черни UO₂,_70-2,93.

Контрольные вопросы

1. В чем выражается вертикальная зональность в зоне гипергенного изменения сульфидных месторождений и каковы причины ее возникновения.

2. Каково поведение железа в зоне окисления эндогенных месторождений.

3. Какие гипергенные минералы никеля и кобальта образуются в зоне окисления сульфидных и арсенидных руд этих металлов.

4. Назовите гипогенные минералы вольфрама и охарактеризуйте поведение их в зоне гипергенеза.

5. Какие гипергенные минералы образуются при окислении молибденита.

6. Охарактеризуйте поведение меди в зоне гипергенного изменения халькопиритовых руд.

7. Какие гипергенные минералы возникают при окислении галенит-сфалеритовых руд.

8. Назовите гипогенные минералы олова и рассмотрите поведение их в зоне гипергенеза.

9. Перечислите гипергенные минералы сурьмы и ртути.

10. Охарактеризуйте поведение золота и серебра в зоне гипергенного изменения сульфидных руд, содержащих эти металлы.

11. Какие факторы определяют вертикальную зональность при гипергенном изменении настураново-сульфидных месторождений.