2.3.1.1. Поверхностные изменения месторождений полезных ископаемых

Тела всех полезных ископаемых вблизи земной поверхности подвергаются химическому и физическому выветриванию. При этом залежи одних руд изменяются слабо, других – интенсивнее, а третьих – настолько, что требуются специальные исследования для определения первичного состава минерального сырья. Процессы преобразования сульфидных руд наиболее детально рассмотрены С.С. Смирновым [22]. Наиболее радикальные изменения претерпевают сульфидные залежи, а также пласты углей, месторождения соли и серы.

Весьма показательны особенности текстур окисленных руд. Во многих случаях проявляется тектстурный отпечаток первичного материала и рисунок тончайшей трещиноватости, консервирующийся в окисленном материале в виде каркаса ячеек кремнистого лимонита. Процессы выщелачивания с попутной гипергенной переработкой материала создают серию землистых остаточных текстур, а процессы супергенного переотложения приводят к образованиею более плотных (колломорфных, натечных и других) текстур.

По характеру изменяемости в зоне окисления месторождения металлических полезных ископаемых можно разделить на четыре группы [20, 21]:

1. Рудные минералы практически устойчивы в зоне окисления; содержание металлов в верхних частях соответствуют содержанию в нижних. Важнейшие рудные минералы представлены: Fe – гематит, магнетит, бурый железняк; Mn – пиролюзит, манганит; Al – диаспор, бемит, (бокситы); Cr – хромит; Sn – касситерит; W – шеелит, вольфрамит; Hg – киноварь; самородное золото и др.

2. Рудные минералы неустойчивы в зоне окисления, замещаются вторичными без изменения концентрации металла в рудном теле. Важнейшие рудные минералы зоны окисления: Pb – англезит (PbSO₄), церуссит (Pb[CO₃]), вульфенит (Pb[MoO₄]; As – скородит; Bi – бисмит, бисмутит; Fe – продукты окисления сидеритовых руд - гидроокислы железа; Mn – продукты окисления карбонатов марганца – пиролюзит, манганит.

3. Рудные минералы неустойчивы в зоне окисления, продукты их разложения выносятся и отлагаются за пределами залегания коренных руд. Важнейшие гипергенные рудные минералы: Zn – смитсонит (Zn(CO₃), каламин (Zn₄(OH)₂[Si₂O₇]H₂O); Cu – малахит (Cu₂CO₃(OH)₂, азурит (Cu₃(CO₃)₂(OH)₂), куприт(Cu₂O), тенорит(CuO ), халькозин, хризоколла, самородная медь; Co – эритрин; Mo – повеллит.

4. В зоне окисления возникают промышленные концентрации металлов рассеянных на глубине. Примерами могут служить концентрации молибдена (вульфенит) и ванадия (ванадинит) в зоне окисления свинцовых месторождений.

Типичная последовательность минеральных преобразований сульфидов в зоне окисления: Fe – пирит (FeS₂) – мелантерит (FeSO₄) – фиброферит (Fe₂(SO₄)₃ 9H₂O) – ярозит (KFe₃(OH)₆(SO₄)₂ – лимонит (2Fe₂O₃3H₂O);

Pb – галенит (PbS) – англезит– церуссит (PbCO₃);

Zn – сфалерит (ZnS) – госларит (ZnSO₄7H₂O) – смитсонит (ZnCO₃) – каламин (Zn(OH)₂(Si₂O₇)H₂O).

2.3.1.2. Зона вторичного сульфидного обогащения

Зона вторичного обогащения формируется при переотложении части металла, выщелоченного из зоны окисления ниже циркуляции грунтовых вод, для одних металлов в верхней части первичной зоны, а для­­­­­­­­ других – в самых низах зоны окисления. Здесь происходит отложение вторичных минералов, как бы цементирующих другие рудообразующие минералы, в связи с этим эту зону иногда называют зоной цементации.

Вторичное отложение металлов на глубине происходит из-за изменения химической характеристики растворов (уменьшение растворённых в ней кислорода и углекислоты, снижение кислотности), а также в связи с обменными реакциями между неизменными рудообразующими минералами первичных руд и соединениями, находящимися в растворе грунтовых вод.

Зона вторичного обогащения образуется не всегда. Для этого требуется ряд условий.

1. Необходимо, чтобы в зоне окисления получились легкорастворимые в грунтовых водах химические соединения, способствующие их выносу вниз.

2. Необходимо, чтобы в зоне окисления на путях миграции вод с растворёнными в них соединениями перечисленных выше металлов, не встречались осадители фиксирующие их выше зоны цементации.

3. Необходимо, чтобы легкорастворимые соединения металлов при переходе из окислительной и кислотной среды верхней зоны в менее кислотную и даже щелочную среду на глубине, в частности, ниже уровня грунтовых вод выпадали в осадок.

4. Для образования хорошо выраженной зоны вторичного обогащения в месторождениях этих металлов необходимы: а) длительное окисление верхних частей рудных тел с плавным прогрессивным развитием зоны окисления за счёт всё новых и новых частей привычных руд; такой процесс особенно хорошо протекает при постепенном понижении уровня эрозии с одновременным опусканием зеркала грунтовых вод; б) свободная циркуляция грунтовых вод вниз по направлению погружения рудных тел; отсутствие значительной боковой миграции вод и выноса металлов за пределы месторождения.

Процесс осаждения металлов из сульфатных растворов наиболее активно протекает в зоне вторичного обогащения в соответствии с правилом Шюрмана: элемент, находящийся в виде сульфата, вытесняет из сульфидов все элементы, расположенные от него вправо в следующем ряду (ряд Шюрмана): S – Hg – Ag – Cu – Bi – Cd – Pb – Zn – Ni – Co – Fe – Mn.

Образование зоны вторичного обогащения – наиболее характерная черта сульфидных месторождений меди, что имеет важное промышленное значение. Благодаря исключительной способности сульфата меди (СuSO₄) втупать во взаимодействие с сульфидами других металлов и вытеснять их, концентрация меди в зоне вторичного обогащения в 2 – 3 и более раз превышает содержание металла в неокисленных рудах. Вторично обогащенными рудами в зоне цементации могут быть также руды урана, серебра, сульфидного золота, иногда никеля.