книги из ГПНТБ / Дымков Ю.М. Природа урановой смоляной руды. Вопросы генетической минералогии

Парагенетйческие ассоциации настурана с карбонатами обычно рассматривают как доказательство отложения их из уг­ лекислых растворов, не исключая присутствия в таких растворах фторидов, хлоридов, сульфатов и т. д.

Уранинит в метасоматических залежах, а также коффинит и настуран в ассоциации с арсенидами никеля, кобальта, желе­ за или с сульфидом молибдена отлагаются из растворов с по­ вышенным содержанием кальция, магния, железа (доломит, ан­ керит). Настураны в ассоциации с окислами Fe3+ отлагаются из растворов, в которых возможно образование скаленоэдриче-

или иных граней с различной плотностью упаковки [318] и в ито­ ге габитус минерала. Так, например, папир-шпат (пластинчатый кальцит, {0001} + {1011}), как предполагают [460], образуется из высококонцентрированного раствора, пересыщенного угле­ кислотой. Это представление соответствует данным [458] о паде­

никова [461] экспериментально показала, что габитус кристал­ лов кальцита зависит не от температуры, а от соотношений кон­ центраций компонентов. Последовательная смена форм каль­ цита свидетельствует об изменении состава растворов по мере падения температуры. Пластинчатые формы с хорошо развитым

держащих наряду с восстановителем какую-то активную форму кислорода. Образование скаленоэдрического кальцита, сорби­ рующего кислород, возможно, способствует отложению настура­ на, подобно гематиту, в котором кислород связывается химиче­ ски ионом железа.

Галоидный перенос четырехвалентного урана считается не­ осуществимым в связи с быстрым гидролизом хлоридов и фто­ ридов урана в водной среде [462]. Перенос урана в растворах в виде карбонатных и силикатных комплексов U 4 + [463] более

190

реален, однако многочисленные признаки восстановительной роли пород и минералов в отложении настурана показывают, что перенос происходил преимущественно в виде соединений шестивалентного урана, например в виде уранил-гидроксильных и02 (ОН)+ или уранил-карбонатных и02 (С03 )з~ комплексных ионов [464]. Условия переноса и осаждения настурана из карбонатных комплексов урана были рассмотрены В. В. Щер­

в которых определяющим является режим углекислоты. Умень­ шение концентрации ионов СО§~ приводит к увеличению кислот­ ности растворов, к понижению концентрации ( О Н ) - и соответ­ ственно к уменьшению гидролиза иона 0 4 + .

Карбонатые комплексы уранила устойчивы в водных раст­ ворах лишь при высоком содержании углекислоты. При умень­ шении углекислоты в растворе комплексы распадаются, и ионы уранила могут при наличии восстановителя перейти в соедине­ ние четырехвалентного урана.

Содержание углекислоты заметно уменьшается в тех слу­ чаях, когда карбонатные растворы попадают в трещину среди пород, богатых кальцием, магнием, закисным железом, а также при тектонических подвижках, вызывающих резкое падение давления и уход значительной части углекислоты в виде СОг (дегазация). Когда активность восстановителя в растворе ве­ лика, произойдет мгновенное восстановление, приводящее к резкому пересыщению и образованию тонкодисперсных осадков. В результате роста сферолитов в таких осадках могут образо­

Разрушение комплекса уранила не является непременным условием для восстановления. В технологии считают [128, 473,

Uv —[и02 (СОз)з]5 _ , устойчивый в щелочных карбонатных рас­ творах. Этот комплекс диспропорционируется на карбонатные

191

Урановая смолка образуется совместно с зеленым Fe-карбо- натом (сидеритом и параикеритом), встреченным на месторож­ дениях U-Mo-формации [481], в арсен.идных жилах [7] и в ураноиосных карбонатных жилах с сульфидами [478]. Во всех отмеченных примерах карбонаты содержат повышенное коли­ чество урана, и не исключено, что дисперсный UO2 является причиной такой окраски, тем более, что можно провести неко­ торую аналогию с изученными в этом отношении темно-зеле­ ными отенитами [482]. Для некоторых U-Mo-месторождений и арсенидных жил характерно полное отсутствие гематита £7]. В связи с этим высказано и другое предположение [4831, до­ пускающее, что окраска зеленых карбонатов вызвана каким-то промежуточным соединением в ряду FeO — Fe203 зеленого цвета, часто появляющимся в процессе химического анализа карбо­ натов.

Это предположение требует самого пристального внимания, поскольку при окислении может образоваться комплексный ион окиси FeOd~, обусловливающий желто-зеленую окраску мине­ ралов [484]. Олнвково-зеленый цвет имеет безводная соль NaFe02 ) если она образовалась до 130° С [485]. Не исключено, что карбонаты окрашены в зеленый цвет, подобно не пол­ иостью окисленным песчаникам [486], примесью Fe-монтморил- лонита, образующегося за счет разрушения роговых обманок.

Дисперсный гематит, пропитывающий по трещинам и по границам зерен жильный кальцит, а также встречающийся вблизи настурана в виде фигур одновременного роста с каль­ цитом, может быть отнесен к продуктам реакции между U6 + и Fe2+.

Возможные восстановители урана — водород и еп> соедине­ ния, углеводороды, и сероводород. Водород в изобилии встре­ чается среди вулканических газов (табл. 25), и его участие в гидротермах не исключено. Отсутствие существенных проявле­ ний окислов урана, образовавшихся одновременно с сульфи­ дами [93], — свидетельство слабой миграции урана в восста-

Т а б л и ц а 25

Вариации состава вулканических газов различных областей в пересчете

новительной обстановке. Один из вероятных путей образования уран-сульфидной ассоциации •— взаимодействие (смешение) урансодержащих сульфатно-карбонатных растворов с раство-' рами, содержащими водород и другие газы-восстановители. Сульфиты тяжелых металлов при этом восстанавливаются до сульфидов. Образование сульфидов и двуокиси урана происхо­ дит при восстановлении сухого осадка сульфата уранила водо­ родом при 550° С [487] U02 S04 + 5 H 2 ^ U 0 2 + H2 S + 4H 2 0 и, по-видимому, при более низкой температуре в водных раство­ рах. При воздействии водорода и окиси углерода на гематит при 300°С образуется магнетит [488]. При восстановлении гематита смесью С 0 2 + Н 2 могут возникать углеводороды. Вос­ станавливающее действие органических веществ может быть обусловлено образованием окиси углерода при взаимодействии органического углерода с углекислотой, как это происходит при

коффинита совместно с сульфидами.

Примером восстановления U V I при совместном осаждении минералов может служить пара настуран — молибденит. На основании фактов одновременного отложения окислов урана с молибденитом (иордизитом) в месторождениях U-Mo-форма-

полагается, что настуран из таких комплексов осаждался в вос­

MoS3 -nH2 0, который в результате старения образует молибде­ нит [436, 494, 495]

MoS3 + 2е = MoS2 + S 2 - .

Появление восстановителя (S2 - ) в процессе образования молибденита — вторая возможная причина совместного отложе­ ния молибденита и настурана. Иными словами, иордизит в про­ цессе фазовых превращений сам может служить восстановите­ лем, необходимым для образования окислов урана.

194

Существует и обратная связь. В карбонатной среде U ( O H ) 4 является восстановителем [469]:

и может привести к образованию металлов и их солей. Экспе­ риментально при 25—150°С восстановлены серебро, золото, ртуть, медь, висмут, свинец, в некоторых опытах — совместно с двуокисью урана. В настуранах неоднократно встречались самородные серебро и медь. Не исключено, что есть случаи, когда они образовались по приведенной реакции.

Электрические явления

Приуроченность линз с урановой смолкой к породам, содер­ жащим пирит*, пирротин и другие сульфиды [496, 497], со­ гласно предположению Г. А. Пелымского [498], связана с по­ явлением здесь природных гальванических токов. Гальваниче­ ские токи возникают в связи с разностью концентраций Fe?+ и Fe3 + в гидротермально измененных боковых породах. Электри­ ческие токи приводят к дифференциации ионов в растворах. В прикатодной полосе растворения, примыкающей к стенке трещин, где обнажаются богатые пиритом породы с малым удельным сопротивлением, возникает восстановительная обста­ новка. Здесь концентрируются катионы (Н+, Са2 +, Cu2 + , РЬ2 +, UO|+ и т. д.)**. Анионы сосредоточивались в центральной части

заполненной раствором трещины.

Ионы Н+ в прикатодном пространстве снижают рН раствора и приводят к распаду уранил-карбонатных комплексов с обра­

первоначально выпадает осадок желтой гидроокиси, постепенно чернеющей *** по мере восстановления [499].

**В интервале рН=5ч - 10 в прикатодной области образуются сульфиды тяжелых металлов [503].

***В зависимости от электропроводимости расплава солей и осадка при электролизе образуются не только кристаллы, но и сферолнты [500].

13* 195

Влиянием гальванических токов на отложение настурана, по-видимому, можно объяснить постоянный локальный фактор восстановления. Но здесь существуют другие затруднения. Из­

[501]. Выпадение корок кварца, карбоната, флюорита и других

Локализация зарождения

Онтогенезис (зарождение и рост) и механизм восстановления более согласуются с представлениями о преимущественно за­ стойном режиме водных растворов, нарушаемом резкими коле­ баниями различных физико-химических параметров.

Зональность сферокристаллических сферолитов, связанная с неоднократным осаждением новых сферокристаллов, свиде­ тельствует о новом поступлении раствора. На это же указывает и чередующееся отложение корок кальцита и настурана. В про­ межутках между такими резкими изменениями в гидротермаль­ ных растворах существовал практически застойный режим, по крайней мере в участках, где формировались настурановые линзы.

Формирование линз настурана можно представить себе сле­ дующим образом. В трещине или иной полости происходит смена растворов, но возможно и заполнение ураноносным рас­ твором новой или вторично приоткрывшейся трещины в резуль­ тате образования вакуума и «зсасывания» [504]. В результате реакции с вмещающими породами состав растворов изменяется, комплексы начинают распадаться и в определенных участках возникает пересыщение. Судя по тому, что корки симметрично расположены, по стенкам трещин и выклиниваются к периферии, участок пересыщения первоначально был локализован в виде изометрического медленно рассеивающегося «облака пересыще­ ния» (золя) раствора. Из этого облака первоначально осели пленки зародышей.

Рост пленок и образование сферокристаллических корок потребовали притока материала что создало градиент концен­ трации. Пока не ясно, осуществлялась ли диффузия соединений или ионов уранила к месту, где работал механизм восстанов­ ления, или же происходила диффузия дисперсных и коллоид-

* Образование корки настурана на деидритах самородного серебра и самородного висмута затрудняет электрохимическое осаждение • арсенндов, что не учитывается гипотезой Кейля [502].

196

пых частиц восстановленного окисла из более обширного облака

происходил длительное время и возможно, что запасы «облака» пополнялись каким-то образом. Есть признаки, что подобные «облака» в некоторых случаях охватывали всю жилу. В лока­ лизованном варианте облако пересыщения медленно располза­ лось, и на его границе происходило растворение неактивных зародышей.

Приоткрывание трещины, конденсация вещества и другие процессы приводили к нарушению равновесия и к поступлению новой порции материала. Над зародившейся рудной линзой снова появляется облако пересыщения. Сам факт существова­ ния крупных сферолитов настурана показывает, что механизм восстановления, зарождения и роста длительное время оста­ вался одним и тем же.

В моменты приоткрывания и резких пересыщений отлагались осадки зародышей или мельчайших сферокристаллов вдоль лежачего бока жил и в ловушках (пробках, отстойниках). В крутопадающих жилах «минералогические уровни» могли накапливаться и в процессе медленных взаимодействий, так как по мере достижения определенных размеров сферолиты относительно быстро опускались на дно или скатывались вдоль лежачего бока за пределы облака пересыщения. Создавая та­ ким образом новую концентрацию, они могли затем обрастать сферолитовой коркой.

Полученная картина формирования настурановых линз со­ гласуется с представлениями геологов о крайне малой скорости движения растворов в жилах. А. Г. Бетехтин [504] указал на возможность появления застойного режима после поступления

В. П. Федорчук [505] рассматривает условия циркуляции гидро­ терм в полузамкнутых, сообщающихся с разломами, и замкну­ тых трещинах как полузастойные (сочетание движения раство­ ров с медленной диффузией). Концентрационная конвекция, которая проявилась при кристаллизации полиминеральных сфе­ роидолитовые дендритов [7], также указывает на застойное состояние растворов.

Возникновение «замкнутых систем» в процессе минералообразования допускается преимущественно для метасоматических месторождений [506]. В ураноносных жилах есть признаки застойного состояния растворов и признаки «сквозного дви­ жения».

Настуран часто отлагается вблизи друзовых полостей {см. рис. 1). Друзовые полости длительное время были открыты (они часто несут все генерации кальцита), прихотливо соеди-

197

няясь между собой подобно «продушинам» карста, и, по-види­ мому, служили каналами направленного сквозного движения растворов. Гнезда арсенндов в тех же жилах не связаны с друзовыми пустотами и отличаются по составу, строению и по­ следовательности отложения минералов. Нет никаких признаков выравнивания состава путем циркуляции, и можно думать, что они образовались в застойных условиях.

Длительная самодиффузия ионов [508], по-видимому, вызывает симметричное по отношению к таким участкам расположение корок настурана. Под воздействием градиента концентрации движение ионов или частиц в растворе приобретает направлен­ ный характер. В этом случае по расположению скоплений руды относительно каких-то нарушений или пород можно ориентиро­ вочно представить направление сквозного движения растворов.

Боковые породы могут быть источником восстановителя или нейтрализатора для какой-то более обширной области, напри­ мер, в пределах рудного столба. Однако удовлетворительно объяснить значительную неравномерность и контрастность настуранового оруденения в гидротермальных жилах в преде­ лах рудных столбов появлением открытых полостей без учета внутренних постоянно действующих факторов не удается. Дей­ ствительно, трудно объяснить постоянное влияние структурного фактора, длительно создающего перепады давления лишь в ме­ стах образования настурановых линз. Постоянным внешним фактором осаждения могло бы служить «боковое питание» рудной жилы соединениями урана, восстановителями или ней­ трализаторами, аналогично тому, что установлено для отдель­ ных месторождений Рудных гор [509, 510], или «боковое обогащение» [511] грунтовыми водами. В масштабах рудной линзы подобных специальных исследований не проводилось.

Так или иначе, но из принятого механизма образования рудных линз следует:

1. При распределении восстановителя во всем объеме рудной жилы в участках локализации должен работать поглотитель углекислоты или нейтрализатор.

2.При равномерном распределении поглотителя углекислоты

инейтрализатора в участках локализации линз должен по­ стоянно работать (в период роста сферокристаллов) восстано­ витель.

3.Объем облаков пересыщения (особенно их мощность) настолько мал по сравнению с образовавшейся линзой, что

J98

следует допустить беспрерывное формирование такого пересы­ щенного участка — облака — в результате диффузии в каком-то постоянном локальном поле. Это поле может быть химическим (поддержание концентрации восстановителя, нейтрализатора, поглотителя), электрическим (поддержание потенциала, ката­ лиз) или физическим (гравитация и радиоактивность). Локаль­ ные химические или электрические поля у боковых пород образуются ие только в процессе изменения пород, но могут возникать под действием пропитывающих их поровых вод, а также растворов, просачивающихся по пересекаемым нару­ шениям.

Гравитационные поля не относятся к локальным: земное тяготение действует на все частицы, где бы они ни находились в земной коре. Однако проявления кристаллизации в гравита­ ционном поле локальны и зависят от местных условий — прежде всего от положения жилы по отношению к направлению силы тяжести.

Другим объяснением обнаруженного механизма роста наст-

Почковидный и гроздевидный облик агрегатов, блестящая поверхность почек, наличие микроскопических шариков наст­ урана— все это иногда служит поводом для отнесения наст­ урана к затвердевшим или раскристаллизованным гелям. Обра­ зование мелких шариков настурана объясняется поверхностным натяжением сгустков геля [|13]. Предполагается [5121, что округлые, бугорчатые гроздевидные формы настурана представ­ ляли собой «первоначально вязкие массы» (стр. 160). Харак­ терные для сферолитов настурана трещины рассматриваются [21] как трещины усыхания или сииерезиса, при котором про­ исходит сокращение объема настурана иа 14%'. Такие трещины усыхания, по мнению А. Г. Бетехтина [513], свидетельствуют о том, что окислы урана не могли выпадать сразу твердыми. Наличие включений в настуране объясняется раскристаллизацией сложного геля, а обилие примесей — их абсорбцией перво­ начально коллоидным веществом [514]. Поверхности сопри­ косновения шариков настурана (индукционные поверхности) сравнивались даже с перегородками между мыльными пузы­ рями [515]. Новые примеры метаколлоидных агрегатов мине­ ралов приведены Ф. В, Чухровым [516], Л. М. Лебедевым [388] и в работе [517].

199