Некоторые особенности первичного накопления минеральных веществ

Первично-осадочный рудный процесс протекает различными путями, особыми для каждого типа осадочных месторождений. Однако накоп­ление рудного компонента и обогащение им осадка сводится к несколь­ким основным способам, которые являются общими для месторождений различных типов. Они зависят главным образом от особенностей среды отложения и от свойств рудного вещества.

В случае, если рудные компоненты находились в твердой фазе в материнской породе и в этом же состоя­нии поступали в область отложения, то обособление их происходило в подвижкой водной среде. Благородные металлы и различные минераль­ные виды, устойчивые по отношению к выветриванию, отделяются от главной массы минеральных компонентов породы при выветривании, а также в водных потоках или в прибрежном зоне водоемов за счет боль­шей устойчивости по отношению к воздействию различных агентов. Они также обособляются как на месте .выделения, гак и при переносе в силу значительного удельного веса, отличного от других веществ, различной плавучести и некоторых других свойств. В результате образуются рос­сыпные месторождения различных классов.

Отделение рудных компонентов от пустой породы возможно и в воз­душной среде. Оно осуществляется при перевевании рыхлых пород, содержащих рудные минералы, и приводит к образованию эоловых россыпей.

Переотложение материала, находящегося в твердой фазе, играет су­щественную роль при образовании бокситов. Многие месторождения их формируются за счет раз,мыва латеритной коры выветривания. При этом тончайшие частицы глинозема пелитовой размерности подхватываются поверхностными водами, отделяются от другого минерального материа­ла и отлагаются в бассейне седиментации. В результате образуется бок­сит, слагающийся из мельчайших частиц глинозема, терригенную при­роду которых часто бывает невозможно установить.

Отдельные бобовидные глиноземистые включения, наблюдающиеся в коре выветривания, часто также вымываются из нее, переотлагаются и входят в состав седиментационных бокситов и бокситовых пород.

Большинство исследователей сходится на том, что размывы играют существенную роль при формировании пластов оолитовых железных руд. Можно предположить, что многие пласты таких руд произошли за счет перемыва осадочных пород, содержащих отдельные рассеянные рудные оолиты. При размыве последние были отделены от минеральных веществ исходной породы. Часть минеральных компонентов вымыта и вынесена из нее, другие же сохранились и вместе с железистыми ооли- тами составляют остаточное рудное накопление. Так, вместо породы с первичными рассеянными оолитами образуется руда, состоящая в основ­ном из массы переотложенных железистых оолитов. Возможно, что та­кой генезис следует приписать некоторым рудам, связанным с речными олигоценовыми отложениями на месторождениях Приаральской группы, Лисаковском ,и Шидерты. Значение размывов хорошо продемонстриро­вано Б. П. Кротовым (1956) на примере Аятского месторождения. Таким образом, осадочный рудный процесс зачастую осуществляется, если полезный компонент находится в твердой фазе. При этом фор­мируются всевозможные россыпи и отдельные представители среди месторождений других классов.

Если рудный компонент растворен в водной массе, то можно наметить пять основных способов, которыми обычно осуще­ствляется обогащение донных отложений. Это будет: 1) выпадение из водной массы в результате обменных реакций и за счет процессов пере­сыщения; 2) выпадение при изменившихся физико-химических условиях поверхностных вод (например, изменение рН); 3) образование рудных концентраций за счет сорбции; 4) накопление рудных элементов при процессах соосаждения; 5) образование рудных накоплений в резуль­тате коагуляции коллоидных растворов. Следует отметить, что в при­родных условиях нередки случаи совмещения нескольких из этих про­цессов.

1. Образование рудных концентраций за счет обменных реакций и пересыщения при испарении, с выпадением минеральных соединений в твердую фазу, свойственно солям, карбонатам и многим другим соеди­нениям. Постепенное испарение приводит к насыщению, а затем и пере­сыщению раствора, вследствие чего начинается переход растворенных солей в твердую фазу и выпадение их в осадок. Примерно подобным путем происходит образование хемогенного углекислого кальция, однако вследствие малой растворимости этого соединения, выпадение его про­исходит из морской воды и вод солоноватых и пресных озер. При дру­гих благоприятных условиях может идти садка двойной карбонатной соли этих элементов при одновременном пересыщении воды углекислым кальцием и магнием. Таким образом, по мнению автора, происходит накопление современных доломитовых осадков в оз. Балхаш (Сапож­ников, 1951).

Многие широко распространенные рудные накопления, такие, как родохрозитовые, олигонитовые и минганокальцитовые руды марганца, янкеритовые и, возможно, частью сидеритовые руды железа и другие образования, возникают за счет обменных реакций карбонатов с дру­гими соединениями металлов в морских, а иногда и озерных бассейнах. Они выпадают в осадок в результате пересыщения водной массы соот­ветствующим карбонатным соединением.

Некоторые металлы вступают в реакцию с органическими кислотами и дают сложные металлоорганические соединения. К числу последних относятся, например, гуматы железа и меди, легко растворимые в воде и имеющие большое значение при переносе этих металлов в области отложения. Значительный интерес представляют менее легкораствори­мые соединения типа гумата уранила. Они могут давать существенные накопления в природных условиях (Майская и др., 1956). В частности, гумаг уранила формируется в торфах и других скоплениях раститель­ных остатков, где содержание его достигает заметных величин. Он мо­жет образовываться и в водах, богатых гумусом.

1. Соединения рудных элементов в ряде случаев становятся неустой­чивыми в растворах, обладающих постоянной концентрацией. Причина этгго заключается в изменении физико-химических условий и, в част­ности, изменения рН. Многие соли, подвергаясь гидролизу, разрушаются и дают новые труднорастворимые соединения, которые пересыщают рас­ти* ф, переходят в твердую фазу и выпадают на дно. Так, соли двухва- <тного железа, поступая в море, быстро гидролизуются, окисляются ч переходят в весьма труднорастворимый гидрат окиси этого элемента. Произведение растворимости трехвалентного железа чрезвычайно мало ч составляет п-10^_“³, вследствие чего он быстро выпадает в осадок, _.1вая в ряде случаев рудные накопления на дне водоемов. Подобным

Фиг. 3. Схема фосфор-итообразования, по Казакову: I — фация береговых галечников и песков; 2 — фосфоритная фация; 3 — фация известковых осадков; 4 — падение мертвого планктона; 5 — направления течений образом происходит образование первичных гидроокисных руд железа, марганца, возможно, ванадия и некоторых других элементов.  Образование фосфоритов, согласно гипотезе А. В. Казакова, происхо­дит в результате выделения фосфата кальция из морской воды под влиянием меняющегося парциального давления углекислоты (рС02). По мнению этого автора, океанические воды могут быть подразделены на ряд гидрохимических зон, располагающихся одна над другой. Мак­симальное количество углекислоты и фосфат-иона содержится в них на глубинах от 350 до 1000 м (до 300—600 мг/м3 Р2О5). В прибрежной области эти воды могут быть вынесены глубинными течениями бли­же к поверхности, где в них происходит уменьшение содержания С02. Этому способствует прежде всего прогревание воды и уменьшение рас­творимости углекислоты, а также уменьшение гидростатического давле­ния. «Вследствие уменьшения парциального давления С02 в этих вос­ходящих слоях морской воды система ранее установившегося равнове­сия нарушается, и воды становятся пересыщенными по отношению к СаСОз и ЗСа(Р04)2-СаР2...» (1939, стр. 79).

Карбонат кальция и фосфатное вещество переходят в твердую фазу и осаждаются раздельно (фиг. 3); вначале углекислый кальций, а выше, на склоне дна, фосфатное вещество, которое в сторону берега сменяется террнгенными отложениями прибрежной зоны.

1. Целый ряд металлов, находящихся в природных водах преиму­щественно в рассеянном состоянии, извлекается из них за счет сорбции Известно довольно много хороших природных сорбентов, к числу кото­рых прежде всего относятся: органическое вещество в разных его формах, гидроокиси железа, алюминия и марганца, фосфатное вещество, минералы глин и т. д. Сорбция играет доминирующую роль при обра­зовании первичных рудных концентраций малых и редких элементов. Она представляет собой в основном физический процесс, протекающий весьма энергично и быстро. За счет сорбиии могут быть извлечены элементы, находящиеся в ничтожных концентрациях в поверхностных водах. Если даже те или иные соединения не могут вступать в химиче­ские реакции, вследствие чрезвычайно малой концентрации или в ре­зультате защитного действия различных органических и минеральных соединений, то они могут быть извлечены из вод поглощением сорби­рующих веществ.

В последние годы поставлены экспериментальные исследования лО’ сорбции металлов из растворов низкой концентрации (Рожкова и Щер­бак, 1956; Рожкова и др., 1959; Каширцева. 1959). Этим авторам уда­лось показать, что ряд природных минеральных образований способен поглощать в лабораторной обстановке заметное количество тяжелых металлов из разбавленных растворов их солей. 1\ числу активно сорби­руемых э гечентой относятся: уран, свинец, ванадий, молибден, медь. Со временем список поглощаемых элементов, несомненно, будет зна­чительно расширен. В него должны войти еще многие малые, редкие и рассеянные элементы, часто встречающиеся в виде примеси в фосфори­тах, бокситах, горючих сланцах и некоторых других породах и обязан­ные своим присутствием прежде всего процессам сорбции.

В опытах, поставленных выше упомянутыми авторами, сорбция осу­ществлялась в статических и динамических условиях. В первом случае сорбент вносился в разбавленный раствор соли тяжелого металла. По­рошок сорбента весьма быстро поглощал значительное количество ме­талла, который частично выносился (десорбировался) при последующем промывании сорбента дистиллированной водой. Часть металла удержизалась сорбентом, несмотря на последующую обработку (прочная сорб­ция, по Рожковой); она-то и имеет наибольшее значение для образова­ния осадочных рудных накоплений.

Опыты показали, что поглощение металлов идет и в динамических условиях, когда через порошкообразное сорбирующее вещество в тече­ние длительного времени пропускался раствор, содержащий соединения того или иного металла.

Для характеристики сорбционных процессов приведем цифры проч­ной сорбции, полученные в статических условиях (табл. 10 и 11).

Поглощение металла зависит от многих причин и прежде всего от характера сорбента. Так, уранил-ион извлекается из растворов практи­чески одной концентрации разными сорбентами в различных количе­ствах. Наибольшее содержание его (1,0%) определено в гуминовой кис­лоте; наименьшее (0,02%) - в каолините (см. табл. 10). Сорбционная способность вещества зависит от величины его удельной поверхности и возрастает при увеличении последней. На сорбционную способность оказывает влияние также и величина электрокинетического потенциала. Кроме того, имеются и некоторые другие факторы, еще не достаточно выясненные в настоящее время.

Весьма существенную роль играет концентрация раствора, из кото­рого происходит поглощение. Сорбированное количество тем больше, чем выше концентрация исходного раствора. Из природных вод, отли­чающихся ничтожным содержанием растворенных металлов, поглощение происходит в незначительных, но все же заметных количествах.

Заслуживает внимания тот факт, что многие сорбенты способны поглощать комплексные ионы металлов, имеющие различные заряды. Так, ванадий как в форме ванадила (УО_г²⁺). так и ванадага (У0₃~)