Основы минералогии гипергенеза

Отработка месторождений полезных ископаемых, ведение на них горно-технических и технологических работ приводят к активным физико-химическим процессам, в результате которых образуются разнообразные техногенные минералы и минеральные образования. Техногенез определяется совокупностью геоморфологических и минералого-геохимических процессов, вызванных производственной деятельностью человека.

Особенно интенсивно техногенные процессы протекают в объеме зоны гипергенеза рудных месторождений, т.е. в окисленных рудах. По существу, они переоформляют сформированную прежде зону гипергенеза, расширяя ее границы, значительно в (15-20 и более раз) углубляя окислительные процессы и осуществляя вынос за пределы месторождений продуктов окисления руд. С техногенными процессами резко меняется зональность профиля окисленных руд, а также естественный ход осуществляющихся в них интенсивно протекающих химических реакций. В результате формирование гипергенного профиля оказывается в непосредственной зависимости от соотношения кинетических параметров "геологического" и "технологического" гипергенеза.

В последние годы появились первые работы, в которых актуальные вопросы техногенеза рассматриваются в границах геологических регионов или рудных полей (Урал, Норильск, Комсомольский и Кавалеровский рудные узлы). В результате проведена оценка и установлена зависимость окисляемости и самовозгораемости различных типов медно-никелевых руд Талнахского месторождения от температуры и влажности среды, что важно учитывать при транспортировке и длительном хранении руды, а также при ее технологической переработке (Коваленко и др., 1984). Установлен масштаб техногенного преобразования медно-колчеданных руд Урала на примере Красногвардейского месторождения (Авдонин, 1984), выявлены особенности техногенных минералов, изученных на сульфидно-касситеритовых месторождениях Комсомольского и Кавалеровского рудных узлов Дальнего Востока (Постникова, Яхонтова,1984; Зверева, 1996,1998). В Комсомольском и Кавалеровском изучаемых рудных районах в условиях техногенных процессов зона гипергенеза углубляется в два раза и более.

Техногенные образования на месторождениях оловорудных районов представлены мощными (иногда до 50 см) корками, натеками, сталактит-сталагмитовыми образованиями, прожилками, развитыми в рудной массе, во вмещающих породах, на крепи, кровле и стенках горных выработок. Техногенные образования могут быть мономинеральными (познякит, серпиерит, ктенасит, вудвардит, роуволфит и др.), состоять из двух минералов (эвансит-лискирдит, эвансит-церулеит, скородит-фиброферрит, глоккерит-гизингерит и др.) и могут иметь весьма сложный состав. Макроскопически среди них выделяются образования белого, желтого, зеленого и голубого цвета разных оттенков. Они могут быть представлены образцами, с хорошо раскристаллизованной структурой или быть весьма тонкодисперсными - часто рентгеноаморфными (Зверева, 1998).

Белые порошковатые, плотные и пористые корки техногенного происхождения (наиболее распространены на месторождениях Кавалеровского района) содержат рентгеноаморфное весьма тонкодисперсное вещество, представленное практически изотропными микроагрегатными частицами со средним показателем преломления около 1,430-1,450. Химические анализы этих образований приведены в табл. 72. Так как пробы рентгеноаморфны, точная диагностика их затруднена, но учитывая химический состав пробы, расчет анализов на минералы проводился следующим образом: по содержанию СО₂-кальцит или алюмогидрокальцит (в случае недостатка CaO, на имеющийся CO₂)-CaAl₂[CO₃]₂(OH)₄ ^. 3H₂O. Расчет по SO₃ показал гипс, а в пробах 1 и 3, где практически отсутствует CaO, химический анализ был рассчитан на ростит Al[SO₄](OH) ^. 5H₂O; SiO₂ и Al₂O₃ были связаны в аллофаноидный продукт, а остаток Al₂O₃ и H₂O отнесен к гидраргиллиту. Подобный расчет диктовал химизм белых продуктов техногенеза, высокое содержание в них Al₂O₃ и Н₂О, меньшее-SiO₂ и заметную роль СаО. Наличие в пробах карбонатов и силикатов было проконтролировано результатами инфракрасной спектроскопии. Рудные элементы в белых продуктах техногенеза содержатся в весьма ограниченном количестве. Состав аллофаноида (по расчету) обычно колеблется в пределах 0,3Al₂O₃ ^. SiO₂ ^. 0,7H₂O-1,5Al₂O₃ ^. SiO₂ ^. 7,5H₂O. В некоторых пробах аллофаноидов отмечается примесь окислов: ZnO до 3,5%, CuO от 1 до 2%, CaO от 6 до 8%. Гидраргиллит рассчитан на формулу Al₂O₃ ^. 3H₂O, но содержание в нем воды значительно выше - до 7,5 H₂O. Как более редкий случай, рентгеновским методом в образцах выявлены диккит и тосудит.

Как видно из табл. 72, один из образцов (6) является мономинеральной фазой, т.е. аллофаном, образцы 1 и 2 содержат аллофан в одинаковом количестве (76%). Остаток первого образца - ростит (24%), а второго - алюмогидрокальцит (14%) и халькантит (10%). Образцы 3, 4 и 5 состоят в основном из гидраргиллита 82, 50 и 60% соответственно и аллофана 12, 36 и 28%. Количество гипсовой составляющей одинаково во всех трех пробах 6%. Кальцит обнаружен в 4 и 5 образцах соответственно в количестве 8 и 6%.

Образование высокоглиноземистых белых продуктов техногенеза на изученных оловорудных месторождениях, вероятно, происходит из слабокислых и близнейтральных растворов, формирующихся в условиях глубокого выветривания вмещающих оруденение пород - кварцево-слюдистых метасоматитов и осадочно-вулканогенных комплексов, уже глубоко затронутых процессами естественного выветривания.

Примечание. Прочерк - не обнаружено, данные по минеральному составу округлены до целых процентов. Аналитик - Р. Н. Грицай (ДВГИ ДВО РАН).

В зоне гипергенеза также встречаются белоснежные образования в виде корочек мощностью до 1 см, представляющие собой мономинеральные образцы. Они также рентгеноаморфны, их химический состав обычно отвечает классическим формулам гипса либо кальцита. Оптические константы этих образцов аналогичны литературным.

Техногенные образования разных оттенков голубого цвета (на месторождениях Комсомольского и Кавалеровского районов) кристаллизовались из слабокислых растворов рудничных вод при рН около 5. Эти порошковатые и плотные корочки также содержат рентгеноаморфное тонкодисперсное вещество, представленное микроагрегатными частицами, имеющими волнистое погасание со средним показателем преломления 1,471-1,474. Вариации химизма голубых продуктов техногенеза показаны в табл. 73.

Примечание. Прочерк - не обнаружено. Аналитик - Р. Н. Грицай (ДВГИ ДВО РАН)

Так как отмеченные пробы рентгеноаморфны и точная минералогическая диагностика их затруднена, то расчет их химических анализов на минералы проведен следующим образом: по содержанию СО₂ - кальцит, алюмогидрокальцит и малахит; по SO₃ - халькантит и вудвардит; SiO₂ и Al₂O₃ связаны в преобладающий в составе проб аллофаноидный продукт, избыток в пробе Al₂O₃ и Н₂О отнесен к гидраргиллиту. Из табл. 73 видно, что первый образец состоит из аллофана (75%), вудвардита (21%) и кальцита (4%). Второй и третий - из аллофана соответственно 86 и 20%, реже гидраргиллита (обр. 3 70%), халькантита 6 и 10% соответственно, а также кальцита 8% (обр. 2). Образцы 4 и 5 гидраргиллитовые (82 и 52%). Аллофан (13%) и халькантит (22%) присутствуют только в обр. 5, а малахит - в обр. 4 (10%). Оба образца (4 и 5) содержат кальцит 8 и 7% соответственно. Наличие в пробах карбонатов, сульфатов и силикатов контролировалось результатами инфракрасной спектроскопии. Рудные компоненты в голубых продуктах техногенеза содержатся в весьма ограниченном количестве и только содержание СuО заметно выше. Состав аллофаноида (по расчету) в большинстве проб колеблется в пределах 1,1Al₂O₃ SiO₂ ^. 5H₂O - 2Al₂O₃ SiO₂ ^. 9Н₂О. Остаток Al₂O₃ и Н₂О отнесен к гидраргиллиту Al₂O₃ ^. 3H₂O, с повышенным содержанием Н₂О (до 5,5). В некоторых пробах аллофаноидов отмечается примесь ZnO до (3%), CuO от (1 до 2%), СаО до (6%) а SO₃ и СО₃ (соответственно до 3 и 6%).