Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

Результаты моделирования разделим на шесть серий.

Рис.6.2. Базовая модель мобилизации IS-2

1. Базовая модель выщелачивания (IS-2) - название "базовая" чисто условное и определяется тем, что при параметрах данной модели выполнено максимальное количество расчетов.

Условия и параметры моделирования: T=370^oС; P=1 кбар (приблизительно отвечает литостатическому давлению); масса гранита в реакторе равна 10 кг (гранит Холста), т.е. начальное отношение порода/вода соответствует 10 (R/W=10; количество воды в единичной порции (волне) первичного раствора равно 1 кг; солевой состав этого раствора: H₂CO₃=0.5 m; NaCl=1.0 m; HCl=0.1 m, где m - моляльная концентрация (моль/1000 г H₂O); через реактор последовательно проходит 30 порций (при необходимости до 100) или волн первичного раствора, поэтому интегральное отношение порода/вода изменяется до 0.33 или lg(R/W) = -0.5.

В таблице 6.2 (данные для 1, 10, 20 и 30 волн) и на рисунке 6.2 приведены результаты расчетов для двух продуктов реакции: раствора выщелачивания (рис.6.2а-в) и изменяющейся породы (рис.6.2г-е)¹⁸. На всех графиках рисунка 6.2 по оси абсцисс отложены последовательные порции или волны (NF) первичного раствора.

Уже на первой волне взаимодействия формируются основные характеристики раствора выщелачивания (см. табл.6.2). В растворе появляются K (0.2 m), Ca (0.0098 m), Mg (1.9^.10^-5 m), Al (4.2^.10^-5 m), Si (0.0223 m), Fe (0.0045 m). Устанавливается близ нейтральное значение pH (5.324), уменьшается концентрация Na (от 1 m до 0.88 m). Концентрации рудных компонентов имеют достаточно высокие значения: Zn - 1.81^.10^-4 m, Pb - 1.68^.10^-5 m, Cu - 1.27^.10^-5 m, S - 2.16^.10^-3 m.

По мере вступления в реакцию всё новых порций первичного раствора в системе происходят изменения, которые сопровождаются последовательным возрастанием концентраций рудных элементов в растворе выщелачивания: для Zn в 11 раз, от 1.8^.10^-4m в первой волне до 2^.10^-3m в девятой; для Pb в 12 раз, от 1.7^.10^-5m в первой волне до 2^.10^-4 m в 13-19 волнах; для Cu в 22 раза, от 1.3^.10^-5 m в первой волне до 2.9^.10^-4 m в 13-19 волнах (концентрация Cu увеличиваются в 120 раз при сравнении 2-6 волн и 13-19) (рис.6.2а). Одновременно с ростом концентраций рудных компонентов происходит уменьшение равновесной концентрации сульфидной серы от 2.2^.10^-3 в первой волне до 3.4^.10^-4 m в 19-ой, т.е. в 65 раз.

Рис. 6.3. Модель мобилизации IS-23

Как видно из рисунка 6.2а-в, выщелачивание компонентов происходит неравномерно по волнам. Так, на первых 6 волнах Zn в раствор переходит практически равномерно - по 4% от всего металла, содержащегося в граните, а суммарный его выход в раствор составляет 23.7% (см. рис.6.2б, в). После шестой волны интенсивность мобилизации цинка резко возрастает и составляет 6 % на NF=7; 19% на NF=8; 40% на NF=9; на десятой волне цинк выщелачивается полностью, и процент его перехода в раствор уже не отвечает потенциальной мобилизующей способности первичного раствора (12% на NF=10 - это весь остаток цинка в породе).

Выщелачивание Pb и Cu происходит менее интенсивно, но имеет аналогичную тенденцию: низкий процент перехода в равновесный раствор на первых шести волнах (Pb по ~0.9%, Cu по ~0.1%), а затем начинаются изменения и рост. На рисунке 6.2б, в видно, что если на первых 10 волнах взаимодействия вынос Pb опережал вынос Cu (12.56% Pb и 10.65% Cu - суммарный процент выноса при изменении NF от 1 до 10), то позже они выравниваются, и полное выщелачивание этих металлов и сульфидной серы происходит одновременно на двадцатой волне. При этом концентрация сульфидной серы в равновесном растворе становится меньше, чем суммарная концентрация Pb и Cu (на NF=19 -1.98^.10^-4 m Pb; 2.88^.10^-4 m Cu и 3.42^.10^-4 m S). Содержание сульфидной серы превышает концентрации всех рудных металлов только на NF = 1-13.

Кислотность раствора выщелачивания (pH=5.3), ионная сила (0.7) и макросостав (K - 0.2; Na - 0.88; Ca - 0.005-0.007; Si - 0.02; Fe - 0.004; Cl - 1.1; C - 0.5 m) остаются практически постоянными на всех NF (см. табл.6.2).

Рис. 6.4. Зависимость характера мобилизации рудных компонентов от массы породы в реакторе (модель IS-2, гранит месторождения Холст)

Главная причина изменения концентраций металлов в растворе выщелачивания - постепенный вынос сульфидной серы из породы. Пока её количества достаточно для поддержания концентраций в равновесии с сульфидами, концентрации рудных элементов в растворе не изменяются. Следствием выноса серы является изменение равновесной ассоциации рудных минералов в изменяющемся граните (см. рис.6.2г, д). При выщелачивании первым из сульфидов исчезает пирротин - после прохождения через реактор 6 порций раствора. Пока он есть, роста растворимости рудных сульфидов не происходит. Это выражается платообразными участками на кривых изменения концентраций Zn, Pb, Cu (см. рис.6.2а). Минимум на кривой выщелачивания Pb (NF=7) связан со сменой гидросульфидных комплексов свинца на хлоридные, которые являются преобладающими для Zn и Cu во всем диапазоне концентраций серы. Резкое уменьшение концентрации меди (на 2-6 волнах) совпадает с изменением в равновесной ассоциации фаз: появление менее железистого эпидота (см. рис.6.2г). Уменьшение количества сульфидной серы в системе отчетливо отражается в последовательной смене устойчивых сульфидов меди (см. рис.6.2г, д): халькопирит на 1-7 волнах, борнит на 8-12, халькозин на 11-19, а также в быстром росте содержаний Cu в растворах, равновесных с ними (к 7 волне из породы вынесено 93% S и только 1% Cu).

Макросостав породы после реакции с 30 порциями исследуемого первичного раствора изменяется (см. табл.6.2. и рис.6.2е) следующим образом. Происходит увеличение содержаний кварца (от 33 до 38 масс.%), альбита (от 26 до 36%), мусковита или серицита (от 5 до 11%); уменьшение содержаний калиевого полевого шпата (от 26 до 5%) и эпидота; практически не меняется содержание железисто-магнезиального хлорита (5.6-5.9%) и актинолита (1.1-1.2%). Главные из происходящих перемен очевидны. Поскольку первичный раствор данной модели содержит 1 m NaCl и 0.1 m HCl, то при его взаимодействии с калиевым полевым шпатом происходит образование альбита, мусковита и кварца (4Мк+Na⁺(р-р)+2H⁺(р-р) = Мс+Аб+6Кв+3K⁺(р-р)). На рисунке 6.3 представлены результаты расчетов по модели IS-23, где все параметры , кроме состава первичного раствора (H₂CO₃=0.5; NaCl=0.8; KCl=0.2 m), аналогичны базовой модели. При этом pH растворов выщелачивания остается таким же, как в модели IS-2, но растворы имеют более низкую ионную силу: 0.6 против 0.7 в модели IS-2, за счет исключения из состава первичного раствора 0.1 m HCl. Введение 0.2 m KCl приводит к практическому постоянству состава породы после прохождения через нее 30 порций раствора (кварц 31.9-32.6%, альбит 25.2-25.2%, микроклин 26.6-28.1%, мусковит 4.63-4.96%). Сравнение рисунков 6.2 а и 6.3а, а также 6.2е и 6.3б, показывает, что такое заметное изменение состава породы не оказывает принципиального влияния на выщелачивание рудных элементов.

2. Зависимость характера мобилизации рудных компонентов от массы породы в реакторе. Все условия соответствуют базовой модели (IS-2), кроме исходной массы гранита месторождения Холст в реакторе. На рисунке 6.4 представлена часть результатов расчетов для 5, 10, 20 и 50 кг породы.

Рис. 6.5. Зависимость характера мобилизации рудных компонентов от количества сульфидной серы в граните месторождения В. Згид

Происходит пропорциональное изменение характеристик растворов выщелачивания. Сравнение результатов удобно проводить с рисунками 6.4б и б', поскольку они являются фрагментом данных по базовой модели, где масса гранита составляет 10 кг (см. рис.6.2а, в). Уменьшение массы гранита в 2 раза (до 5 кг) приводит к укорачиванию в 2 раза платообразного интервала равных концентраций при низких значениях NF и, соответственно, к аналогичному уменьшению области устойчивости пирротина. Увеличение - в 2 и 5 раз (до 20 и 50 кг) выражено в удлинении этого плато практически в 2 и 5 раз (до NF=13 и NF=32, соответственно). В пропорционально смещенных точках концентрации растворов полностью идентичны.

Такие же смещения можно видеть на графиках правой части рисунка 6.4. Например, выход на близкий процент суммарного выщелачивания цинка из породы происходит: а' - 23.83% на NF=3; б' - 23.67% на NF=6; в' - 23.62% на NF=12; г' - 23.70% на NF=30.

При прохождении 30 порций первичного раствора через реактор с 50 кг гранита ассоциация минералов с пирротином устойчива, и не достигается суммарный состав системы, способствующий резкому возрастанию концентраций металлов в равновесном растворе. Естественно, что дальнейшее взаимодействие приводит к эффектам, установленным для меньших количеств породы (полное выщелачивание металлов происходит на 96-ой волне).

3. Зависимость характера мобилизации рудных компонентов от состава породы в реакторе. Сохранены условия базовой модели, но расчеты и сопоставления результатов сделаны для гранита Холста и В. Згида (составы в табл.6.1). На рисунке 6.5 приведены результаты расчетов для гранита месторождения В. Згид. Сопоставление проводим с данными для гранита месторождения Холст (см. рис.6.2).

Сравнение рисунков 6.2а, в, г и 6.5а, a', a'' показывает, что характер мобилизации рудных компонентов из этих пород при одинаковых условиях различен. При взаимодействии первичного раствора с гранитами В. Згида (см. рис.6.5а) не происходит быстрого роста концентраций Zn, Pb и Cu. Вынос Zn опережает вынос S (100% Zn и только 45% S на NF=16), концентрация сульфидной серы снижается только в 4 раза после прохождения 30 порций раствора, а суммарный вынос Pb и Cu составляет только 23 и 5% от исходных содержаний в породе, соответственно. Естественно предположить, что различия обусловлены разницей в химических составах гранитов Холста и В. Згида. Данные таблицы 6.3 свидетельствуют, что состав измененных пород практически одинаков. Тем не менее, имеются небольшие, но важные отличия по малым минералам, появление которых служит индикатором различий в условиях выщелачивания. К главным из них относится присутствие пирита в равновесной ассоциации минералов, образующейся при реакции первичного раствора с гранитом В. Згида (см. рис.6.5а'' и табл.6.3).

Рис. 6.6. Зависимость характера мобилизации рудных компонентов от температуры Прочие условия соответствуют модели IS-2

Наличие пирита указывает, что гранит В. Згида имеет избыточное количество сульфидной серы по сравнению с гранитом Холста. Действительно, если посчитать отношение FeS/(FeS+FeO), то в граните В. Згида оно составит 12.44 мол.%, а в граните Холста - 2.51 мол.%. Данные Готмана Я.Д. и Малаховой В.М. [1966], (см. табл.6.1), показывают, что осреднение анализов для гранитов В. Згида проводилось по результатам опробования вблизи и вдали от жильных тел, а во всех анализах проб вблизи жил содержание сульфидной серы выше 0.15 мас.% (до 0.5%). Вдали же от жил содержания сульфидной серы приближаются к данным по гранитам Холста, т.е. ~0.05-0.07 мас.%.

"Избыточность" серы в гранитах В. Згида мы проверили, выполнив дополнительные расчеты, в которых изменили соотношение FeS/(FeS+FeO) в граните, т.е. уменьшили количество сульфидной серы и увеличили содержание оксидного железа (при этом сумма железа не меняется). Эти данные представлены на рисунке 6.5б, в, где FeS/(FeS+FeO) составляет 4.61% и 2.3%. Сопоставление рисунков 6.5в (в', в'') и 6.2а (в, г) показывает, что уменьшение сульфидной серы изменяет характер мобилизации рудных компонентов из гранита В. Згида и приводит его к виду, практически полностью аналогичному выщелачиванию из гранитов Холста. Конечно, и здесь остаются отличия. Так, из-за меньшего содержания железа в гранитах В. Згида пирротин устойчив только при NF от 1 до 3. Но общая тенденция мобилизации компонентов имеет характерный вид, отмеченный для базовой модели.

4. Влияние температуры на характер мобилизации рудных компонентов. Все параметры, кроме температуры, аналогичны модели IS-2. Расчеты проведены при температурах от 250 до 420^oС. Частично результаты для рудных элементов представлены на рисунке 6.6. Главным следствием падения температуры в реакторе является уменьшение растворимости сульфидов рудных элементов, присутствовавших в граните, из-за чего картина выщелачивания изменяется. Так, для первой порции раствора (NF=1) при температурах 420 и 250^oС имеем, соответственно, для Zn 2.15^.10^-3 и 1.26^.10^-6 m (различие в 1700 раз), для Pb 4.82^.10^-5 и 7.68^.10^-7 m (различие в 60 раз), для Cu 3.03^.10^-5 и 9.45^.10^-8 m (различие в 320 раз), для S 4.35^.10^-3 и 2.65^.10^-3 m (различие в 15 раз).

Сравнение характера выщелачивания при разных температурах можно сделать по графикам рисунка 6.6 (кривые при 370^oС отвечают базовой модели). Увеличение температуры до 400 и 420^oС приводит к сокращению числа порций первичного раствора, при которых рудные сульфиды сохраняются в породе. Так, при 400^oС сфалерит устойчив до NF=4, а галенит и сульфиды меди до NF=11. При 420^oС сфалерит устойчив до NF=2, а галенит и сульфиды меди до NF=8. Уменьшение температуры сдвигает границу устойчивости сульфидов в сторону роста NF. Например, для Zn: 370^oС - 9; 360^oС - 11; 350^oС - 14; 340^oС - 18; 330^oС - 23; 320^oС - 41; 310^oС - 57; 300^oС - 70; 280^oС - 86; и при 250^oС - более 100. Для Pb и Cu смещения происходят аналогично, но NF на 10-20 единиц больше. Соответственно, при понижении температуры сдвигаются по NF и "платообразные" участки максимальных концентраций металлов (при температуре ниже 330^oС эти участки при NF от 1 до 30 не проявляются).

Имеются определенные различия в равновесных минеральных ассоциациях. При температурах 360-420^oС равновесная ассоциация соответствует базовой модели (отличия только по NF). При температурах 340-350^oС появляется пирит (при NF от 2 до 8-10). При температурах 250-330^oС к равновесной ассоциации минералов добавляется кальцит (в количестве 0.1-1.6 мас.%).

Рис. 6.7. Влияние давления на мобилизацию рудных компонентов

5. Влияние давления на характер мобилизации рудных компонентов. Расчеты проведены при температурах 370, 400, 420^oС и давлениях 400, 600, 800, 1000 бар для первичного раствора и породы, соответствующих базовой модели. Сравнение результатов расчетов представлено на рисунке 6.7 (графики процента выхода компонента при данном NF от суммарного мольного количества элемента в исходной породе).

При каждой температуре понижение давления приводит к следующим эффектам:

- росту концентраций металлов в растворе;

- уменьшению NF, при которых металл полностью выщелачивается;

- разделению по волнам максимумов перехода в раствор рудных элементов.

Рост концентраций при уменьшении давления от 1000 до 600 бар меньше, чем при увеличении температуры от 370 до 420^oС. Так, при таком росте температуры при P = 1000 бар концентрации увеличиваются следующим образом (для первой волны): Zn - от 1.81^.10^-4до 2.15^.10^-3 m или от 3.6% до 43% выхода (рост в 12 раз), Pb - от 1.68^.10^-5 до 4.82^.10^-5 m или от 0.8% до 2.4% выхода (рост в ~3 раза), Cu - от 1.27^.10^-5 до 3.03^.10^-5 m или от 0.4% до 1.0% выхода (рост в 2.4 раза). Если рассматривать данные по выщелачиванию при постоянной температуре и уменьшении давления (от 1000 до 600 бар), то для 370^oС получим (для первой волны): Zn - от 3.6% до 18.6% выхода (рост в ~5 раз), Pb - от 0.8% до 1.3% выхода (рост в 0.6 раза), Cu практически не изменяется. Для 420^oС: Zn - от 42.9% до 100% выхода, Pb - от 2.4% до 6.6% выхода, Cu - даже немного уменьшается на первых волнах, но потом увеличивается.

Из графиков рисунка 6.7 видно, что уменьшение давления способствует разделению максимумов выщелачивания металлов, и ряд относительной подвижности их принимает вид Zn>Pb>Cu. Так, при 1000 бар максимумы выщелачивания Pb и Cu практически совпадают, и металлы полностью извлекаются из породы одновременно (при одном NF). При 600 бар: 370^oС - Pb имеет максимум на NF=13, а Cu на NF=15; 400^oС - Pb на NF=7, а Cu на NF=9; 420^oС - Pb на NF=5, а Cu на NF=7.

Рис. 6.8. Сравнение моделей мобилизации при разных T и P

Наряду со смещением максимумов происходит и рост процента выхода металла в раствор. Так при 600 бар и 370^oС к моменту полного выщелачивания свинца в породе еще остается до 22% меди (при 400 бар - до 40% Cu), при 400^oС - до 42% меди, при 420^oС - до 45% меди. Эти соотношения можно видеть на рисунке 6.8, где приводятся данные о накопленном проценте выхода металлов при росте температуры и падении давления.

Равновесные ассоциации минералов при уменьшении давления изменяются в соответствии с ростом растворимости, но в целом остаются эквивалентными базовой модели. Исключения составляют появление пирита при 370^oС и давлениях 400-600 бар (NF от 2 до 5) и магнетита при 420^oС и давлении 600 бар (NF=23 и выше).

6. Влияние состава первичного раствора на характер мобилизации рудных компонентов. Расчеты проведены при 370^oС и 1 кбар для 17 различных составов первичного раствора, представленных в таблице 6.4. Изменялись следующие компоненты раствора: H₂CO₃ от 0 до 0.5 m; NaHCO₃ от 0 до 0.7 m; NaCl от 0.4 до 1.0 m; CaCl₂ от 0 до 0.3 m. В единичных моделях задавались HCl=0.1 m (базовая модель IS-2) и H₂S=0.001 m (модель IS-3). Во всех моделях, кроме базовой, сумма хлора в системе равна 1 m.

Результаты сильно различаются, поскольку заметно меняются составы систем. Рассмотрение удобнее провести по отдельным группам, в пределах которых составы первичных растворов изменяются закономерно.

Группа 1. В этой серии меняется одновременно содержания нескольких компонентов: с ростом CaCl₂от 0.05 до 0.3 m, уменьшается H₂CO₃и увеличивается NaHCO₃(при сохранении постоянной C=0.5 m); NaCl уменьшается от 0.8 до 0.4 m (для поддержания Cl=1.0 m).

Общая картина последовательности выщелачивания похожа на базовую модель (сравнение рис.6.2а и 6.9а, б). Однако привнос в систему компонентов, отсутствовавших в базовой модели (CaCl₂и NaHCO₃), приводит к изменению равновесных минеральных ассоциаций и росту pH (при NF=29-30 в модели IS-11 pH=5.8, а в модели IS-13 pH=6.0). Происходит частичное уменьшение растворимости сульфидов меди и свинца (хорошо заметно на уровне NF>15). Это уменьшение растворимости не одинаково для Pb и Cu. В базовой модели сульфиды Pb и Cu полностью растворяются одновременно на NF=19. В модели IS-11 минералы меди исчезают на NF=22, а галенит на NF=23. Дальнейшее изменение составов растворов в этой группе приводит к еще большему разделению этих металлов: в модели IS-13 (рис.6.9б) для Cu и Pb имеем соответственно NF=24 и 28.

Изменение составов первичных растворов вызывает появление минералов, которые не образовывались при условиях базовой модели. Например, на завершающей стадии выщелачивания в модели IS-13 (и IS-6, см. табл.6.4) образуется кальцит (на NF=25-29). Рост концентрации кальция в растворе и большая щелочность приводят к увеличению содержаний кальциевых силикатов: актинолита, эпидота. А это, в свою очередь, изменяет хлориты: появляется железистый хлорит, и уменьшается (по NF) область устойчивости железо-магнезиального хлорита. В отличие от базовой модели, мусковит устойчив только до NF=14-16, содержание альбита и микроклина значительно выше (например, в модели IS-13 после прохождения 30 волн первичного раствора имеем 40 мас.% альбита и 15 % микроклина).

Рис. 6.9. Влияние состава первичного раствора на характер мобилизации рудных компонентов (370oС, 1 кбар)

Группа 2. В этой серии постоянны концентрации CaCl₂=0.1 m и NaCl=0.8 m. При постоянном содержании H₂CO₃ (кроме модели IS-12) растет NaHCO₃: отношение H₂CO₃/NaHCO₃ изменяется от 1.5 в модели IS-10 до 0.5 в модели IS-20 (Na увеличивается от 1.0 до 1.4 m и C от 0.5 до 0.9 m, см.табл. 6.4).

Если первая модель этой группы (IS-10, см. рис.6.9в) близка по результатам к базовой модели, то конечные модели существенно отличаются (например, IS-19 на рис.6.9г). Для этой группы моделей характерны следующие особенности:

- сильное увеличение pH растворов выщелачивания - до pH=7.7-7.8 на NF=30 (например в модели IS-19);

- появление в равновесных растворах сульфатной серы в преобладающих над сульфидной серой количествах (при H₂CO₃/NaHCO₃=3/5 в модели IS-19 с NF=25 и далее, при H₂CO₃/NaHCO₃=3/6 с NF=21);

- значительное уменьшение растворимости рудных сульфидов.

Для равновесной ассоциации твердых фаз можно отметить:

- образование магнетита (в модели IS-17 начиная с NF=25, а в моделях IS-19 с NF=12 и IS-20 с NF=9);

- образование кальцита при меньших степенях взаимодействия, чем в группе 1 (в IS-19 на NF=10 и выше);

- очень большое содержание альбита - на NF=30 в моделях от IS-17 до IS-20 имеем соответственно 48.3; 54.9; 57.7 и 58.3 мас.%;

- устойчивость хлоритов и эпидота постепенно уменьшается (так, в модели IS-19 они имеются только до NF=23).

Такая реакция системы на изменение составов первичных растворов приводит к сильному уменьшению суммарного процента выщелачивания рудных элементов за 30 этапов взаимодействия. Так, в модели IS-19: Zn выщелачивается полностью при NF=22, а Pb, Cu и S к NF=30 извлеклись из гранита соответственно на 16.7%, 41.4% и 98.4%. Еще сильнее степень выщелачивания уменьшается в модели IS-20: при NF=30 имеем для Zn, Pb, Cu и S соответственно 43.6%, 7.3%, 16.8% и 96.7%. Следовательно увеличение концентрации NaHCO₃ в первичном растворе вызывает изменение последовательности выщелачивания от Zn>>Pb=Cu к Zn>Cu>Pb.

Рис. 6.10. Изменение характера мобилизации в системах с различными первичными растворами при падении давления или росте температуры

Группа 3. При постоянных концентрациях CaCl₂ и NaCl (0.2 и 0.6 m) увеличивается содержание NaHCO₃ (от 0.3 до 0.7 m) при отсутствии H₂CO₃ (Na величивается от 0.9 до 1.3 m и C от 0.3 до 0.7 m, см. табл.6.4). Результаты расчетов для двух растворов приведены на рисунке 6.9д, е.

В целом, тенденция выщелачивания близка к описанной для растворов группы 2. Однако имеются и существенные отличия. К наиболее важным из них можно отнести:

- преобладание сульфатной серы над сульфидной на более ранних этапах взаимодействия (в модели IS-9 с NF=19 и далее);

- резкий скачок в растворимости сульфидов на завершающих этапах выщелачивания при переходе системы в окисленное состояние, которое характеризуется появлением гематита в равновесной ассоциации минералов (гематит образуется в моделях IS-7, IS-8 и IS-9);

- появление кальцита и магнетита относительно раньше, если проводить сопоставление результатов для моделей с равными C (например, IS-18, где кальцит образуется начиная с NF=14, и IS-9, где кальцит устойчив с NF=8), причем количество кальцита на NF=30 может достигать 6 мас.%.

Эти особенности приводят к необычному виду кривых мобилизации (см. рис.6.9е). Очевидно, что если бы отсутствовал скачок растворимости сульфидов при образовании гематита, то последовательность выщелачивания металлов осталась бы Zn>Cu>Pb. Однако этот эффект приводит к порядку мобилизации, близкому к базовой модели: Zn>Pb>Cu (например, в IS-9 имеем для Zn, Pb и Cu соответственно NF=19, 21 и 23).

Рис. 6.11. Характер мобилизации компонентов при уменьшении концентрации первичного раствора базовой модели в два раза

Необходимо отметить, что внешние условия (температура и давление) могут принципиально изменить картину выщелачивания. На рисунке 6.10 приведены два примера такого влияния. Модель IS-12 (группа 2 из табл.6.4 и рис. 6.10а, б) дает сложный характер мобилизации при P=1000 бар, но уменьшение давления до 600 бар превращает ее практически в аналог базовой модели (при этом изменяется и порядок мобилизации с Zn>Cu>Pb на Zn>Pb>Cu). Модель IS-3 (рис. 6.10в, г; состав раствора H₂CO₃=0.5 m; NaCl=1 m; H₂S=0.001 m) дает очень растянутую по NF мобилизацию Pb и Cu при 370^oС, но резко сокращает ее при 400^oС.

В группах 1-3 рассматривались первичные растворы с Cl=1 m, но общая концентрация была иногда существенно более единицы. Для сравнения приведем данные по реакции с раствором, концентрация которого в два раза ниже концентраций в первичном растворе базовой модели (модель IS-24, рис. 6.11). Двукратное уменьшение суммарного хлора (до 0.55 m) приводит к сильному падению растворимости сульфидов по сравнению с моделью IS-2. Для NF=1 имеем: Zn 2.36^.10^-5 против 1.81^.10^-4 m (уменьшение в 7.7 раз), Pb 1.48^.10^-5 против 1.68^.10^-5 m (уменьшение в 1.1 раза), Cu 5.79^.10^-6 против 1.27^.10^-5 m (уменьшение в 2.2 раза). Изменение растворимости сульфидов приводит к увеличению интервалов полного выщелачивания: Zn до NF=17, Pb до NF=41, Cu до NF=44, т.е. вместо Zn>>Pb=Cu для базовой модели получаем в IS-24: Zn>>Pb>Cu.

¹⁸ На рисунке 6.2, далее в тексте и в таблицах приняты условные обозначения: Прт - пирротин (FeS), PbS - галенит, ZnS - сфалерит, Хз - халькозин (Cu₂S), Брн - борнит (Cu₅FeS₄), ХПр - халькопирит (CuFeS₂), Эп - эпидот (Ca₂FeAl₂Si₃O₁₃H), Эп₆₀ - эпидот Ca₂Fe_0.6Al_2.4Si₃0₁₃H, Эп75 - эпидот Ca₂Fe_0.75Al_2.25Si₃0₁₃H, Aкт - актинолит Ca₂FeMg₄Si₈O₂₄H₂, Хл75 - хлорит Mg_1.25Fe₃Al_3.5Si_2.25O₁₈H₈, Хл50 - хлорит Mg_2.5Fe₂Al₃Si_2.5O₁₈H₈, Кв - кварц (SiO₂), Мс - мусковит или серицит (KAl₃Si₃O₁₂H₂), Аб - альбит (NaAlSi₃O₈), Мк - микроклин (KAlSi₃O₈)