Скопления эндогенных руд в условиях выветривания испытывают различные изменения.Одни из эндогенных рудных минералов сравнительно устойчивы в экзогенных условиях, другие интенсивно изменяются и слагающие их компоненты входят в комплекс вновь возникающих гипергенпых минералов или мигрируют с просачивающимися сверху водами. Особенно характерно изменение эндогенных первичных минералов на месторождениях сульфидов. Окисление пирита идет по схеме:
2FеS2 + 7O2 + 2Н2O = 2ЕеSO4 + 2Н2SO4. Сульфат оксида Ее2+ затем преобразуется в сульфат оксида Fе3+:
12FеS04 + 3O2+ 6Н2O = 4Fе2(SO4)з+4Fе(OН)з. Затем сульфат оксида Ее3+ подвергается гидролизу:
Fе2(SO4)з + 6Н2O = 2Fе(OН)з + ЗН2SO4. Гидроксид железа затем частично дегидратируется:
4Ее(ОН)3 = 2Fе2Oз•ЗН2O+ЗН2O. В итоге формируются гидроксиды железа в виде минералов гидрогематита, гётита, гидрогётита, смесь которых обычно именуется лимонитом.
Сфалерит легко окисляется по схеме ZnS + 2O2 = ZnSO4, а затем легкорастворимый сульфат цинка выносится за пределы зоны окисления. В условиях карбонатной среды цинк может образовать смитсонит (ZnСОз), а при наличии в растворе кремнезема может возникнуть более редкий минерал — каламин Zn4Si2O7(OH)2•H2O. Халькопирит разлагается на сульфаты меди и железа: СuFеS2 + 4O2=СuSO4 + FеSO4. Сульфат железа, изменяясь по приведенным схемам, преобразуется в лимонит, а сульфат меди обычно выносится из зоны окисления. В условиях карбонатной среды медь может послужить причиной образования малахита и азурита. Нередко возникают промежуточные минералы меди типа брошантита — СuSO4•ЗСu(ОН)2 и других сульфатов.
Галенит в условиях окисления переходит в труднорастворимый англезит: РЬS + 2O2 = РЬSO4, а англезит (полностью или частично) — в церуссит (РЬСОз). Нередко «рубашки» из англезита и церуссита предохраняют центральные части агрегатов галенита от полного окисления и в зоне окисления может сохраниться часть галенита при практически полном замещении его спутника — сфалерита.
Золото в сульфидных рудах присутствует обычно в трех видах:
- в виде мельчайших частичек, обычно образующих вростки в сульфидах и арсенопирите;
- в виде более крупных (более 100 мкм) частиц;
- в виде соединений, например теллуридов.
Частично золото может сохраниться в зоне окисления, но существенная часть его благодаря высокой плотности мигрирует механическим путем, химическим путем и в коллоидных растворах; последнее характерно для тонкодисперсного золота.
Самородное серебро обычно накапливается в зоне окисления, а серебро, находящееся в виде примеси в сульфидах (например, в галените), преобразуется в сульфат серебра, который может частично мигрировать и затем перейти в кераргирит (AgCl) или в аргентоярозит (ЗFе2Оз•AgO•4SO4•6H2O) или образовать в более нижних горизонтах вторичные минералы серебра, в том числе аргентит, самородное серебро и др.
Гипогенный уранинит сульфидных месторождений переходит в шестивалентное легкорастворимое соединение типа UO2(SO4) и частично выносится из зоны окисления. Часть урана образует в зоне окисления урановые слюдки — торбернит, отенит, карнотит и др.
Из арсенопирита в зонах окисления формируется скородит (FеАsO4•2Н2O). Процессы окисления некоторых минералов (особенно сульфидов) могут быть усилены электрохимическими явлениями, устанавливаемыми в зонах окисления и подтвержденными экспериментально.
Интенсивное выветривание фосфоритов в условиях влажного тропического климата приводит к формированию алюмо- и феррифосфатов (например, образуется вавеллит — Аlз(OН)з[Р04]2•5Н2O).
Рис. 34. Схематический разрез медноколчеданной залежи с гипергенными зонами вторичного изменения.
1—5 — зоны: 1 — железной шляпы, 2 — выщелачивания (сыпучки), 3 — окисного обогащения, 4 — цементации (вторичного сульфидного обогащения), 5 — первичных руд; 6 — уровень грунтовых вод; 7 — вмещающие породы
Характерный профиль выветривания сульфидных руд — профиль, наблюдаемый на медноколчеданных месторождениях Урала (рис. 34). Формировался профиль в мезозое. Самая верхняя зона профиля — зона «полного окисления», или железной шляпы. Эта зона может служить источпиком железа (мелкие месторождения), нередко в ней присутствует тонкодисперсное золото. Ниже располагается зона выщелачивания, представленная баритовой и колчеданной «сыпучкой», т. е. пескоподобными скоплениями зерен пирита и барита. Ниже зоны выщелачивания находится зона богатых руд. В ней имеются как первичные, так и вторичные сульфиды, возникшие при выносе из вышележащих зон меди, частично серебра и некоторых других элементов. Из-за привноса дополнительного полезного вещества эту зону еще называют зоной цементации, или вторичного сульфидного обогащения. Ко вторичным сульфидам меди подзоны богатых сульфидных руд относят халькозин (Сu2S), ковеллин (СuS), гипергенный борнит (Сu5FеS4). Они возникли при взаимодействии нисходящих медьсодержащих растворов с пиритом. При взаимодействии металлов, выносимых из вышележащих зон, эти металлы могут вытеснять другие из сульфидов, в результате формируются вторичные сульфиды в соответствии с рядом Шюрмана. В этом ряду металлы расположены в порядке убывающего сродства с серой: Hg, Аg, Сu, Вi, Сd, РЬ, Zn, Ni, Со, Fе, Мn. Поэтому взаимодействие сульфата меди с сульфидом железа приводит к образованию вторичных сульфидов меди, а железо переходит в сульфат и выносится потоком вод. В подзоне сульфидного обогащения обычно концентрируются и вторичные минералы серебра (аргентит), золота, а иногда кадмия (гринокпт) и других металлов. Подзона богатых сульфидных руд, как полагают, формировалась в зоне истечения (водообмена). Между этой подзоной и зоной выщелачивания на ряде месторождений имеется подзона богатых окисных руд. Эта подзона, являясь частью зоны богатых руд, возникла, как считают ряд геологов, за счет окисления богатых сульфидных руд при изменении (понижении) уровня грунтовых вод. В зоне богатых сульфидных руд присутствуют такие минералы меди, как тенорит (СuО) и куприт (Сu2О).
Приведенная схема упрощена. В действительности строение некоторых зон и подзон более сложное, они частично «надвинуты» друг на друга. Так, в подзоне окисного обогащения иногда встречаются и вторичные сульфиды, и ряд сульфатов меди и железа. Последние нередко образуют прожилки.
Ниже зоны обогащения расположена зона исходных сульфидных руд.
Особенности поведения свинца и цинка в зоне окисления приводят к определенному разделению этих металлов в зоне гипергенеза,
родственных в эндогенных процессах. Это разделение хорошо видно на разрезе Турланского месторождения (рис. 35): церусситовые руды в основном сконцентрировались в пределах исходной залежи сульфидных руд,а цинковые (смитсонитовые)«ушли» в стороны.
При окислении молибденита возникают труднообогатимые оксиды молибдена — повеллит и молибденит, что приводит к потерям этого металла.
В зонах окисления легкообогатимые магнитной сепарацией магнетитовые руды переходят в немагнитные мартитовые (мартит—псевдоморфоза гематита по магнетиту), что в бедных рудах может привести к существенному ухудшению качества руд верхних частей залежей.
В некоторых случаях выветривание способствует повышению качества руд. Например, умеренное выветривание руд хромитов способствует выносу из них сульфидов и развитию в них повышенной пористости. Вынос в процессе выветривания из апатитовых руд Лао-Кайского бассейна (СРВ) карбонатов существенно повысил их качество. При выветривании графитовых руд типа графитоносных гнейсов, приводящем к их каолинизации, руды становятся более мягкими, что облегчает их добычу. При выветривании доломитов, в результате которого образуется доломитовая мука, облегчается их использование в сельском хозяйстве (для известкования почв).
Поэтому процессы выветривания не всегда разрушают месторождения, а иногда и облагораживают их. Например, под действием вод, выносящих из почвенного слоя гумусовые кислоты, может существенно улучшиться качество стекольных кварцевых песков. Эти кислоты способствуют удалению с кварцевых зерен железистой рубашки а тем самым и удалению из определенной приповерхностной пошл железа, снижающего качество песков. Правда, при этом железо может осаждаться ниже — в зоне цементации, а это существенно ухудшит качество песков, так как к первичным гидроксидам железа добавятся внесенные из зоны аэрации. Ниже зоны цементации могут находиться пески менее железистые, чем облагороженные пески зоны аэрации. Не учитывать эти процессы при оценке месторождений невозможно.
В ряде случаев по зонам окисления месторождений трудно определить характер исходного оруденения только по поверхностным выходам. Большую помощь в определении первичного оруденения, как следует из работ С. С. Смирнова, может оказать текстурный анализ продуктов выветривания (например, ящичные и лучистые текстуры лимонита по галениту, рис. 36).
