Булах А.Г. Общая минералогия

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 123. Пример залегания колчеданных руд (месторождение Сибай, Урал) (Жабин и

ДР.,

1987).

1, 2,

3—вулканиты

и осадочные породы разного состава и строения; 4— сульфидные

руды прожилковые;

5—сульфидные

руды мелкозернистые, тонкослоистые.

объясняют образование рудных гнезд, линз, жилок. В противовес этой сложной кар-

тине формирования месторождений подобного типа многие исследователи выдвигают

гипотезу об обычном для сульфидов гидротермальном генезисе и приводят много вес-

ких аргументов в пользу этой гипотезы.

В придонных осадках в водных бассейнах в ходе диагенеза образуются пирит, мар-

казит, мельниковит, галенит, сфалерит. Сначала они формируют рассеянную вкра-

пленность и колломорфные выделения за счет коагуляции и раскристаллизации кол-

лоидов. Затем, на поздних стадиях диагенеза, одновременно с процессами уплотнения

осадков и отжима поровых вод идет образование конкреций пиритового, марказито-

вого или смешанного пирит-марказитового состава.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О МИНЕРАЛАХ

Халькозин

C112S.

Встречается в сплошных массах, в виде желвачных агрегатов,

мономинеральных жилок и в виде вкрапленности в медистых песчаниках. Цвет серо-

черный, излом шероховатый, матовый, блеск слабый металлический, ковок. Очень

обычны на нем цветные налеты малахита, азурита и сульфатов меди.

Это низкотемпературный гидротермальный минерал, обычен также для зоны оки-

сленных руд, где образуется в подзоне вторичного сульфидного обогащения, типичен

для медистых песчаников. Совместно с другими минералами служит рудой на медь.

Узнается по цвету, характеру выделений, цветным налетам. От сходных по виду

блеклых руд отличается тем, что игла оставляет на нем блестящую царапину.

Галенит PbS. Изоморфные примеси Ag, Sb, Tl, Se, Те. Сингония кубическая. Кри-

сталлы встречаются в виде друзочек в пустотах руды и сразу запоминаются своей про-

стотой и совершенством—это кубы (рис. 124) и комбинации куба с октаэдром. Обычно

образует зерна, вкрапленные в кварц, карбонаты, сфалерит и агрегаты других мине-

161

ралов. Цвет свинцово-серый, блеск металлический, от сильного до слабого. Весьма

совершенная спайность по кубу — легко колется ступеньками по трем взаимно перпен-

дикулярным плоскостям. Мягче кальцита (твердость 2,5), очень тяжелый (плотность

7,6 г/см

Рис. 124. Кристаллы галенита в друзе кварца.

Образуется в скарнах, гидротермальных и стратиформных месторождениях. Явля-

ется главной рудой на свинец, нередко из него попутно извлекают серебро, висмут,

таллий и др.

Легко узнается по цвету, спайности, большой плотности, низкой твердости и ассо-

циации минералов — сфалерита, и других сульфидов.

Сфалерит

(Zn,Fe)S.

Железа не более 20 ат. % от суммы (Fe + Zn). Другие изо-

морфные примеси — Mn, Cd, Hg, Sn. Сингония кубическая. Кристаллы в виде тетра-

эдров. Обычно образует одиночные вкрапления изометричных зерен (рис. 125), свер-

кающих на плоскостях спайности алмазным или полуметаллическим блеском. Спай-

ность совершенная по ромбододекаэдру, т.е. по шести разноориентированным плос-

костям, поэтому зерна многократно взблескивают при поворотах образца. Свойства

сильно зависят от состава: почти безжелезистые разновидности прозрачны, бесцветны

или зеленоватые, медово-желтые, сверкают алмазным блеском; маложелезистые, но

с марганцем разновидности имеют красновато-коричневый цвет и алмазный блеск;

сильно железистые цинковые обманки коричнево-черные и черные, с полуметалличе-

ским блеском, спайность в них проявлена хуже. Черта во всех случаях коричневая,

но разной интенсивности (от светлой до бурой).

Образуется обычно вместе с галенитом и пиритом в гидротермальных месторожде-

ниях, скарнах и стратиформных рудах. Является рудой на цинк, кадмий.

Легко узнается по спайности, блеску, цвету и ассоциации с галенитом, халькопири-

том, кварцем, кальцитом.

162

Рис. 125. Кристаллы сфалерита среди кварца.

Пирротин. Состав переменный, приблизительно это FeS, но почти всегда имеется

"недостаток" железа ("избыток" серы). Это объясняют дефектами структуры мине-

рала за счет гетеровалентного изоморфизма

3Fe

<—

2Fe

(см. с. 33); с его учетом

общая формула минерала пишется как Fei-^S или

(Fe

Fe^

)i_(

)

Для ми-

нерала нередко указывают частные формулы, например

Fe7Ss,

FesSg.

Встречается в

сплошных мелкозернистых массах и в отдельных бесформенных вкраплениях брон-

зового цвета с тусклым металловидным блеском, шероховатым изломом. Кристаллы

редки, имеют таблитчатый псевдогексагональный облик. Пирротин легко выветри-

вается, быстро покрывается бурой пленкой, скрывающей собственный цвет и блеск

минерала. Слабо магнитен, но может быть и немагнитным.

Образуется в разных условиях, широко распространен в природе. Практического

значения не имеет, во многих металлургических процессах является вредной приме-

сью.

Узнается по бронзовому цвету в свежих сколах, слабой магнитности, бесформенно-

сти выделений. Начинающие изучать минералогию путают его с пиритом (но у послед-

него хорошие кристаллы и золотисто-желтый цвет) и халькопиритом (но последний

имеет зеленовато-желтый цвет).

Никелин

NiAs.

Сплошные тонкозернистые и почковидные скопления светлого

медно-красного цвета в составе гидротермальных урановых (с сульфидами) месторо-

ждений. В зоне окисления нередко замещается аннабергитом в виде порошковатых

масс светло-зеленого, зеленого цвета.

Киноварь HgS. Образует ало-красные, карминово-красные зерна, вкрапленные в

песчаник или мрамор или входящие в состав кварцевых жил с антимонитом и флю-

оритом. В крупных зернах заметны спайность и алмазный блеск на ее плоскостях.

В агрегатах блеск жирный, матовый. Черта яркая ало-красная, как от мокрого ка-

рандаша. Очень тяжелая (плотность 7,7 г/см

). Образуется в низкотемпературных

гидротермальных месторождениях. Является рудой на ртуть.

Узнается по цвету, черте, ассоциации с флюоритом, антимонитом, кварцем. Харак-

терная форма кристаллов киновари—ромбоэдры и их двойники прорастания.

163

Стибнит (антимонит)

SD2S3.

Сингония ромбическая. Встречается всегда в виде

шестоватых или игольчатых кристаллов, исштрихованных вдоль удлинения (рис. 126),

и их агрегатов. Цвет темно-серый, иногда с яркой индигово-синей побежалостью на

гранях. Блеск металлический. Хорошая спайность вдоль удлинения, на ней часто

заметна поперечная штриховка.

Рис. 126. Кристаллы антимонита.

Образуется в гидротермальных месторождениях в ассоциации с киноварью, кварцем

и флюоритом. Является рудой на сурьму.

Легко узнается по форме кристаллов и их штриховке и по ассоциации минералов.

Характерный признак — спичка легко зажигается, если ею чиркнуть по антимониту

(антимонитовый порошок входит в состав головок современных, как их когда-то назы-

вали, шведских спичек).

Висмутин BigSa. Внешне во всем подобен антимониту, но несколько светлее по

цвету. Отличается от антимонита по ассоциации.

Он образуется в высокотемпературных гидротермальных месторождениях вместе

с пиритом, халькопиритом, вольфрамитом, мелкочешуйчатой светлой слюдкой —

мусковитом. Является рудой на висмут.

Реальгар

AS4S4.

Образует яркие оранжево-красные призматические кристаллы с

алмазным блеском на гранях и зернистые массы, вкрапления, прожилки в кальците.

Хрупкий. Излом неровный, шероховатый.

Встречается в низкотемпературных гидротермальных месторождениях вместе с ау-

рипигментом в составе кварцевых и кальцитовых жил или слагает оперяющие их мо-

номинеральные прожилки в глинистых сланцах. Как и аурипигмент, является рудой

на мышьяк.

Узнается по цвету (не путайте с киноварью—у нее не оранжевый, а ало-красный

цвет),

по оранжевой черте (у киновари она алая), по ассоциации с аурипигментом.

Аурипигмент АвгЗз- Выделяется в виде удлиненно-пластинчатых кристаллов и

их солнцеподобных лучистых сростков, а также в виде землистых масс. Имеет яр-

кий золотисто-желтый цвет, совершенную спайность по таблитчатости кристаллов и

перламутровый блеск на ней.

Встречается в низкотемпературных гидротермальных месторождениях вместе с ре-

альгаром, кальцитом, кварцем. Является рудой на мышьяк.

Легко узнается по цвету, блеску, шестоватым и лучистым агрегатам.

Молибденит

M0S2.

Сингония гексагональная. Характерны пластинчатые (пина-

коидальные) кристаллы серого (с чуть голубым оттенком) цвета с весьма совершенной

164

спайностью но пинакоиду и с металлическим или жирным блеском. Также обычны

розетковидные, чешуйчатые, сплошные (массивные) агрегаты таких кристаллов. Ис-

ключительно мягкий (твердость 1), жирный на ощупь.

Образуется при высоких температурах в разнообразных типах месторождений. Про-

мышленные концентрации как руда на молибден образует в грейзенах, высокотемпе-

ратурных гидротермальных месторождениях и скарнах.

Легко узнается по мягкости, форме кристаллов, спайности. От сходного с ним гра-

фита отличается более светлой окраской и более бледной чертой, она при растирании

другим бисквитом заметно зеленеет.

Пентландит

(Fe,Ni)S

(прибл.). Точная формула Fe

Ni4(Fe,Ni,Co)Se. Этот ми-

нерал диагностируется трудно. В первую очередь его надо искать в сплошных мел-

козернистых пирротиновых и халькопирит-пирротиновых массах в ультраосновных и

основных горных породах. Он имеет цвет то как у пирротина, то как у халькопирита

и выделяется на их фоне в виде оспин, зерен, вкраплений с сильным металлическим

блеском и совершенной спайностью по четырем плоскостям (по октаэдру).

Образуется в ликвационных медно-никелевых сульфидных рудах. Является рудой

на никель.

Узнается по минеральной ассоциации, по спайности. Все ультраосновные и основ-

ные горные породы с вкрапленностью халькопирита и пирротина следует проверять

на никель и искать в них пентландит. С пиритом ассоциирует редко.

Халькопирит

CuFeS2-

Кристаллы очень редки (тетрагональные тетраэдры и

др.),

обычны зернистые агрегаты и бесформенные выделения, жилки, гнезда. Цвет

зеленовато-желтый (л ату нно-желтый) неповторимого, типичного именно для халько-

пирита оттенка. Излом шероховатый. Блеск металлический. Черта зелено-черная.

Широко распространенный в природе минерал. Промышленное значение как руды

на медь имеют медно-никелевые сульфидные месторождения ликвационного типа (в

ультраосновных и основных горных породах), среднетемпературные месторождения

полиметаллической и колчеданной формаций и некоторые другие, медистые песча-

ники, скарновые месторождения.

Легко окисляется, покрываясь радужными синими, зелеными, красными пленками

ковеллина и борнита. Часто замещается с поверхности, по трещинам или целиком

гидроксидами железа, малахитом, азуритом.

Легко узнается по своему неповторимому л ату нно-желтому цвету и ярким вторич-

ным минералам, развивающимся по нему.

Борнит

Cu5FeS4.

Встречается в виде неправильных гнезд и жилок в кварце, тонкой

вкрапленности и цемента медистых песчаников, тончайших вторичных пленок на халь-

копирите. Цвет красный особого оттенка, но только в свежих сколах, розовато-бурый.

Быстро выветривается, покрываясь бурыми, зелеными, синими пленками вторичных

минералов — ковеллина и др.

Образуется как низкотемпературный гидротермальный минерал, а также в окислен-

ных медно-сульфидных рудах в зоне вторичного сульфидного обогащения. Является

рудой на медь.

Узнается по цвету в свежем изломе и пестрой окраске выветрелых поверхностей

минерала.

Ковеллин CuS, вернее

Cu2Cu(S2)S.

Это тончайшие ярко-синие (индиговые) пленки

вторичного изменения (побежалость) на халькопирите, борните, блеклой руде и дру-

гих сульфидах меди или иссиня-черные землистые массы. Продукт окисления медно-

сульфидных руд.

Красные серебряные руды. Это минералы непрерывного изоморфного ряда от

(SbSa)

(прустит) до Ag

(AsS3) (пираргирит). Встречаются в виде тригонально-

165

скаленоэдрических кристаллов и зерен в составе гидротермальных (ураноносных по-

лиметалических и др.) рудных жил. Цвет киноварно-красный, серый, блеск алмазный

на гранях, цвет черты красный.

Блеклые руды. Минералы переменного состава—упрощенно от теннантита

Cui2(AsS3)4S

до тетраэдрита

Cui2(SbS3)4S.

Медь изоморфно замещается серебром,

цинком, ртутью, железом и др., мышьяк и сурьма—висмутом, сера—селеном, теллу-

ром. Таким образом, это целая группа минералов, объединяющая много минеральных

видов. Преобладают в природе медно-мышьяковые и медно-сурьмяные блеклые руды.

Все они внешне очень сходны друг с другом. Кристаллы очень редки. Обычны не-

правильной формы массивные на вид выделения, гнезда, прожилки в кварце. Цвет

черно-серый. Излом неровный, шероховатый. Блеск тускло-металлический, блеклый,

отсюда и их общее название.

Типичный минерал среднетемпературных (иногда низкотемпературных) гидротер-

мальных, в частности золотоносных, месторождений. В последних золото часто при-

урочено к блеклой руде и находится в ней в виде мельчайших включений самородного

золота, реже с блеклой рудой ассоциируют калаверит АиТег и другие теллуриды и

селениды золота.

Узнаются с трудом, так как броских признаков не имеют. Характерны блеклый

блеск, неправильная форма выделений и ассоциация с пиритом, сфалеритом, кварцем.

Очень похожи на халькозин, но хрупкие, поэтому на них царапина от иглы блеклая,

а у халькозина блестящая. Требуется навык в визуальном определении блеклых руд.

Буланжерит

Pbs(Sb2S4)2S3.

Входит в состав полиметаллических гидротермаль-

ных руд в виде неправильных сплошных выделений и игольчатых, спутанно-волок-

нистых масс темно-серо-коричневатого цвета. Распознается с трудом, уверенно диа-

гностируется при помощи микроскопа. Характерен коричневатый оттенок черты.

Пирит

FeS2-

Изоморфные примеси Со, Ni, As, Cu, Sb. Сингония кубическая. Очень

характерны кристаллы в виде куба,

Пентагон-додекаэдра

и их комбинаций, при этом на

гранях куба обычна грубая штриховка (обратите внимание—на каждой грани штри-

ховка перпердикулярна к направлению штриховки на любой из соседних граней, см.

рис.

51). Эта штриховка называется комбинационной, так как она образована комби-

нацией тончайших граней куба и

Пентагон-додекаэдра

и возникает в процессе роста

кристаллов при смене его облика от кубовидного к

Пентагон-додекаэдрическому.

Цвет

пирита соломенно-желтый, золотисто-желтый. Блеск сильный металлический. Твер-

дость, как у всех персульфидов, большая — выше стекла

(6,5).

Пирит — самый распространенный сульфид в природе, образуется почти во всех

горных породах и типах минеральных месторождений. Как сырье для химической

промышленности добывается из колчеданных месторождений. Используется для про-

изводства серной кислоты. В металлургических процессах при выплавке чугуна явля-

ется вредной примесью. В некоторых случаях (в среднетемпературных гидротермаль-

ных месторождениях) является золотоносным минералом, так как может содержать

тончайшую вкрапленность золотин.

Легко узнается по форме кристаллов, золотистому цвету, высокой твердости. По

всем этим признакам он отличен от халькопирита и пирротина, с которыми его пона-

чалу иногда путают студенты.

При окислении замещается лимонитом. Часты полные псевдоморфозы лимонита по

пириту.

Кобальтин Co(AsS). Кристаллы такие же, как у пирита. Также образует зер-

нистую вкрапленность в рудах, но отличается от пирита серовато-розовым оттенком

цвета, наличием спайности и по микрореакции на кобальт. Встречается в скарнах.

166

В зоне окисления замещается порошковатыми массами эритрина. Является рудой на

кобальт.

Марказит FeS2- Сингония ромбическая. Кристаллы ромбо-дипирамидальные, не-

редко сдвойникованные. Обычны также радиально-лучистые агрегаты — конкреции,

в них марказит нередко срастается с пиритом, но на глаз это неразличимо. Цвет

светло-желтый, чуть темнее, чем у пирита. Блеск металлический. Твердость 6.

Образуется в осадочных породах, реже—как поздний минерал некоторых гидро-

термальных месторождений. Используется для получения серной кислоты.

Узнается по форме (копьевидной) отдельных кристаллов, их двойникам, конкре-

циям в осадочных горных породах.

Арсенопирит Fe(AsS). Изоморфные примеси Ni, Со, Sb. Сингония ромбическая.

Очень характерны кристаллы, удлиненные или клиновидные, с грубой штриховкой.

Цвет стально-серый, иногда чуть бронзовый. Блеск сильный металлический. Твер-

дость 6. Иногда слабо заметна спайность.

Образуется в высоко- и среднетемпературных месторождениях; в последних часто

бывает спутником самородного золота, отмечается в скарнах. Используется для из-

влечения мышьяка.

Узнается по серым удлиненным кристаллам с грубой штриховкой и по высокой

твердости. При ударе молотком издает чесночный запах.

Скуттерудит-никельскуттерудит СоДАв^з

—Ni^As.^.

Сингония кубическая.

Кристаллы в виде комбинации куба, октаэдра, но чаще встречаются в зернистых мас-

сах и в виде срастаний с другими арсенидами и сульфидами (герсдорфитом, никели-

ном).

Цвет светлый стально-серый. Блеск металлический. Твердость почти как у

стекла—5,5 (явно ниже, чем у сходного с ними по цвету арсенопирита).

Образуются в среднетемпературных гидротермальных месторождениях. Харак-

терна ассоциация с урановыми, никелевыми, серебряными минералами и кальцитом.

Являются рудой на кобальт и никель.

Выветриваясь, скуттерудит замещается с поверхности розоватым порошком кобаль-

товых цветов—эритрина, им же окрашиваются и окружающие минералы — кальцит и

др.;никельскуттерудит замещается зелеными никелевыми выцветами—аннабергитом.

Узнаются по кобальтовым и никелевым выцветам, серебряному цвету. От арсено-

пирита отличаются более частой ассоциацией с кальцитом, по выцветам, по меньшей

твердости, ровным (без штриховки) граням, форме кристаллов.

ПРОЦЕССЫ

ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДОВ

ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ УСЛОВИЯХ

В приповерхностных условиях в средах, богатых водой и кислородом, например в

местах просачивания над уровнем (зеркалом) грунтовых вод, большинство сульфидов

легко окисляется (рис. 127). Здесь действуют три фактора окисления сульфидов —

кислород, электрохимические явления и бактерии.

Реакции кислородного окисления сульфидов, например для халькопирита, можно

описать следующими схемами:

CuFeS2(халькопирит) + 40г CuS04 +

FeS04(o6a

в растворе),

CuFeS2(халькопирит) -f

C11SO4

—> 2СиБ(ковеллин) -I-

FeS04(B

растворе);

FeS04

(S0

-¥ гидроксиды Fe

(лимонит) + SO

Этими схемами можно объяснить процесс образования ковеллина и гидроксидов

железа за счет окисления халькопирита. Но это только первое приближение к истине.

Электрохимические процессы обусловлены тем, что на контактах сульфидов в вод-

ной среде возникает ЭДС, каждая пара зерен превращается в микрогальванический

167

Рис.

127.

Схема расположения

зон

окисле-

ния (заштрихованные области)

вторичного

сульфидного обогащения (точки).

Рис.

128.

Пирит-сфалеритовый гальваниче-

ский микроэлемент

ЭЛС

0,38 В

(Булах,

1985).

элемент. Электрохимические явления окисления идут

по

всей рудной массе

по

стыкам

контактирующих зерен разных сульфидов

(рис. 128).

Рис.

129.

Обобщенная схема строения окисленных

руд

(Золотарев,

1993).

168

Мощным фактором окисления

руд

являются также биохимические явления. Кон-

центрация бактерий

растворе, смачивающем окисляющуюся сульфидную руду,

мо-

жет составлять 10

—10

клеток

на 1 мл

раствора или

1 г

руды. Живая клетка

не-

редко является активным акцептором электронов,

так как

биохимические процессы

ней протекают

участием электронов, продуцируемых реакциями

на

неорганическом

субстрате. Таким образом, живая клетка выступает

роли окислителя, причем самые

высокие значения ЭДС

на

сульфидных микрогальванических элементах

(0,6-0,65

В)

устанавливаются только при участии бактерий.

Железная шляпа

[(бориит,далъкозин, новаялии)

1/ i

i ' i 'i

i ' i

II I Д

I.I I.I I

jaccuSffbiei

сильфидныв

.рудЫ[пирит,хальнопириг\

галенит,

сфалерит)

Рис.

130.

Строение окисленной меднорудной жилы.

В результате совместного действия трех факторов

над

первичными рудами фор-

мируется зона (покров) окисленных руд.

Её

мощность (глубина) бывает разной—от

долей

до

целых метров,

иногда

десятков метров, все зависит

от

местных условий

(климата, рельефа, уровня подземных вод, характера трещиноватости руд

окружаю-

щих горных пород)

и от

состава

строения первичных руд. Усредненно

зоне окисле-

ния выделяют подзоны разного минерального состава

сложения. Это схематически

показано

на

рис.

129 и 130.

Зоны окисленных руд, железные охры, медные выцветы

пр. используют при поис-

ках первичных руд. Благодаря яркости, пестроте

их

окраски, они легко распознаются

на местности,

по набору вторичных минералов можно предсказать состав первичных

руд.

Но

главное — под зоной окисленных

руд

нередко имеются участки повышенной

169

концентрации металлов. Они приурочены к зоне вторичного сульфидного обогаще-

ния и к низам зоны окисленных руд, где образуются за счет переотложения сюда по

трещинам вещества из двух верхних подзон и цементации здесь первичных сульфидов

вторичными, т.е. новообразованными минералами. Так возникает зона вторичного

сульфидного обогащения с промышленными рудами, например, меди (см. рис. 130).

Цинковые и свинцовые руды накапливаются в подзоне богатых окисленных руд. В же-

лезной шляпе встречаются промышленные концентрации золота как остаток золотин,

высвободившихся из сульфидов при их разложении.

К числу особых относятся процессы окисления медно-никелевых, касситерит-суль-

фидных и других рудных месторождений в многолетнемерзлых породах в Сибири,

Забайкалье, Якутии. Как показал Г. А. Юргенсон, все новообразования локализованы

в горизонтах с отрицательными температурами (от —0,5 до —10°С) и простираются

вниз на

250-800

м. Эти минералы представлены преимущественно сульфатами, что

объясняют экзотермическим (с выделением тепла) характером реакций их образова-

ния и тем фактом, что сульфаты (гипс и др.) типичны для мало обводненных, сухих

сред, таких, как безводные пустыни. Возможно, минералообразование шло из пере-

охлажденных рассолов при дефиците воды в жидкой фазе.

Контрольные вопросы

1. Что такое с точки зрения химии простые сульфиды, персульфиды, сульфосоли?

2. Как от типа структур и химических связей зависят свойства сульфидов?

3. Какие сульфиды твёрже стекла и почему?

4. Назовите главные процессы приповерхностого окисления сульфидов.

5. Каковы строение и минеральный состав зоны окисления сульфидных руд?