Процессы концентрирования металлов в водной среде

14.07.2020

Обычно элементы, привносимые в океаны и озера, первоначально присутствуют в низких концентрациях. Лишь изредка, например в некоторых гидротермальных растворах, элементы привносятся в водную среду в концентрациях, достаточных для формирования месторождений полезных ископаемых непосредственно при осаждении. Следовательно, для образования большинства подводных минеральных месторождений требуются некоторые процессы селективного концентрирования. К ним относятся селективная сортировка и вымывание обломочных частиц, селективное выщелачивание, экстракция и концентрирование элементов из раствора, диагенетическне процессы.

Селективная сортировка. Селективная сортировка в результате механического воздействия представляет собой главный способ обогащения полезных ископаемых обломочных минеральных месторождений, таких, как россыпи и залежи строительных материалов, которые попадают в водную среду в твердом состоянии. Однако этот процесс может также концентрировать и полезные ископаемые, осажденные из раствора, например фосфориты. Полезные ископаемые селективно концентрируются в результате просеивания и вымывания ассоциирующихся с ними тонкозернистых компонентов или за счет гравитационного оседания в случае частиц большого размера или минералов с высоким удельным весом. Таким образом полезные ископаемые, которые первоначально были рассеяны в осадках, начинают концентрироваться, образуя месторождения.

Механическая сортировка обломочных полезных ископаемых наиболее эффективна на пляжах (в результате деятельности прибоя) и в прибрежной зоне (где важно волновое воздействие). По мере увеличения глубины энергетический уровень обстановки осаждения в целом снижается в результате уменьшения волнового воздействия. При этом уменьшается возможность селективного концентрирования полезных компонентов. Однако в природе вариации очертаний континентального шельфа и источников энергии, таких, как приливные течения, могут видоизменять эту общую тенденцию. Более того, из-за колебаний уровня моря в недавней геологической истории, обусловленных изменениями объемов покровных ледников, большая часть современных континентальных шельфов подвергалась морским трансгрессиям и регрессиям. При этом изменялось положение береговых линий. Следовательно, условия, благоприятные для формирования россыпей, могли существовать почти повсеместно на древних континентальных шельфах. Поэтому реликтовые россыпи и залежи строительных материалов часто находят в условиях, не соответствующих современной обстановке их формирования.

Селективное выщелачивание. Выщелачивание некоторых элементов из горных пород пли осадков с формированием остаточных образований, обогащенных определенными элементами, является обычным процессом на суше. Хорошим примером полезных ископаемых, сформировавшихся в результате такого процесса, являются латериты. Его значение в субаквальных обстановках намного более ограниченно. Селективное выщелачивание может играть важную роль при удалении летучих, ассоциирующихся с фосфоритами, что приводит к обогащению остаточных образований Р2О5. Оно может также иметь определенное значение при медленном растворении вулканических ядер железо-марганцевых конкреций, что создает условия для замещения их окисями марганца и, следовательно, в целом повышает содержание металлов в этих образованиях.

Концентрирование из водного раствора. За исключением подводных месторождений обломочных полезных ископаемых, например россыпей и залежей строительных материалов, химические элементы других месторождений на каком-то этапе их истории проходят фазу водного раствора. Если они не связаны с подводными гидротермами, то их содержания в подобных растворах очень низки, и поэтому требуется значительное концентрирование, чтобы они сформировали подводные полезные ископаемые.

Адсорбция является одним из главных механизмов, посредством которых элементы селективно экстрагируются из раствора аутигенными полезными ископаемыми в озерах и океанах.

Вероятно, наиболее впечатляющей иллюстрацией значения адсорбции в формировании подводных минеральных месторождений является извлечение никеля, меди и кобальта железо-марганцевыми конкрециями. При этом не только адсорбция ответственна за высокие концентрации этих элементов в некоторых типах конкреций. Адсорбция металлов из. морской воды некоторыми металлоносными осадками также может иметь значение в повышении их концентраций в этих образованиях, что обсуждается далее. Особенно хорошо извлекаются металлы как из пресной, так и из морской воды окисями марганца и железа. Определенную роль в этой связи могут играть также фосфориты и некоторые силикаты.

Как отмечалось, биологическое концентрирование является еще одним важным процессом селективной экстракции элементов из раствора до их вхождения в состав подводных минеральных месторождений. Водные организмы обладают способностью селективного концентрирования многих элементов в своих тканях на несколько порядков больше, чем обычные их концентрации в растворе. Такое концентрирование осуществляется обычно планктоном в поверхностных водах озер и океанов. После смерти организмы погружаются на дно и подвергаются частичному или полному растворению, что приводит к высвобождению содержащихся в них элементов и переходу их в водную толщу или в иловые воды подстилающих осадков. В последнем случае могут достигаться высокие концентрации элементов в растворе, что может привести к осаждению новых минеральных фаз и увеличению из влечения металлов минеральными фазами, уже присутствующими в осадках. Подобные процессы играют важную роль в образовании как фосфоритов, так и железо-марганцевых конкреций, что будет рассмотрено позднее.

Диагенез. Диагенез — название, данное процессам, ведущим к химическим и физическим изменениям осадков и рудных образований после их накопления. Он может привести к значительному увеличению содержания некоторых элементов в полезных ископаемых и поэтому играет важную роль в формировании некоторых подводных минеральных месторождений. Например, диагенетическая мобилизация элементов в приповерхностных осадках некоторых районов имеет важное значение для обогащения этими элементами железо-марганцевых конкреций. Увеличение содержания P2O5 в фосфоритах после их образования является другим примером диагенетического обогащения. Однако диагенетические реакции могут и обеднять некоторые полезные ископаемые. Например, при захоронении в прибрежных областях, подстилающихся восстановленными осадками, железо-марганцевые конкреции растворяются. Марганец впоследствии может мигрировать опять к поверхности и концентрироваться здесь в еще большой степени, чем раньше. Однако другие элементы, такие, как никель, медь и железо, сохраняются в осадках в виде сульфидов или металлоорганических комплексов и, таким образом, потеряны для конкреций.

Хотя во многих случаях диагенетическое обогащение элементами подводных полезных ископаемых происходит во время их формирования или непосредственно вслед за ним, может также происходить и более позднее диагенетическое перерождение рудных образований. Например, диагенетическая перекристаллизация и перераспределение вещества во внутренних частях железо-марганцевых конкреций могут привести к образованию слойков, содержащих значительно более высокие концентрации ценных металлов, чем конкреции в целом. Сходным образом прогрессивное растворение и замещение ядер конкреций окисями железа и марганца могут привести к возрастанию в них рудных концентраций. Уплотнение и перекристаллизация металлоносных осадков при захоронении могут привести к отжатию растворенного в иловых водах вещества и в результате — к увеличению рудных концентраций в них. Аналогичный результат имеет и диагенетическое изменение фосфоритов, которое приводит к уменьшению содержания летучих.

Процессы постдиагенетического концентрирования. После образования подводных полезных ископаемых могут происходить процессы дальнейшего их концентрирования. Например, образования континентального шельфа подвержены воздействию трансгрессий и регрессий моря в связи с колебаниями объема покровных ледников, а в некоторых случаях — подъему и эрозии. Такие процессы могут привести к физическому перераспределению полезных ископаемых, а иногда — к их механическому концентрированию. Фосфориты и россыпи представляют собой хорошие примеры полезных ископаемых, которые иногда подвергаются воздействию подобных процессов. Более того, вновь устанавливающиеся после цикла подъема и эрозии химические условия, благоприятные дли дальнейшего образования аутигенных минералов, скорее могут привести к обогащению существующих полезных ископаемых, чем к образованию новых. Примером такого процесса является рефосфатизация существовавших ранее фосфоритов, которая, по-видимому, имела место в меловых и третичных фосфоритах на окраине Северо-Западной Африки. Сходным образом из металлоносных гидротерм, поднимающихся через осадки, отложенные гидротермами ранее, может осадиться часть металлов, что увеличивает их содержание в рудных образованиях в целом. Такие примеры были обнаружены во впадине Атлантиc-II в Красном море.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна