Миграция металлов в коллоидном состоянии

10.07.2018
Возможность присутствия коллоидов в рудоносных флюидах рассматривалась многими геологами. Однако это представление не стало общепринятым, вероятно, потому, что поведение коллоидов при повышенных температурах и давлениях — один из наименее исследованных разделов физической химии.

Коллоидная система состоит из двух фаз, одна из которых (дисперсная фаза) диффундирована в другой (в дисперсионной среде). Размер коллоидных частиц находится в пределах от размера частиц истинного раствора до размера крупных частиц в суспензии, т. е. от 10в-7 до 10в-3 см. Коллоидное вещество может быть твердым, жидким или газообразным, причем оно может быть диспергировано в любой из перечисленных фаз. Однако, рассматривая вопрос о переносе рудных компонентов, мы будем касаться в основном твердых коллоидных частиц, диспергированных в жидкости, или, что также возможно, в газовых средах. Коллоидная система, состоящая из твердых частиц, диспергированных в жидкости, называется золем. Для коллоидных частиц характерна большая удельная поверхность, в результате чего абсорбированные ими ионы способны контролировать поведение самих частиц. Коллоидные частицы данного типа могут абсорбировать катионы и вести себя как положительно заряженные тела, или же могут абсорбировать анионы и становиться отрицательно заряженными. Поскольку все частицы какого-либо золя имеют одинаковый заряд, они отталкиваются одна от другой, предотвращая тем самым коагуляцию. Соответственно, если в золь добавить электролит, коллоидные частицы нейтрализуются, что приведет их к флоккуляции. Дисперсная фаза обычно образуется из молекулярных скоплений, которые могут отвечать сульфидам, окислам, гидроокисям и другим химическим соединениям. Сульфидные и органические золи по большей части несут отрицательный заряд, а окисные и гидроокисные золи — положительный, однако в этом правиле есть некоторые существенные исключения (например, коллоидный кремнезем несет отрицательный заряд). Некоторые золи обладают частицами с определенным электрическим зарядом, который нелегко изменить; другие могут быть положительными, отрицательными или нейтральными в зависимости от значения pH дисперсионной среды. Отсюда легко представить, сколь разнообразны теории, выдвигаемые для объяснения переноса и отложения рудных минералов в коллоидных системах.

Перенос металлов в коллоидном состоянии гидротермальными системами зависит от устойчивости данных золей при высоких температурах и давлениях, однако соотношения устойчивости коллоидов еще недостаточно изучены. Коллоиды наиболее устойчивы в холодных разбавленных растворах и могут стать еще более устойчивыми в присутствии второго (защитного) коллоида. Фрондель исследовал устойчивость коллоидного золота в искусственно созданных гидротермальных условиях и пришел к выводу о влиянии кремнезема как защитного коллоида, стабилизирующего коллоидное золото против действия электролитов, а также против коагуляции, вызываемой повышением температуры. Незащищенные золи (золото) без добавления электролита самопроизвольно коагулируют при температуре 150—250°, а защищенные золи (золото и кремнезем) устойчивы при 350°.

Доводы «за» и «против» гипотезы миграции металлов в коллоидном состоянии рассматривались как с химической, так и геологической точек зрения. В поддержку гипотезы свидетельствуют данные лабораторных исследований, установившие возможность существования коллоидов металлов при умеренных температурах и давлениях. Кроме того, обнаружены некоторые минералы и минералоиды в таких формах, которые позволяют предполагать, что они образованы из золей.

Один из наиболее трудных вопросов в общей проблеме миграции рудоносных флюидов в глубинных условиях заключается в следующем: каким образом флюиды могут проходить через плотные и относительно непроницаемые материалы? Что касается коллоидов, то эта проблема выглядит еще более сложной, поскольку коллоидные частицы значительно крупнее ионов, атомов и молекул. Тем не менее есть геологи, утверждающие, что некоторые руды образовались на значительных глубинах из коллоидов; другие геологи предполагают, что рудоносные флюиды превращаются из истинных растворов в коллоидные при переходе из глубин в близповерхностные условия.