Лекция 10 Самородные элементы (стр. 1 )

ЛЕКЦИЯ 10 Самородные ЭЛЕМЕНТЫ

10.1 Общие сведения

Из твердых простых веществ-минералов, называемых иногда самородными элементами, наиболее обычны самородные металлы, либо сравнительно чистые, либо образующие изоморфные смеси друг с другом, образуя природные сплавы. В такой форме установлено около 18 элементов: Сu, Ag, Аu, Fe, Со, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, As, Sb, Bi, Pb, Sn, Zn.

Способность металлов выделяться в виде простых веществ определяется величиной нормального электродного потенциала, в зависимости от которого их располагают в ряд напряжений: Li, К, Са, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Аu. Наиболее обычны в самородном виде элементы, стоящие правее водорода — Cu, Hg, Ag, Pt (и платиноиды), Au. Самородные Fe, Ni (иногда вместе с Со) встречаются редко и чаще имеют космическое происхождение. Самородные Pb, Sn, Zn чрезвычайно редки и возникают в каких-то особых условиях. Металлы, стоящие левее Zn, в самородном состоянии неизвестны.

Из неметаллов наиболее обычны в самородном состоянии сера и углерод. Селен, известен в основном как изоморфная примесь к сере и лишь изредка выделяется как самостоятельный минерал. Самородный теллур встречается очень редко и в небольших количествах.

По типу простых веществ выделяют два класса:

1) самородные металлы и полуметаллы;

2) неметаллы.

10.2 Класс самородные металлы и полуметаллы

10.2.1 Группа меди (Си)

Химический состав. В группе меди рассматриваются три минеральных вида: медь, серебро и золото.

Взаимная смесимость между Аu, Ag, Сu наиболее полно проявляется в самородном золоте, для которого постоянна примесь Ag (до 50-53%) и довольно обычны примеси Сu (до 9-20%). В самородном серебре обычно содержится до 1-2% Аu (редко содержания до 20%) и до 1% Сu. Самородная медь является наиболее чистой, хотя иногда в ней устанавливаются изоморфные примеси Ag (3-4 до 8%) и Аu (до 2-3%). Для всех трех минералов отмечены изоморфные примеси платиноидов, Fe, As, Sb, Bi, Zn, S, а для самородного Ag еще и Hg; их разнообразие и наибольшие количества характерны для самородного золота.

Отдельные зоны и зерна отличаются более высокой концентрацией изоморфных примесей (особенно Ag в Аu). Гомогенные же минералы с высоким содержанием примесей при более глубоком исследовании могут оказаться интерметаллическими соединениями, наиболее вероятными для рядов Аu-Сu и Аu-Ag. Подтверждением этого является открытие палладистого купроаурида (Сu, Pd)3Au2, ромбической сингонии.

Структура. Все три минерала имеют структуру типа ПКУ с КЧ атомов 12. Кристаллизуются они в кубической сингонии (3L44L36L29PC).

Образование. Вследствие низкого сродства Аu к другим элементам самородное золото может образоваться не только в гидротермальных (в том числе высокотемпературных), но и в магматических условиях. Для него обычен парагенезис не только с кварцем, но и с различными сульфидами.

Самородные Ag и Сu в гипогенных условиях могут возникать лишь при недостаточной активности S. В противном случае образуются их сульфиды. Этим объясняется парагенезис гипогенного самородного серебра с арсенидами Со, Ni, Fe, а самородной меди, имеющей большое сродство к As, с низкотемпературными минералами гидротерм, бедных As и S,-с хлоритами, цеолитами, кварцем, кальцитом и реже с арсенидами Сu. Активность S и Те сильно влияет и на степень изоморфизма. В случае высокой активности S (при образовании золота с сульфидами) самородное золото оказывается более высокопробным, так как основные его изоморфные примеси Си и Ag, связываются в сульфиды. В то же время золото, находящееся в кварце, более низкопробно. Повышение пробности самородного золота происходит иногда и при высокой активности Те, связывающего серебро.

Таким образом, переход от самородного золота к серебру и меди в целом отвечает снижению температуры гипогенных процессов, снижению активности серы, мышьяка, теллура. Понятным становится более широкое проявление изоморфизма для золота как наиболее высокотемпературного из рассматриваемых минералов.

В гипергенных процессах преимущество в количественном отношении за медью. Затем идут серебро и золото. Связано это, с одной стороны, с более высоким содержанием Сu в первичных сульфидных рудах, с другой-с более легким переходом Сu в растворимые формы в ряду Сu, Ag, Аu.

Помимо реакций восстановления, возникающих, например, за счет H2S, FeS04, арсенидов Со, Ni, Fe, органических веществ, большую роль в образовании Сu и Ag в гипергенных условиях играют электрохимические реакции. Все это приводит к накапливанию серебра в зоне железной шляпы, а также значительных количеств меди и серебра в зоне цементации рудных месторождений, к появлению самородной меди в песчаниках, богатых органическими остатками. Несмотря на большую устойчивость, золото также может мигрировать в поверхностных условиях и выделяться в виде тончайших зерен, пленок, прожилков.

Медь Сu

Название. Происхождение русского слова медь — неясно.

Химический состав. Си до 97-98%. Из изоморфных примесей наиболее обычны Ag (3-4 до 8%), Аu (до 2-3%), иногда As (до 3%). Форма вхождения Fe (до 2-3%) недостаточно ясна. Форма выделения. Редко хорошие кристаллы кубического, кубооктаэдрического габитуса (рисунок 22). Характерны плоские и объемные дендриты (рисунок 23), пластины, плотные сплошные массы, мелкие вкрапленники, тонкозернистые порошковатые и сферолитовые цементные выделения. Известны псевдоморфозы по куприту, арагониту, кальциту, азуриту, халькозину, халькантиту, волокнистому антлериту.

Свойства. Цвет медно-красный. Блеск металлический. Ковка. Спайности нет. Излом крючковатый. Тв. 2,5-3. Черта металлическая блестящая. Пл. 8,5-8,9.

Диагностика. Медь легко растворяется в HNO3 с образованием голубого раствора. Голубую окраску приобретает от меди и нашатырный спирт. Обычно покрыта коричнево-красными (куприт), зелеными (малахит), голубыми (азурит), черными (сульфиды меди) вторичными продуктами. Малахит и азурит часто находятся вблизи меди во вмещающих ее минералах.

Образование. См. описание гр. Наиболее обычна гипергенная самородная медь. Для нее характерна ассоциация с купритом, теноритом - СuО, малахитом, хризоколлой, либетенитом-Сu2[Р04](ОН), купритом, теноритом и большим числом разнообразных сульфатов, хлоридов, иодидов, молибдатов меди (Чукикамата, Чили), гидроокислами железа, гипсом, ярозитом, малахитом (березиты м-ния Центрального, Мариинская тайга). Такого же происхождения, очевидно, вкрапленники самородной меди в трещинках спайности крупнокристаллического гипса р-на Пинал Каунти (США).

Реже самородная медь осаждается в породах, богатых органическим веществом, на некотором удалении от рудных месторождений. С этим связывают тонкодисперсную медь в торфяниках р. Левихи (Свердловская обл.), мельчайшую вкрапленность самородной меди с халькозином и другими сульфидами в черных глинах Эль-Болео (Калифорния), ее скопления в некоторых песчаниках, хотя источниками рудоносных растворов могут быть сравнительно низкотемпературные (ниже 100° С) гидротермы. Наиболее крупное месторождение последнего типа – Корокоро (Боливия). Самородная медь здесь ассоциирует с низкотемпературным халькозином, арсенидами меди и залегает совместно с гипсом, кальцитом, кварцем, баритом, целестином. Песчаники занимают более 30 000км2 при мощности 0,5-2м (иногда до 12м).

С низкотемпературной гидротермальной деятельностью связано появление самородной меди в ассоциации с цеолитами, кварцем, кальцитом, пренитом, датолитом, хлоритом, эпидотом, гематитом, иногда с самородным серебром в виде миндалин, прожилков, импрегнации в базальтах, мандельштейнах, конгломератах на полуострове Кивино (оз. Верхнее, США). С 1854 по 1930г. эти месторождения, являвшиеся вторым по величине меднорудным районом мира, дали 3,8 млн. т меди. Здесь же был встречен самый крупный из известных самородков 13,7x6,7x2,4м весом около 420т. В сходной ассоциации самородная медь установлена в тонкослоистых вулканических потоках, богатых гематитом и имеющих из-за этого красный цвет, на о. Ванкувер (Канада).

Рисунок 22 – Кристаллы минералов группы самородной меди

Рисунок 23 – Дендриты самородной меди. Центральный Казахстан.

Нат. вел. ИГиГ (коллекция музея Института геологии и

геофизики СО АН CCCР)

В тех потоках, где гематита мало, вместо меди содержится халькопирит. Это дает основание предполагать, что самородная медь образовалась при окислении халькопирита. Возможно, этим же путем образовалась самородная медь в эффузивах полуострова Кивино.

В виде вкрапленности в окремнелых породах самородная медь с мельниковитом, пиритом, марказитом, гидроокислами железа установлена в кальдере Калиман, СРР.

Как непосредственный продукт магматической кристаллизации самородная медь в небольших количествах обнаружена в полевых шпатах габбро близ Тосканы (Италия), в роговых обманках и полевых шпатах сиенитов Юж. Африки, в авгитах зернистых диабазов Дороса (Юго-Западная Африка). Самородная медь установлена в некоторых серпентинитах (Лизард в Англии).

Может накапливаться в россыпях (медные пески Корокоро, Боливия; ледниковые четвертичные отложения района оз. Верхнего, США).

Самородная медь в виде мельчайших зерен установлена в никелистом железе метеоритов в ассоциации с троилитом. Есть указания на находки в XVII в. чисто медных метеоритов, но они недостаточно достоверны.

Изменения. Быстро покрывается с поверхности купритом; за счет меди могут развиваться малахит, азурит, хризоколла и т. п. минералы.

Практическое значение. В некоторые годы самородная медь составляла 8-10% всей добываемой меди (главным образом за счет месторождений оз. Верхнего и Боливии). Используется в электротехнике, машиностроении и других отраслях народного хозяйства.

Серебро Ag

Название. От славянского «серп» (луны).