|
Рефераты Главная Краткое содержаниепроизведений Архитектура Астрономия Банковское делои кредитование Безопасностьжизнедеятельности Биографии Биология Биржевое дело Бухгалтерия и аудит Военное дело География Геодезия Геология Гражданская оборона Животные Здоровье Земельное право Иностранные языкилингвистика Искусство Историческая личность История История отечественногогосударства и права История политичискихучений История техники Компьютерные сети Компьютеры ЭВМ Криминалистика икриминология Культурология Литература Литература языковедение Маркетинг товароведениереклама Математика Материаловедение Медицина Медицина здоровье отдых Менеджмент (теорияуправления и организации) Металлургия Москвоведение Музыка Наука и техника Нотариат Общениеэтика семья брак Педагогика Право Программированиебазы данных Программное обеспечение Промышленностьсельское хозяйство Психология Радиоэлектроникакомпьютеры и перифирийные устройства Реклама Религия Сексология Социология Теория государства и права Технология Физика Физкультура и спорт Философия Финансовое право Химия - рефераты Хозяйственное право Ценный бумаги Экологическое право Экология Экономика Экономикапредпринимательство Юридическая психология |
Геохимия медиМEДЬ я_Введение Медь (лат.Cuprum) - химический элемент. Один из семи металлов,из- вестных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным - медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до Р.Хр. Знакомс- тво человечества с медью относится к более ранней эпохе,чем с железом; это объясняется с одной стороны более частым нахождением меди в сво- бодном состаянии на поверхности земли, а с другой - сравнительной лег- костью получения ее из соединений. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cyprum),откуда и название ее Cuprum. Особенно важна медь для электротехники. По электропроводности медь занимает второе место среди всех ме- таллов, после серебра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода, на которые раньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из аллюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступ- нее. Медь же, как и многие другие цветные металлы, становится все де- фицитнее.Если в 19 в. медь добывалась из руд, где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас 5%-ные медные руды считаются очень богатыми, а промышленность многих стран перерабатывает руды, в которых всего 0,5% меди. Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует син- тезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата - медного купороса. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых же дозах медь совершенно необходима всему живому. я_Химические и физические свойства элемента,определяющие его миграцию. Медь - химический элемент I группы периодической системы Менделее- ва;атомный номер 29, атомная масса 63,546. По геохимической классифи- кации В.М. Гольдшмидта,медь относится к я6халькофильным я0элементам с вы- соким сродством к S,Se,Te, занимающим восходящие части на кривой атом- ных объемов; они сосредоточены в нижней мантии, образуют сульфидноок- сидную оболочку. Халькофилы имеют ионы с 18-электронной оболочкой (также как Zn,Pb,Ag,Hg,Sb и др.) Вернадским в первой половине 1930 г были проведены исследования из- менения изотопного состава воды, входящего в состав разных минералов, и опыты по разделению изотопов под влиянием биогеохимических процес- сов, что и было подтверждено последующими тщательными исследованиями. Как элемент нечетный состоит из двух нечетных изотопов 63 и 65 На долю изотопа Cu(63) приходится 69,09% , процентное содержание изотопа Cu (65) - 30,91%. В соединениях медь проявляет валентность +1 и +2,из- вестны также немногочисленные соединения трехвалентной меди. К валентности 1 относятся лишь глубинные соединения, первичные сульфиды и минерал куприт - Cuя42я0O. Все остальные минералы, около сотни отвечают валентности два. Радиус одноволентной меди +0.96, этому отве- чает и эк - 0,70.Величина атомного радиуса двухвалентной меди - 1,28; ионного радиуса 0,80. Очень интересна величена потенциалов ионизации: для одного электро- на - 7,69, для двух - 20,2. Обе цифры очень велики, особенно вторая, показывающая большую трудность отрыва наружных электронов. Одновалент- ная медь является равноквантовой и потому ведет к бесцветным солям и слабо окрашенным комплексам, тогда как разноквантовя двух валентная медь характеризуется окрашенностью солей в соединении с водой. Медь - металл сравнительно мало активный. В сухом воздухе и кисло- роде при нормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно легко вступает в реакции с галогенами, серой,селеном. А вот с водородом, уг- леродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температу- рах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют. Электроотрицательность атомов - способность при вступлении в соеди- нения притягивать электроны.Электроотрицательность Cuя52+ я0- 984 кДЖ/моль, Cuя5+я0-753 кДж/моль. Элементы с резко различной ЭО образуют ионную связь, а элементы с близкой ЭО - ковалентую.Сульфиды тяжелых металлов имеют промежуточную связь, с большей долей ковалентной связи ( ЭО у S-1571,Cu-984,Pb-733).Медь является амфотерным элементом - об- разует в земной коре катионы и анионы. По расчетам Г.А.Голевой,в силь- нокислых водах зоны окисления медных месторождений Cu находится в фор- ме Cuя52+ я0(14-30%),CuHSOя44я5+я0(1-25%),недиссоциированныой молекулы Cu- SOя50я44я0(70-90%).В щелочных хлоридно-гидрокарбонатных водах зоны востано- вительных процессов Cu находится в формах CuCOя43я50 я0(15-40%),Cu(COя43)2я52- (5-20%),Cu(OH)я5+ я0(5-10%).B кислых хлоридных водах нефтегазоносных структур преобладает анион Cu(OH)я43я5- я0(45-65%),хотя имеются и катионные формыCuя5+я0(20-46%),CuCLя5+я0(20-35%). Некоторые термические свойства меди.Температура плавления-1083 C; температура кипения- 2595 C;плотность-8,98 г/смя53я0. Среднее содержание меди в различных геосферах. в земной коре составляет 5,5*10я5-3я0(вес %) литосфере континентальной 2*10я5-3 гранитной оболочки 3*10я5-3 в живом веществе 3,2*10я5-4 в морской воде 3*10я5-7 хондриты 1*10я5-2 ультраосновные 2*10я5-3 (дуниты и др.) основные 1*10я5-2 (базальты,габбро и др.) средние 3,5*10я5-3 (диориты,андезиты) кислые 2*10я5-3 (граниты,гранодиориты) щелочные 5*10я5-4 Среднее содержание меди в осадочных породах. глины - 4,5*10я5-3 сланцы - 4,5*10я5-3 песчаники - 0,1*10я5-3 карбонатные породы - 0,4*10я5-3 Среднее содержание меди в глубоководных осадках. известковистые - 3*10я5-3 глинистые - 2,5*10я5-2 Вывод:содержание меди больше в основных породах,чем в кислых. я_Минералы. Медь входит более чем в 198 минералов, из которых для промышленнос- ти важны только 17,преимущественно сульфидов, фосфатов, силикатов,кар- бонатов,сульфатов. Главными рудными минералами являются халькопирит CuFeSя42я0,ковеллин CuS,борнит Cuя45я0FeSя44,я0халькозин Cuя42я0S. Окислы: тенорит ,куприт Карбонаты: малахит ,азурит Сульфаты: халькантит ,брошантит Сульфиды: ковеллин ,халькозин ,халькопирит, борнит Чистая медь - тягучии,вязкий металл красного, в изломе розового цвета, в очень тонких слоях на просвет медь выглядит зеленовато-голу- бой. Эти же цвета, характерны и для многих соединений меди, как в твердом состаянии, так и в растворах. Понижение окраски при повышении валентности видно из следующих двух примеров: CuCl - белый Cuя42я0O - красный CuClя42я0+Hя42я0O - голубой CuO - черный Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содер- жания воды, чем намечается интересный практический признак для поис- ков. Практическое значение имеют: самородная медь, сульфиды, сульфосо- ли,и карбонаты(силикаты). С.С.Смирнов так характеризует парагенетические ряды меди: при окислении сульфид - куприт + лимонит (кирпичная медная руда) - мелаконит (смоляная медная руда) - малахит + хризоколла. я_Геохимия меди. Из приведенной характеристики ионов вытекает общии тип миграции ме- ди: слабая миграция ионов w=1 и очень сильная - ионов w=2 с рядом до- вольно легко растворимых солей галоидов и аниона(Soя44я0); равным образом осаждаемость благодаря активной поляризации ионами: (Coя43я0),(SiOя44я0),(POя44я0), (AsOя44я0). Типы распределения и концентрации меди весьма многочисленны и раз- нообразны. Мы можем выделить шесть главных типов, причем в основе бу- дут лежать следующие гохимические положения: 1) легкое отщепление меди из магм с переходом в пневматолиты еще при дифференцации основных пород и даже может быть при ликвации уль- траосновных; 2) при гидротермальном процессе главное осаждение меди в геофазы прцессов G-H, т.е. около 400-300я50я0; 3) в гипергенной обстановке фиксация меди преимущественно анионами (Soя43я0),(SiOя43я0) при общей большой миграционной способности меди (особенно в виде легкорастворимого сульфата). С.С. Смирнов характеризует миграцию так: "миграция меди тем более облегчается, чем выше в рудах отношение серы к меди, чем менее активна обстановка, чем менее влажен климат и чем более проницаема рудная мас- са". Рассмотрим более подробно геохимическую миграцию элемента. В гидротермах Cu мигрирует в форме различных комплексов Cuя5+ я0и Cuя52+ и концентрируется на геохимических барьерах в виде халькопирита и дру- гих сульфидов (меднопорфировые,медноколчеданные и др. месторождения). В поверхностных водах обычно содержится n*10я5-6 я0г/л Cu, что соот- ветствует коэффиценту водной миграции 0,n. Большая часть Cu мигрирует с глинистыми частицами, которые энергично ее адсорбируют. Наиболее энергично мигрирует в сернокислых водах зоны окисления сульфидных руд, где образуется легко растворимый CuSOя44я0. Содержание Cu в таких водах достигает n г/л, на участках месторождений возникают купоросные ручьи и озера. Однако такая миграция непродолжительна: при нейтрализации кислых вод на барьере Д1 осождаются вторичные минералы Cu, она адсорбируется глинами, гидроксидами марганца, гумусом, кремнеземом. Так образуется повышенное содержание меди в почвах и континентальных отложениях ланд- шафтов на участках месторождений. Медь здесь активно вовлекается в би- ологический круговорот, появляются растения, обогощенные медью, круп- ные размеры приобретают моллюски и другие животные с голубой кровью.Многие растения и животные плохо переносят высокие концентрации меди и болеют. Значительно слабее миграция Cu в ландшафтах влажного климата со слабокислыми водами. Медь здесь частично выщелачивется из почв. Из- вестны болезни животных а растений, вызванные недостатком меди. Осо- бенно бедны Cu пески и трфянники, где эффективны медные удобрения и подкормка животных. Медь энергично мигрирует и в пластовых водах, откуда она осаждается на восстановительном сероводородном барьере. Эти процессы особенно ха- ракткрны для красноцветной формации, к которым приурочены месторожде- ния и рудопроявления типа "медистых песчаников". я_Основные типы генезиса наиболее крупных месторождений. 1) В ультраосновных породах и наритах вместе с пирротином и, следова- тельно, в ассоциации с никелем, кобальтом, частично с палладием. Обыч- но халькопирит является последним сульфидом в этом ряду кристаллизации и следовательно приурочен преимущественно или к эндоконтактовым или даже к экзаконтактовым зонам. 2) Выделение меди в пустотах мелафиров и вообще в основных эффузивах вместе с циолитами в начале геофазы H. 3) Выделение пирита вместе с халькопиритом из дериватов гранодиорито- вой магмы и связанных с ними альбитофиров.Колчиданные линзы с цинком и золотом (например Урал). 4) Медно-жильный комплекс в связи с кислыми гранитами, с выделением меди в геофазах G-H, между комплексами Au-W-B и B-Zn-F. К этому типу относятся ивзрывные месторождения меди в парфировых рудах и во вторич- ных кварцитах. В этом случае интересна связь с молебденом и бором.Ок- варцевание с выносом всех катионов, очевидно, перегретыми гидролизиру- ющими водами и эманациями. Генетический тип представляет огромный ин- терес, но самый ход процесса остается не ясным. Большое промышленное значение, несмотря на низкое содержание (1-2%)Cu. 5) Контактный тип кислых и гранодиоритовых магм обычно во вторую фазу коктактового процесса накопления гранато-пироксенного скарна;медь обычно накапливется в геофазы G-H с молебденитом, пиритом, шеелитом, иногда гематитом среди магнитита более ранней кристаллизации. Этот тип в небольших количествах всегда присутствует в контактных магнетитах. Очень типичен для Срдней Азии (Тянь-Шань). 6) Очень многочисленна и своеобразна осадочные скопления меди в пес- чаниках, сланцах, песках, битуминозных осадках. Весьма возможен в от- дельных случаях билогический процесс образования (Мансфильд в Тюрин- гии,пермские песчаники в Приуралье). Геохимически изучен плохо. Инте- ресна связь с молебденов, хромом, ванадий, обуславливающие особые руд- ные концетрации. Иногда наблюдаются корелляция между Cu и С; однако, далеко не всегда и, как показали исследования А.Д.Архангельского, наи- большие концентрации меди вызваны чисто химическими процессами. Четыре типа колчеданных месторождений: 1. Месторождения Кипорского и Уральского типа отношение Pb:Zn:Cu - 1:10:50 2. Рудно-Алтайский - 1:3:1 3. Малый Кавказ - 1:5:10 4. Курака - 1:4:1 (схема строения колчеданного месторождения см. рис 1) К зонам химического выветривния относятся медно-сульфидные место- рождения (строение зоны окисления медно-сульфидных месторождений см. рис 2) |
|