氧化铜矿床的形成机理

氧化铜矿物生成

硫化矿床出露地表后,遭受风化剥蚀,使硫化物与富含氧的地表水或空气接触,发生氧化作用。硫化物中的硫被氧化生成硫酸,金属离子生成硫酸盐溶解到水中。其反应为:

2FeS (黄铁矿)+7O +2H O=2FeSO +2H SO 4

4FeS (黄铁矿)+15O +2H O=2Fe (SO ) +2H SO 4

硫酸铁经过转运后发生水解,在弱碱条件下转化为含水氧化铁。其反应如下:

Fe (SO ) +6H O=2Fe(OH) +3H SO 4

2Fe(OH) =Fe ·2H O+H O

铁形成氧化物后残留在铜矿体上部,形成铁帽型矿床。在含硫酸根离子、硫酸盐及空气中的氧共同作用下,硫化铜矿物发生氧化作用。反应如下:

CuFeS (黄铜矿)+4O =CuSO +FeSO 4

2CuFeS (黄铜矿)+8O =Cu SO +Fe (SO ) 3

2CuSO +2FeSO =Cu SO +Fe (SO ) 3

经过氧化作用,铜以硫酸铜或硫酸亚铜的形式,溶入地下水或以硫酸铜形式结晶析出,在碱性条件下形成黑铜矿(CuO)、赤铜矿(Cu O)、赤铜铁矿(CuFeO )等。当水溶液中含有足够的二氧化碳或介质中存在大量碳酸盐矿物时,硫酸铜与它们反应形成孔雀石、蓝铜矿等矿物。其反应式如下:

2CuSO +CO +3H O=CuCO ·Cu(OH) [孔雀石]+2H SO 4

2CuSO +CaCO +2H O=CuCO ·Cu(OH) [孔雀石]+CaSO [转为石膏]+H SO 4

2CuSO +Ca(HCO ) +H O=CuCO ·Cu(OH) [孔雀石]+CaSO +H SO +CO 2

3CuSO +Ca(HCO ) +2H O=2CuCO ·Cu(OH) [孔雀石]+CaSO +2H SO 4

在有游离二氧化硅的条件下,硫酸铜与其反应生成硅孔雀石( CuO· SiO · O),硫酸铜在还原条件下产生自然铜的矿物组合。

5CuSO +4FeSO +CaCO +3H O=CuCO ·Cu(OH) [孔雀石]+Cu O+Cu+2Fe (SO ) +CaSO +2H SO 4

以上矿物一般位于氧化带的上部及中部,沿淋滤孔洞及裂隙充填。在自然界中只有少部分矿石直接由硫化物经氧化作用形成;多数情况是在氧化淋滤作用后,金属离子经过溶液的迁移、转运等在下面富集。在干旱少雨地区,一般不会产生迁移作用,铜离子以微粒氧化物的形式被包含于褐铁矿中,呈云雾状嵌布;如果呈土状,称土状氧化铜矿。

硫酸铜或硫酸亚铜不能形成氧化铜矿,会被溶液携带到下部,与原生硫化物反应,形成次生硫化物富集带。如:

7CuSO +4FeS [黄铁矿]+4H O=7CuS[铜蓝]+4FeSO +4H SO 4

Cu SO +FeS =2CuS+FeSO 4

2Cu SO +FeS +FeSO =2Cu S[辉铜矿]+Fe (SO ) [转为褐铁矿]

14CuSO +5FeS +12H O=7Cu S+5FeSO +12H SO 4

CuSO +CuFeS =2CuS+FeSO 4

3CuSO +3FeSO +2CuFeS =Cu FeS [斑铜矿]+2Fe (SO ) 3

CuSO +2FeSO +FeS =CuFeS +Fe (SO ) 3

3Cu SO +2Cu FeS =8Cu S[辉铜矿]+Fe (SO ) 3

5Cu FeS +11CuSO +8H O=18Cu S[辉铜矿]+5FeSO +8H SO 4

硫酸铜溶液会随水渗透流失,要形成氧化铜矿,需要炎热潮湿气候、适宜的地形条件、适宜的降雨量。有时随水渗透流失5~10km后,与水中溶解的二氧化碳(H CO )及OH – 形成孔雀石[CuCO ·Cu(OH) ],分散于泥沙沉积物中。

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