Медь
ода, на которые
раньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из
аллюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее. Медь же, как и
многие другие цветные металлы, становится все дефицитнее.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 синтезу 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.
Химические и физические свойства элемента,определяющие его миграцию.
Медь химический элемент I группы периодической системы Менделеева;атомный
номер 29, атомная масса 63,546. По геохимической классификации В.М.
Гольдшмидта,медь относится к 6халькофильным 0элементам с высоким сродством
к S,Se,Te, занимающим восходящие части на кривой атомных объемов; они
сосредоточены в нижней мантии, образуют сульфиднооксидную 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
изменения изотопного состава воды, входящего в состав разных минералов, и
опыты по разделению изотопов под влиянием биогеохимических процессов, 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,известны также
немногочисленные соединения трехвалентной меди. К валентности 1 относятся
лишь глубинные соединения, первичные сульфиды и минерал куприт Cu 42 0O.
Все остальные минералы, около сотни отвечают валентности два. Радиус
одноволентной меди +0.96, этому отвечает и эк 0,70.Величина атомного
радиуса двухвалентной меди 1,28; ионного радиуса 0,80. Очень интересна
величена потенциалов ионизации: для одного электрона 7,69, для двух 20,2.
Обе цифры очень велики, особенно вторая, показывающая большую трудность
отрыва наружных электронов. Одновалентная 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 кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно
легко вступает в реакции с галогенами, серой,селеном. А вот с водородом,
углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах.
Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют.
Электроотрицательность атомов способность при вступлении в соединения
притягивать электроны.Электроотрицательность Cu 52+ 0 984 кДЖ/моль, Cu 5+ 0-
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 образует в земной коре
катионы и анионы. По расчетам Г.А.Голевой,в сильнокислых водах зоны
окисления медных месторождений Cu находится в форме Cu 52+ 0(14-30%),CuHSO
44 5+ 0(1-25%),недиссоциированныой молекулы CuSO 50 44 0(70-90%).В щелочных
хлоридно-гидрокарбонатных водах зоны востановительных процессов Cu
находится в формах CuCO 43 50 0(15-40%),Cu(CO 43)2 52(5-20%),Cu(OH) 5+ 0(5-
10%).B кислых хлоридных водах нефтегазоносных структур преобладает анион
Cu(OH) 43 5 0(45-65%),хотя имеются и катионные формыCu 5+ 0(20-46%),CuCL 5+
0(20-35%). Некоторые термические свойства меди.Температура плавления-1083
C; температура кипения2595 C;плотность-8,98 г/см 53 0.
Среднее содержание меди в различных геосферах.
в земной коре составляет 5,5*10 5-3 0(вес %) литосфере континентальной 2*10
5-3 гранитной оболочки 3*10 5-3 в живом веществе 3,2*10 5-4 в морской воде
3*10 5-7 хондриты 1*10 5-2 ультраосновные 2*10 5-3 (дуниты и др.) основные
1*10 5-2 (базальты,габбро и др.) средние 3,5*10 5-3 (диориты,андезиты)
кислые 2*10 5-3 (граниты,гранодиориты) щелочные 5*10 5-4
Среднее содержание меди в осадочных породах.
глины 4,5*10 5-3 сланцы 4,5*10 5-3 песчаники 0,1*10 5-3 карбонатные породы
0,4*10 5-3
Среднее содержание меди в глубоководных осадках.
известковистые 3*10 5-3 глинистые 2,5*10 5-2
Вывод:содержание меди больше в основных породах,чем в кислых.
Минералы.
Медь входит более чем в 198 минералов, из которых для промышленности важны
только 17,преимущественно сульфидов, фосфатов,
силикатов,карбонатов,сульфатов. Главными рудными минералами являются
халькопирит CuFeS 42 0,ковеллин CuS,борнит Cu 45 0FeS 44, 0халькозин Cu 42
0S.
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-голубой. 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 Cu 42 0O красный CuCl 42 0+H 42 0O голубой CuO черный
Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержания
воды, чем намечается интересный практический признак для поисков.
Практическое значение имеют: самородная медь, сульфиды, сульфосоли,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.
Геохимия меди.
Из приведенной характеристики ионов вытекает общии тип миграции меди:
слабая миграция ионов w=1 и очень сильная ионов w=2 с рядом довольно легко
растворимых солей галоидов и аниона(So 44 0); равным образом осаждаемость
благодаря активной поляризации ионами: (Co 43 0),(SiO 44 0),(PO 44 0), (AsO
44 0). Типы распределения и концентрации меди весьма многочисленны и
разнообразны. Мы можем выделить шесть главных типов, причем в основе будут
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 ультраосновных; 2) при гидротермальном процессе
главное осаждение меди в геофазы прцессов G-H, т.е. около 400-300 50 0; 3)
в гипергенной обстановке фиксация меди преимущественно анионами (So 43
0),(SiO 43 0) 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 масса".
Рассмотрим более подробно геохимическую миграцию элемента.
В гидротермах Cu мигрирует в форме различных комплексов Cu 5+ 0и Cu 52+ и
концентрируется на геохимических барьерах в виде халькопирита и других
сульфидов (меднопорфировые,медноколчеданные и др. месторождения). В
поверхностных водах обычно содержится n*10 5-6 0г/л Cu, что соответствует
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 CuSO 44 0. 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 ландшафтов на участках месторождений.
Медь здесь активно вовлекается в биологический круговорот, появляются
растения, обогощенные медью, крупные 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. Известны болезни животных а растений, вызванные
недостатком меди. Особенно 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 характкрны для красноцветной формации, к
которым приурочены месторождения и рудопроявления типа "медистых
песчаников".
_Основные типы генезиса наиболее крупных месторождений.
1) В ультраосновных породах и наритах вместе с пирротином и, следовательно,
в ассоциации с никелем, кобальтом, частично с палладием. Обычно 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 гранодиоритовой 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 вторичных кварцитах. В этом
случае интересна связь с молебденом и бором.Окварцевание с выносом всех
катионов, очевидно, перегретыми гидролизирующими водами и эман
| |  скачать работу |
Медь |
