Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Гипотезы образования минералов карстовых бокситов

Гипотезы образования минералов карстовых бокситов

25.09.2017

Наиболее распространенную в прошлые десятилетия гипотезу образования минералов алюминия можно назвать теорией дегидратации, созданной. Гарассовицем в 1926 г. Согласно этой теории, гиббсит является первичным минералом боксита и под влиянием давления кровли или тектонического сжатия преобразуется в бёмит. Слабый метаморфизм приводит к образованию диаспора, а более сильный — к образованию корунда, т. е. последовательность преобразования минералов следующая: гиббсит —> бёмит —> диаспор —> корунд.
Подобные же взгляды высказывал и де Вейсс с той разницей,, что, по его мнению, гиббсит первично образуется лишь тогда, когда залежь после накопления боксита некоторое время остается на поверхности в климатических условиях, подобных условиям латеритообразования. Если боксит сразу же после накопления покрывался водами озера или моря, а затем осадками этих вод, то первично образовывался бёмит. Гиббсит под давлением покрывающих слоев перекристаллизовывается в бёмит. Диаспор же, по мнению данного автора, может образоваться только при температуре выше 370° С и под влиянием возросшего давления, а при дальнейшем усилении степени метаморфизма перекристаллизовывается в корунд.
По мнению А.Д. Архангельского, а также Горецкого и др., диаспор может образоваться только при динамометаморфизме. Вишняков считал приведенный ранее порядок преобразования единственно возможным, кроме того, уже для образования бёмита он считал необходимым слабое метаморфическое воздействие или продолжительное эпигенетическое преобразование. По его мнению, диаспор и корунд имеют только метаморфическое происхождение. Марич отмечает, что югославские бокситы, являются четко выраженными метаморфическими образованиями с минералами, образовавшимися в низкотемпературных гидротермальных условиях, и поэтому их можно отнести к специальной субфации «цеолитовой фации».
По мнению Терентьевой, из основного геля боксита в большинстве случаев выкристаллизовывается гиббсит и значительно реже бёмит. Под влиянием продолжительного эпигенеза гиббсит перекристаллизовывается в бёмит. Этот процесс легче происходит в «чистых» бокситах, чем в каолинитсодержащих. Для образования диаспора необходимо динамометаморфическое или по крайней мере значительное тектоническое воздействие (стресс). Такая перекристаллизация легче происходит в «чистых» бокситах, чем в глинистых, поэтому бокситы хорошего качества будут более диаспоровыми, таковы, например, североуральские залежи девонского возраста. Почему присутствие глинистых минералов замедляет процесс перекристаллизации, в работе не рассматривается. Корунд может образоваться только под сильным воздействием метаморфических процессов. Образовавшиеся таким путем минералы являются стабильными и не подвержены гипергенным изменениям.
По мнению Кискираса, в месторождениях Греции бёмит перекристаллизовался в диаспор там, где залежи подверглись сильному тектоническому давлению, однако было отмечено также, что не всякий диаспор мог образоваться под воздействием высоких давлений и температур. Кискирас обнаружил, что пизолитовые бокситы обычно содержат больше диаспора, чем пелитоморфные, совершенно независимо от тектонического положения залежей. Вопрос о возможности образования диаспора в поверхностных условиях автором не рассмотрен.
Кишш и Вёрёш в соответствии с теорией дегидратации считают, что в бокситах месторождения Гант гиббсит был преобладающим первичным минералом алюминия, и часть его под влиянием давления кровли перекристаллизовалась в бёмит.
Следующую группу взглядов можно определить как теорию поверхностного образования бокситовых минералов. Считается, что главные минералы боксита произошли при давлении и температуре дневной поверхности. Противники этой точки зрения основываются в первую очередь на описанных выше результатах лабораторных исследований, согласно которым бёмит, диаспор и корунд могут образовываться только при температуре и давлении выше, чем на дневной поверхности. Последователи же рассматриваемой теории считают, что поверхностные физико-химические условия древних палеогеографических эпох могли существенно отличаться от современных.
Лаппаран уже в 1935 г. пришел к выводу, что гиббситовый боксит может образоваться выше уровня грунтовых вод, бёмитовый — на уровне, а диаспоровый — ниже уровня грунтовых вед. В том же году Аллен на основании чрезвычайно основательного микроскопического изучения диаспоровых бокситов месторождений района Миссури определил, что диаспор здесь мог образоваться при поверхностных температуре и давлении из каолинита и иллита. Диаспоризация могла произойти там, где более сильное карстование подошвы способствовало более быстрой и полной фильтрации грунтовых вод.
Эта мысль, также на примере миссурийских бокситов, была развита дальше Келлером и др. По их мнению, образование диаспора при температуре и давлении, близких к поверхностным, может быть объяснено принципом «унаследования структуры» или «унаследования энергии». Если SiO2 из каолинита выносится посредством гидролиза или диализа довольно медленно, то октаэдрический слой каолинита не разрушается и без поглощения энергии преобразуется в диаспор. Таким образом, диаспор наследует энергию образования каолинита. В боксите района Миссури этот процесс осуществлялся в слабокислой или нейтральной среде. При полном растворении каолинита образуется гиббсит или бёмит, потому что их кристаллизация требует меньших затрат энергии, чем кристаллизация диаспора. В окислительной обстановке при фильтрации свежих грунтовых вод образуется гиббсит, а в восстановительных условиях и при плохом отводе воды чаще образуется бёмит.
Кёстер в разрезах латеритов Индии установил присутствие незначительного количества диаспора, что является непосредственным доказательством его поверхностного образования, потому что эти латериты никогда не были перекрыты слоями кровли и не подвергались тектоническому давлению. Чанг Юанлунь и Шюллер считают, что в китайских бокситах диаспор образовался при поверхностных температуре и давлении, так как в этих залежах не было обнаружено никаких признаков воздействия более высоких температур или давления.
Валетон предполагает, что окислительно-восстановительный потенциал влияет на образование не только минералов железа, но и минералов алюминия и различает следующие «минеральные фации»:

Валетон считает также, что бёмитовые и бёмит-гиббситовые бокситы Прованса образовались в ходе сильной фильтрации грунтовых вод, а бокситы Пиренейского бокситоносного района — в условиях длительно существовавшего водного покрова. Подобную же зависимость предполагал Комб для арьежских бокситов:

Выводы Комба особенно важны, если считать бокситизацию арьежских залежей происшедшей на месте. Как считает Комб, бёмит и диаспор образовались из каолинита одновременно. Имея в виду присутствие гематита, автор считал окислительно-восстановительный потенциал среды равным 0 или имеющим совершенно слабый окислительный характер. Описанный Валетон парагенезис диаспор — сидерит — пирит Комб считает неправильным, так как в служащей примером залежи Перей сидерит и пирит образовались после диаспора под влиянием залегающей в кровле глины, содержащей уголь. В нижней части залежи можно встретить красный боксит с исходным парагенезисом диаспор — гематит. В области стабильности гематита и гётита незначительные изменения окислительно-восстановительного потенциала и pH могли способствовать образованию бёмита или диаспора или же совместному образованию обоих минералов. В слабоокислительных условиях образовывался бёмит и гиббсит, а при более сильных — гиббсит.

Комлошши на основании минералогического исследования бокситов месторождения Искасентдьёрдь и Вьетнама пришел к такому же выводу. В зависимости от окислительно-восстановительного потенциала и pH он отобразил на диаграмме поля образования минералов алюминия и железа (рис. 161). В наиболее окислительных условиях, при низком pH, по его мнению, может образоваться гиббсит и гётит, в слабоокислительных условиях — бёмит и гематит, при нулевом значении окислительно-восстано-вительного потенциала и нейтральном pH — диаспор и гематит и, наконец, в восстановительной среде в щелочных условиях — диаспор и шамозит.
По данным Ниа, диаспор в туронском бокситовом горизонте Средней Греции образовался диагенетически частично за счет каолинита, частично за счет бёмита; ни окислительно-восстановительный потенциал, ни pH в этом случае не играли роли. Диаспоризация происходила там, где фильтрация грунтовых вод была наиболее интенсивной. Большое значение Ниа приписывает (со ссылкой на опыты Веферса) роли алюмогётитовых зародышей диаспора. В глинистых бокситах, за счет их слабой водопроницаемости, диаспоризация происходила слабее.

Сторонником теории поверхностного минералообразования в бокситах был также Бенеславский. Главное значение он придавал коллоидно-химическим свойствам бокситов. По его мнению, исходным материалом являлся аморфный комплексный гель Al—Fe—Ti—Si, из которого в большинстве случаев образовался скрытокристаллический бёмит (рис. 162). В зависимости от условий окружающей среды он мог гидратироваться, переходя в гиббсит, или перекристаллизоваться в диаспор. Согласно диаграмме, из гиббсита ни бёмит, ни диаспор образоваться не могут, может кристаллизоваться только корунд. Из исходного геля при его старении также может образоваться скрытокристаллический корунд, который в нормальных условиях дневной поверхности при дальнейшем старении геля может перекристаллизоваться в гиббсит. Бенеславский считал, что основным фактором образования минералов боксита является диагенез. Физико-химические условия, обусловливающие преобразование минералов, очень мало отличаются друг от друга; это могут быть небольшие различия в значениях оксилительно-восстановительного потенциала, pH, состава и концентрации раствора. Он отмечал также, что фазовые диаграммы не всегда применимы для объяснения парагенезисов бокситов, так как часть процессов образования минералов до настоящего времени еще не может быть воспроизведена в лаборатории.

Гладковский и Ушатинский сохранили генетический ряд: гиббсит — бёмит — диаспор — корунд; но он, по их мнению, мог образоваться двумя путями (рис. 163): во-первых, в латеритных разрезах в условиях дневной поверхности, параллельно с понижением влажности, и, во-вторых, под воздействием метаморфизма. В первом случае образуются скрытокристаллические корунд и диаспор, а во втором — крупнокристаллические. В разрезе латерита дегидратация может происходить под воздействием солнечной энергии, однако механизм этого явления не описан. Особенно большое значение придавалось эпигенетическим и гипергенным преобразованиям боксита, в ходе которых начинался процесс, имеющий противоположное вышеприведенному направление: корунд, диаспор и бёмит постепенно гидратировались, переходя в гиббсит. Этот процесс был назван «выветриванием» боксита, которое, по мнению авторов, может протекать в умеренно влажном климате. Таким образом, наблюдаемый минеральный состав бокситов, если они не были метаморфизованы, не зависит от возраста и является производным от состава исходного боксита и его «выветривания».
Об условиях образования минералов железа в бокситах известно значительно меньше, и большей частью здесь используются общие данные осадочной петрографии и учения о железных рудах. Образование окисей и гидроокисей двух- и трехвалентного железа показано на рис. 164; эта диаграмма основана главным образом на минералогическом исследовании почв. Можно видеть, что большое значение придается одновременному раздельному выделению двух и трехвалентных ионов железа.

По мнению Швертмана, органические вещества препятствуют кристаллизации окиси и гидроокиси железа. Поэтому в почвах, богатых органическим веществом, встречается много аморфной гидроокиси трехвалентного железа. В теплом и влажном климате, за счет быстрого разложения органических веществ, гидроокись трехвалентного железа быстро кристаллизуется. Этому процессу способствуют также карбонатные минералы и ионы кальция. Видимо, этим объясняется и то, что в карстовых бокситах аморфные гидроокиси железа встречаются только спорадически и в малых количествах.
Чухров и др. обнаружили новый метастабильный минерал гидроокиси железа — ферригидрит 2,5Fe2O3 4,5Н2O. Этот минерал в грунтовой воде, содержащей двухвалентные катионы железа, переходит в гётит, а в других случаях — в гематит. По мнению Чухрова, ферригидрит образуется при содействии бактерий в ходе выветривания железосодержащих минералов на поверхности. В ходе поверхностного выветривания без содействия бактерий образуются гётит и лепидокрокит, первый — в случае быстрого окисления, второй — при медленном окислении.
До настоящего времени ферригидрит был обнаружен только в современных и голоценовых образованиях, но, по мнению Чухрова, этот минерал систематически образовывался также и в более древние эпохи. Важную роль ферригидрит играл при образовании гематитовых железных руд и латеритов, что подтверждается находками остатков бактерий во многих породах и железных рудах. Мы считаем вполне вероятным, что в образовании минералов железа в бокситах принимал участие также и ферригидрит, но для доказательства этого положения еще необходимы соответствующие микробиологические исследования.
Для изучения условий образования сульфидов и карбонатов двухвалентного железа необходимо получить серию физико-химических диаграмм зависимости между окислительно-восстановительным потенциалом и pH среды, из которых каждая соответствовала бы определенной концентрации серы и карбоната. Это было сделано Гаррелсом и Крайстом. Сущность их результатов в том, что при наличии ионов серы в нейтральной восстановительной среде образуется пирит и марказит, в сильнощелочной среде — магнетит. Если же присутствуют ионы карбоната, то при значениях pH 6—10 образуется сидерит. По мнению Варнера, оптимальными условиями образования сидерита являются: малая концентрация S2-, значительная концентрация CO2- и Fe2+ и низкое значение окислительно-восстановительного потенциала в почти нейтральной среде. По мнению Варнера, таким требованиям лучше всего удовлетворяет свежая болотная вода, и большинство осадочных месторождений сидерита образовалось в этих условиях.
Поскольку до сих пор не известны термодинамические характеристики железосодержащих силикатов, невозможно определить границы областей их стабильности на диаграмме зависимости между окислительно-восстановительным потенциалом и pH. За счет переменного содержания Fe2+ и Fe3+ шамозит может образовываться в среде с различным значением окислительно-восстановительного потенциала. По мнению Хардера, этот минерал образуется в ходе ранних диагенетических процессов из геля Fe—Al—Si в восстановительных условиях. В случае если окислительно-восстановительный потенциал возрастает, железо уже не входит в силикатную решетку, а образует или окись железа или гидроокись.
В результате минералогического изучения современных морских отложений Порренга обнаружил, что шамозит образуется в тропическом климате в морской воде с температурой 20° С и выше на глубинах не более 60 м. На большей глубине и при более низкой температуре воды шамозит сменяется глауконитом. Шеллманн обнаружил шамозит в глинах современных морских отложений у побережья Гвинеи, принесенных сюда в результате эрозии латеритов. Под влиянием морской воды, заполняющей поры отложений и содержащей Al, Si и Mg, мелкие зерна гётита частично замещены шамозитом. По мнению Шеллманна, в слабо восстановительных условиях в морских прибрежных отложениях шамозит более стабилен, чем каолинит. Богатые железом лептохлориты также образовались в морской среде в восстановительных условиях, как утверждается в большинстве справочников по минералогии.
Конкретно для бокситовых залежей Бенеславский предположил следующий генетический ряд:

Следует обратить внимание на то, что по данной схеме сидерит и пирит образуются из исходного гематогеля, а вторичному восстановлению гематита и гётита придается лишь подчиненное значение. При вторичном окислении за счет сидерита, по Бенеславскому, может образоваться только гётит, а за счет пирита — только гематит. Считается, что сидерит и гётит встречаются только в тригидратных, а пирит и гематит — в моногидратных бокситах.
Необходимо подчеркнуть мнение Бенеславского о том, что алюмогетит, алюмогематит и ферридиасиор могли образоваться только лишь за счет старения исходного геля, в то время как минералы Al и Fe, выпадающие из ионных растворов, всегда чистые и стехиометрически выдержанные.
Условия образования встречающихся в бокситах глинистых минералов большей частью известны. Здесь приведено лишь несколько предположений, непосредственно связанных с бокситами.
По мнению Эрхарта, при поверхностном выветривании кристаллическая решетка каолинита настолько прочна, что не разрушается ни при латеритизации, ни при бокситизации.
По мнению Бенеславского, большинство глинистых минералов боксита не терригенно-обломочные, а сингенетические и выкристаллизовывались они из уже упоминавшегося исходного геля. По мнению Бенеславского, в таком геле настолько велико сродство кремния к алюминию, что собственные минералы алюминия могли образоваться только тогда, когда весь кремнезем уже был связан в каком-либо глинистом минерале. Поэтому в боксите отсутствует сингенетический кварц или кристобалит. В ходе кристаллизации могут образоваться галлуазит и пирофиллит, которые в свою очередь преобразуются в каолинит. В ходе вторичных процессов могут каолинизироваться также терригенные пирофиллит и гидрослюды. При эпигенетической ресилификации из растворенной в грунтовых водах кремнекислоты и минералов алюминия в боксите могут синтезироваться каолинит и галлуазит.
Гладковский и Ушатинский считали, что преобразования глинистых минералов в большинстве случаев подобны описанным Бенеславским. Особенно большое значение, однако, они придавали гипергенной ресилификацци, когда в щелочной среде чаще всего образуется галлуазит, а в слабокислой — каолинит (рис. 163).
Менее всего изучены минералы титана. По мнению Валетон, в большинстве латеритов главным минералом титана является скрытокристаллический анатаз. Мацусака и др. в гавайском латерите обнаружили аутигенный титаномагнетит с содержанием TiO2 21—25 мол.%. В процессе окисления ионов Fe2+ может образоваться также и титаномаггемит.