Медь в природе

МEДЬ



                                _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.





  _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  6халькофильным  0элементам 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 - Cu 42 0O.  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   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 -  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   Cu 52+    0(14-30%),CuHSO 44 5+ 0(1-25%),недиссоциированныой  молекулы  Cu-

SO 50 44 0(70-90%).В щелочных хлоридно-гидрокарбонатных водах зоны  востано-

вительных  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 кипения- 2595 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 промышленнос-

ти важны только 17,преимущественно сульфидов, фосфатов, силикатов,кар-

бонатов,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-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               Cu 42 0O - красный

                CuCl 42 0+H 42 0O - 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.



                             _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(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  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 400-300 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 мас-

са".



     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 дру-

гих сульфидов (меднопорфировые,медноколчеданные и др. месторождения).

   В поверхностных  водах  обычно содержится n*10 5-6  0г/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 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 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".





         _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)