Окисление сульфидов и элементарной серы. Сульфидные руды. Тионовые бактерии - хемосинтетики

ГЕОХИМИЯ ВОДЫ

 

Окисление сульфидов и элементарной серы. Сульфидные руды. Тионовые бактерии - хемосинтетики

 

 

Сульфидные руды очень характерны для многих месторождений полезных ископаемых, образовавшихся в земных глубинах из горячих вод (гидротермальные месторождения меди, свинца, цинка, молибдена, кобальта и др.).

 

Все эти руды обычно содержат и пирит — дисульфид железа (FeS2). Образование сульфидов в прошлые геологические эпохи происходило также на дне морей, озер, в речных долинах, артезианских бассейнах. В ходе последующих геологических процессов, например горообразования, многие сульфиды оказались на земной поверхности и подверглись воздействию атмосферных осадков, грунтовых и других кислородных вод.

 

Создавались все условия для деятельности особых хемосинтетиков — тионовых бактерий: пища (сульфиды), кислород, необходимый для их окисления, вода. В результате при участии бактерий сульфиды желе- ва превращались в сульфаты, -продуцировалась также свободная серная кислота. Воды становились сернокислыми, в них из катионов преобладал Fe2+, водородный ион Н+, а из анионов —SO4". Серная кислота не оказалась помехой для бактерий даже в 10%-ном ее растворе!

 

При окислении руд в сернокислые воды переходят медь, цинк и другие легкоподвижные металлы.

 

Наряду с микробиологическими возможны и чисто химические процессы окисления сульфидов кислородом, растворенным в воде. Направленность их в общем та же, по скорость меньше — микробы работают энергичнее.

 

Сильнокислые, богатые металлами воды характерны для многих мест, где окисляются сульфидные руды или породы, богатые сульфидами, особенно пиритом. Окисленные части рудных тел получили наименование зоны окисления сульфидных месторождений. Эта зона представляет большой практический интерес и как скопление богатых окисленных руд (на некоторых месторождениях только они и отрабатываются), и как хороший поисковый признак сульфидных руд, залегающих на глубине. Не удивительно, что в науке о рудных месторождениях и в гидрогеологии зона окисления сульфидных месторождений детально изучается.

 

Сернокислые воды зоны окисления местами выходят на поверхность в виде источников, дающих начало ручьям й речкам. Такие сернокислые источники являются хорошими поисковыми признаками сульфидных руд. Поэтому при поисках руд геохимики определяют кислотность вод источников и ручьев в районе своих работ и, обнаружив сернокислый источник, ищут на этом участке другие признаки руд.

 

При отработке месторождений окисление сульфидных руд резко усиливается, так как строительство шахты или карьера облегчает доступ кислорода к сульфидным рудам, создает особо благопрятные условия для тионовых бактерий. В результате образуются особо кислые воды, которые разъедают металлические предметы в шахтах, выводят из строя трубы. Откачка шахтных вод в реки и пруды делает и их сернокислыми. Вода становится непригодной для питья, гибнет рыба. Так в районе месторождения возникает искусственный сернокислый ландшафт.

 

Некоторые угли также содержат много пирита, окисление которого поставляет в шахтные воды серную кислоту, создает проблему кислого водоотлива, шахт, сернокислого ландшафта. Однако сернокислый ландшафт • не неизбежное следствие отработки сульфидных руд и углей, система мер охраны природы позволяет пред отвратить, это нежелательное последствие хозяйственной деятельности.

 

Тионовые бактерии из «вредителей» могут стать и помощниками человека в отработке месторождений. Создавая условия для их деятельности в рудных телах, т. е. закачивая туда кислородные воды, можно обеспечить подземное бактериальное выщелачивание руд.

 

Сернокислые воды с растворенными металлами откачивают по другой системе скважин, из которых извлекают полезные компоненты. Такая технология прогрессивна: она исключает строительство шахт, добычу рукы, ее дробление и растворение. Всю эту дорогую и трудоемкую работу выполняют бактерии, которые к тому же работают в автоматическом режиме.

 

Применение микробиологических методов уменьшает также загрязнение среды в районе рудпиков. Бактериальное выщелачивание руд уже применяется на практике. И. Ф. Вовк предполагает, что окисление сульфидов возможно й в глубоких водоносных горизонтах за счет свободного кислорода — продукта радиолиза воды. Образующаяся серная кислота выщелачивает из пород многие металлы. Этим ученый объясняет повышенную кислотность векоторых глубинных пластовых вод, накопление в них меди и других металлов. Естественно, что эти процессы Наиболее характерны для участков с повышенной радиоактивностью пород.

 

Свободный кислород окисляет не только сульфиды, но и самородную серу. В ее окислении также участвуют бактерии. Здесь, как и при окислении пирита, образуется свободная серная кислота. Открытие последней представляет интересную страницу, не только в истории геохимии, но и в истории освоения природных богатств нашей страны.

 

По описаниям известного геолога А. Д. Нацкого было известно, что в центре пустыни Каракумы расположены Серные бугры — месторождение серы, образование которого, как предполагали, связано с вулканическими процессами. Вулкан в центре Каракумов сам по себе представлял выдающийся научный интерес, но еще важнее была сера." Поэтому осенью 1925 г. А. Е. Ферсман решил организовать экспедицию в пустыню для изучения серного месторождения.

 

Серные бугры оказались сложенными песчаниками, Поры которых были заполнены самородной серой. Это, Несомненно, была отличная серная руда. Образцы ее, аккуратно завернутые в бумагу, были отправлены в Ленинград в Минералогический музей. Однако, когда образцы были достаЬйенм, оказалось, что иоЧтй вся бумага съедена серной кислотой, содержавшейся в порах песчаников. Тионовые бактерии окислили часть серы, а образовавшаяся серная кислота в сухом климате пустыни почти не разбавлялась атмосферными осадками. Так в минералогии появился новый минеральный вид — свободная концентрированная серная кислота, а минералоги и геохимики приобрели новый опыт хранения и пересылки образцов.

 

В дальнейшем в районе Серных бугров был построен завод, многие десятилетия снабжавший серой промышленность.

 

 



 

К содержанию книги: Геохимия природных вод

 

Последние добавления:

 

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОШЛОЕ ПОДМОСКОВЬЯ   КАЛЕДОНСКАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ     Поиск и добыча золота из россыпей    ГЕОЛОГИЯ КАВКАЗА    Камни самоцветы