Курс лекций минск бгу 2004 +553. 4 Ббк рецензент ы: доктор геолого-минералогических наук А. К. Карабанов

Описание свойств и способа получения сурьмы было дано немецким алхимиком В. Валентином в 1604 г. Освоение месторождений сурьмяных руд в промышленных масштабах началось в XX веке.

Сурьма – твердый и хрупкий серебристо-белый с синеватым оттенком металл, который при обычной температуре на воздухе не окисляется, но при нагревании сгораем, образуя оксид в виде белого дыма.

ГЕОХИМИЯ. Кларк сурьмы 510^-5 %. Величина кларка мало изменяется для магматических пород, несколько увеличиваясь в производных базальтоидной магмы. В осадочных породах наиболее высокие концентрации Sb отличаются в сланцах (1,210^-4 %), бокситах и фосфоритах (210^-5 %). Сурьма представлена двумя стабильными изотопами с массовыми числами 121 и 123.

Сурьма, с одной стороны, в природных соединениях имеет свойства металла и является типичным халькофильным элементом, образуя антимонит, а с другой стороны, ей свойственны черты металлоида, проявляющиеся в образовании различных сульфосолей – буланжерита, бурнонита, джемсонита и др. В этих минералах четко проявляется изоморфизм сурьмы, мышьяка, висмута и др. Источник сурьмы, по мнению большинства исследователей, ювенильный – подкоровый. В гидротермальных растворах сурьма переносилась в комплексных соединениях в виде тиокислот типа Na₃SbS₃; возможен также перенос в галогенидах типа SbCl₃, обладающих высокой летучестью. Минералы сурьмы осаждались в интервале температур 400–50 С. В экзогенных условиях первичные сульфидные минералы подвергаются окислению, возникающий при этом сульфат сурьмы очень неустойчив, быстро гидролизуется и переходит в оксиды и гидрооксиды – сурьмяные охры (сервантит, стибиоконит, валентинит и др.).

Особенно ценятся в промышленности богатые антимонитовые руды (Sb₂S₃), именуемые крудум. Они применяются непосредственно в ряде отраслей промышленности и для выплавки регулюса – металлической сурьмы. Сурьму получают из сурьмяных, ртутно-сурьмяных и золото-сурьмяных руд, попутно из полиметаллических, оловянных и вольфрамовых руд. Минимальное содержание Sb в рудах для рентабельной переработки должно быть не менее 1,5–2 %, а в комплексных рудах более 0,5 %.

Высоким качеством руд отличаются жильные месторождения. Среди них по содержанию металла (более 20 % Sb) выделяются месторождения Сарылах и Сентачан в Республике Саха. Крупнейшее в мире месторождение Сингуаньшань, расположенное в провинции Хунань (Китай), представлено пластообразной рудной залежью.

Геологоразведочные работы на сурьму в 1995–2000 гг. проводились в ограниченных масштабах, что связано с падением с 1995 г. цен на этот металл. В Канаде компанией «Roycefild Resources» уточнены запасы месторождения Бивербрук (о. Ньюфаундленд). В России проводилась доразведка запасов сурьмы Олимпиадинского месторождения, ранее разведанного на золото.

По запасам металла месторождения сурьмы подразделяются на уникальные (более 100 тыс. т; Гравеллот в ЮАР, Сингуаньшань в Китае), крупные – 100–30 тыс. т, средние – 30–10 тыс. т, и мелкие – менее 10 тыс. т.

В 1984 г. в Китае действовало около 20 рудников и примерно столько же металлургических предприятий, производящих сурьмяную продукцию. В середине 1980-х годов производство концентратов составляло 15–20 тыс. т. В 1985–1995 гг. в связи с реформами и либеризацией внешней торговли наблюдалось бурное развитие сурьмяной промышленности. Действовало около 600 мелких рудников, из них около 200 в провинции Хунань в окрестностях крупнейшего Сингуаньшаньского комбината.

В России производство сурьмы в концентратах в 1997 г. осуществлялось только в Республике Саха. Добытая руда частично обогащается гравитационно-флотационным методом на Сарылахской фабрике. Ежегодно на этой фабрике перерабатывается около 19 тыс. т руды, содержащей 15 % Sb.

МЕТАЛЛОГЕНИЯ И ЭПОХИ РУДООБРАЗОВАНИЯ. Месторождения сурьмы формировались из низкотемпературных гидротермальных растворов, имевших парагенетическую связь с производными базальтоидной магмы. Все известные месторождения развиты, как правило, в складчатых областях и на активизированных платформах. Наиболее крупные из них связаны со складчатыми структурами и размещаются в зонах окварцованных брекчий, залегающих на контактах пород с различными физико-механическими свойствами. Рудоносные площади обычно разбиты крутопадающими разрывными нарушениями, которые являлись рудоподводящими каналами для поднимавшихся снизу растворов, содержащих сурьму. Превалирующее большинство месторождений расположено в трех глобальных рудных поясах: Тихоокеанском, Средиземноморском и Центрально-Азиатском.

Докембрийская и раннепалеозойские эпохи являлись неблагоприятными для образования сурьмяных месторождений.

В позднепалеозойскую (герцинскую) эпоху возникли относительно небольшие месторождения и рудопроявления в Киргизии, Казахстане, России (Западная Сибирь). В Канаде с герцинским магматизмом связан ряд небольших месторождений сурьмы в провинции Квебек.

Основная масса сурьмяных месторождений образовалась в мезозойскую и кайнозойскую эпохи рудообразования. В мезозойскую эпоху сформировались крупнейшие в мире сурьмяные месторождения Китая и ЮАР. В Китае они генетически связаны с магматизмом и тектоническими движениями яньшанской (предпозднемеловой) фазы складчатости. Основные месторождения расположены в южных и юго-западных районах страны. Среди них наиболее крупным является месторождение Сингуаньшань. В ЮАР крупные сурьмяные месторождения сосредоточены в горном хребте Мерчисон (северо-восточная часть провинции Трансвааль). Руды комплексные, кроме антимонита содержат киноварь и самородное золото. Наиболее крупным является месторождение Гравеллот (запасы сурьмы более 100 тыс. т). Месторождения этого возраста имеются в Канаде, России (Сарылах) и некоторых других странах.

В кайнозойскую эпоху образовалась большая часть известных в мире сурьмяных месторождений. Они часто пространственно ассоциируются с месторождениями ртути. В Италии наиболее крупным является месторождение Перетта, на Балканах – Костайник-Крупани. Многочисленные сурьмяные месторождения сосредоточены в альпийских складчатых областях Западного полушария. В США самый крупный источник получения сурьмы – золото-сурьмяные месторождения штата Айдахо (Йеллоу-Пайн и др.). В Мексике известно около 30 сурьмяных месторождений. В Боливии они сосредоточены преимущественно в департаментах Потоси и Оруро и приурочены к Боливийскому оловянному поясу. Руды комплексные, помимо антимонита содержат золото, блеклые руды, киноварь. В Турции наиболее крупным является месторождение Эздемир (содержание Sb в рудах достигает 10–14 %), в Северной Африке – Хаммимат, Хамман Н^,Байль, Сенза, Тайа, Айн-Керна и др.

К рассматриваемому типу относится крупнейшее в мире месторождение Сингуаньшань. Оно расположено в южном Китае и приурочено к северной окраине Цзянси-Хунаньского прогиба (платформенного синклинория) в зоне сочленения его с выступом докембрийских пород. Месторождение сложено верхнедевонскими массивными известняками, которые через горизонт силифицированных сланцев (мощностью 20 м) перекрывается толщей слоистых доломитовых известняков нижнего карбона с пластами песчаников, прослоями гематитовых руд и углей. Мощность этой толщи около 400 м; она смята в пологие складки. Оруденение развито в кварцитовидных породах – джаспероидах, образовавшихся в процессе замещения известняков под горизонтом сланцев. В джаспероидах наблюдается сложная сеть кварц-антимонитовых и антимонитовых жил и прожилков мощностью 10–15 см, иногда до 80 см. Состав руд простой: главный рудный минерал – антимонит, второстепенные – пирит, арсенопирит и киноварь. Жильные минералы – кварц, кальцит, борит, серицит и каолинит. Вторичные рудные минералы – валентинит и сервантит (на их долю приходится до 20 % добычи сурьмы).

При формировании месторождения роль экрана играли известковистые сланцы формации Сан-Хозе. Антимонит отлагался в основном в порах, кавернах и трещинах, а также развивался метасоматически по известнякам. Часть сурьмяных руд ассоциирует с халцедоном, восполняющим пустоты и развившимся метасоматически по известнякам. Местами наблюдается киноварь в виде тонких пленок в окисленных сурьмяных рудах.

Типичным представителем этой рудной формации является месторождение Сарылах. Оно расположено в пределах Яно-Колымского пояса и приурочено к одной из ветвей крупного Ядыча-Тарынского разлома в месте его пересечения Верхнеиндигирским поперечным разломом. Рудовмещающая толща сложена крутопадающими верхнетриасовыми песчаниками и алевролитами. Изверженные породы представлены штоками кварцевых диорит-порфиритов позднеюрского возраста. Рудное тело – это по существу одна крупная жила с серией более мелких жил в зоне рассланцевания и перемятых пород. Мощность ее местами достигает 3 м и более, протяженность по простиранию и падению составляет сотни метров. Текстуры руд в раздувах жилы асимметрично-полосчатые и друзовые, на участках пережима обычно брекчиевидные. Минеральный состав: кварц и антимонит; в небольших количествах присутствуют также пирит, арсенопирит, бертьерит, анкерит, серицит, графит, сфалерит, галенит, самородное золото и серебро.

Минеральный состав руд достаточно сложный: главный рудный минерал – антимонит; второстепенные – гудмундит, бертьерит, пирит, арсенопирит, шеелит, ферберит, халькопирит, галенит, сфалерит, самородная сурьма, буланжерит, джемсонит.

Ртуть в обычных условиях – это серебристо-белый блестящий жидкий металл. При температуре около –38,86º С она твердеет, а при температуре +353,6º С кипит. В твердом состоянии она впервые была получена в 1759 г.

По мнению многих геологов, источник ртути ювенильный – подкоровый. Из мантии гидротермальные растворы, содержащие Hg, Sb и As, поступали по глубинным разломам. Перенос ртути в них осуществлялся в виде сульфидных комплексов (HgS^2-₂), устойчивых в щелочных растворах при низком окислительном потенциале Eh. В действующих вулканах и термальных источниках ртуть может мигрировать в газовом состоянии и в газовой фазе гидротерм.

В зоне гипергенеза киноварь и металлическая ртуть растворимы в воде даже при отсутствии сильных окислителей. Особенно хорошо растворяется ртуть в сульфидах едких щелочей с образованием, например, комплекса HgS·nNa₂S. Она легко сорбируется глинами, гидрооксидами железа и марганца, глинистыми сланцами и углями.

МИНЕРАЛОГИЯ. Известно 25 минералов, содержащих ртуть, но промышленное значение имеют киноварь, метациннабарит, самородная ртуть, блеклая руда (шватцит), кордероит, ливингстонит и каломель.

Киноварь HgS (содержание Hg 86,2 %) кристаллизуется в тригональной сингонии, габитус кристаллов ромбоэдрический, агрегаты зернистые, вкрапленные, порошкообразные. Цвет минерала ярко- и коричневато-красный, блеск алмазный, матовый, твердость 2–2,5, удельная масса 8 г/см³. Встречается в ртутных, ртутно-сурьмяных месторождениях, реже в золотоносных кварцевых жилах.

Метациннабарит HgS (Hg 86,2 %) кристаллизуется в кубической сингонии.

Ртуть самородная Hg. Часто содержит примеси Ag, Au. Образует агрегаты в виде мелких капель, цвет серебристо-белый, блеск металлический, удельная масса при температуре 0º С 13,59 г/см³.

Каломель Hg₂Cl₂ (Hg 85 %) кристаллизуется в тетрагональной сингонии, габитус кристаллов таблитчатый. Цвет минерала бесцветный, белый до коричневого, твердость 1,5, удельная масса 7,27 г/см³.

ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Применение ртути основано на ее специфических свойствах: при обыкновенной температуре она летуча; интенсивно расширяется при нагревании; способна растворять другие металлы, образуя амальгамы с Au, Ag, Pb, Zn, Al, Bi, а также излучать в парообразном состоянии ультрафиолетовые лучи.

В электро- и радиотехнической прмышленности ртуть используется при изготовлении выпрямителей, ртутных прерывателей, осцилляторов, ртутно-кварцевых ламп, ламп дневного освещения и т. д. В медицине ртуть, ее оксиды и хлористые соли, являются составными частями различных мазей, зубоврачебных амальгам и т. д. В химической промышленности ртуть применяется в производстве хлора и каустической соды, при получении уксусной кислоты из ацетилена, в качестве катализатора при производстве пластмасс. В энергетике она используется в ртутно-паровых котлах и турбинах, в ядерных реакторах (как поглотитель тепла), в золотодобывающей промышленности – для улавливания золота. В небольших количествах она применяется в судостроении в виде специальных красок, в военной промышленности и горном деле, в сельском хозяйстве для протравки семян и т. д.