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金属硫化物矿床的表生氧化及次生富集作用

各类矿床的近地表和露出地表的部分，在受到风化作用时都会发生不同程度的变

化，这种变化被称为表生氧化(oxidation)。其结果会改变矿床中矿石的组构、矿物

成分及化学成分。这在金属硫化物矿床中表现得尤为强烈。

硫化物矿床在暴露地表后，常发生强烈的风化作用，矿床中原生硫化物与大气和

水里的氧结合，遭受不同程度的氧化，形成新的矿物和新的溶剂，这种溶剂能进一步

溶解其他矿物，这种作用称为表生氧化作用。这样，矿床就被氧化，同时矿床中很多

矿质被淋滤，矿床发生表生氧化和淋滤的这一部分称为矿床的氧化带，深度可达潜水

面。氧化带中淋滤溶液向下渗流，穿过潜水面，进入缺氧的地下水流动带，可与原生

硫化物反应形成了次生硫化物，可使某些金属在流动带中富集，从而大大地提高矿床

的工业价值，这种作用称为次生富集作用(supergeneenrichment)。因此，了解硫化

物矿床的表生氧化和次生富集的可能性，具有重要意义。

在风化作用下，如果金属硫化物（特别是铜硫化物）矿床所处条件适宜，可有一个

发育完整的表生分带，自上而下为：

氧化带，位于潜水面以上，相当于渗透带。带内又可分出以下亚带（自上而下）：

（1）完全氧化亚带—铁帽；

（2）淋滤亚带；

（3）次生氧化物富集亚带。

次生硫化物富集带，位于潜水面以下、停滞水面以上。相当于流动带。

原生硫化物带，位于停滞水面以下。相当于停滞水带。

矿床垂直分带的产生，乃地下水长期作用的结果。但多数情况下分带发育不全，有

些地区如冰川地带和侵蚀作用极为强烈的地区，矿床氧化带很浅，甚至完全没

有。

一、金属硫化物矿床的表生氧化作用

在氧化带中，硫化物一般都很容易转变为硫酸盐，特别是矿床中常见的黄铁

矿，氧化后形成的硫酸铁和硫酸，对其他硫化物矿物的分解起着重要的作用。

除硫酸铅外，一般金属硫酸盐都易溶于水。因此金属物质在氧化带将被地表水

或地下水搬运而分散。在有利的条件下，这些金属能够转移到深部发生再沉积。

以常见的铁、铜硫化物为例，最常见的铁的硫化物矿物为黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿

等。它们在氧化带中的变化过程是：铁的硫化物→硫酸亚铁→硫酸铁(水解)→氢

氧化铁，化学反应式如下：

2FeS（黄铁矿）+7O+2HO→2FeSO+2HSO

222424

1

2FeS（白铁矿）+31O+2HO→14FeSO+2HSO

7822424

硫酸亚铁很不稳定，会很快地变为硫酸铁：

4FeSO+2HSO+O→2Fe(SO)+2HO或12FeSO+3O+6HO→4Fe(SO)+4Fe(OH)

424224324222433

硫酸铁水解后，生成氢氧化铁及硫酸：

Fe(SO)+6HO→2Fe(OH)+3HSO

2432324

近年来的研究证明，在硫化物的表生氧化和硫酸形成过程种，细菌起着非常重要的

作用，如硫氧化杆菌等。目前，细菌已被视为参与硫化物矿床氧化过程的一种因素而日

益受到人们的重视。

如果氧化带中水很少，那么硫酸浓度则相对增大，因而反应不易向右进行。不过，

硫酸铁是一种很强的氧化剂，能使铁、铜、铅、锌、银等的硫化物氧化成硫酸盐，如以

下各式：

FeS（黄铁矿）+Fe(SO)→3FeSO+2S

22434

CuFeS（黄铜矿）+2Fe(SO)→CuSO+5FeSO+2S

224344

ZnS（闪锌矿）+4Fe(SO)+4HO→ZnSO+8FeSO+4HSO