沉積礦床膠體化學(xué)

沉積礦床膠體化學(xué)第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一

機(jī)械沉積礦床膠體化學(xué)沉積礦床蒸發(fā)沉積礦床生物化學(xué)沉積礦床沉積礦床的主要類型第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一概述膠體化學(xué)沉積礦床形成條件膠體化學(xué)沉積礦床類型及特征

膠體化學(xué)沉積礦床第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一概述

膠體溶液

一種顆粒直徑介于1~100μm的分散體系，其性質(zhì)介于粗分散系（濁液，顆粒直徑>100μm）與離子分散系（真溶液，顆粒直徑<1μm）之間

膠體特性帶電性吸附性膠體化學(xué)沉積礦床概述第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一自然界中常見的正負(fù)膠體

膠體化學(xué)沉積礦床概述第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一

搬運(yùn)介質(zhì)—地表徑流膠體的帶電性對(duì)膠體長距離搬運(yùn)不利護(hù)膠劑

腐殖酸-膠體粒子被吸附在腐殖酸的大分子鏈上或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中膠體化學(xué)沉積礦床概述第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一膠體的沉淀

來自陸地的膠體溶液與富含電解質(zhì)的海水混合。腐植酸遇到海水中的Ca2+離子，結(jié)合成不穩(wěn)定腐植酸鈣沉淀膠體化學(xué)沉積礦床概述第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一2Fe(腐植酸鹽)+3Ca2++6C1-→3Ca(腐植酸鹽)↓+2FeCl3

進(jìn)一步水解：

FeCl3+3H2O—Fe(OH)3↓+3HCI鐵、錳、鋁等圍繞石英等生成鮞狀、豆?fàn)畹饶z狀構(gòu)造礦石海侵階段早期膠體化學(xué)沉積礦床概述第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一自然界中膠體吸附現(xiàn)象（表面積很大、表面能較高）在成礦中具重要意義鐵膠體帶正電荷，優(yōu)先吸附溶液中呈陰離子的As、Sb、P等；錳膠體帶負(fù)電荷，優(yōu)先吸附陽離子Li、K、Ba、Ni、Co、Cu、W等。膠體化學(xué)沉積礦床概述第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一膠體化學(xué)沉積礦床

地表巖石（或礦石）風(fēng)化形成難溶成礦物質(zhì)呈膠體狀態(tài)被流水搬運(yùn)到湖、海盆地中，通過膠體凝聚作用使成礦物質(zhì)沉淀富集形成的沉積礦床膠體化學(xué)沉積礦床概述第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一

分布于大陸邊緣淺海地帶，分布與海岸線平行含礦建造穩(wěn)定

礦體呈層狀、似層狀或透鏡狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀穩(wěn)定，與圍巖整合

礦物組成，鐵、錳、鋁的氧化物、碳酸鹽、硅酸鹽、硫化物，空間上具有分帶性礦石具有鮞狀、腎狀、條帶狀、層狀構(gòu)造多數(shù)礦床規(guī)模大，礦體產(chǎn)狀穩(wěn)定，礦石質(zhì)量好具較大工業(yè)意義，是鐵、錳、鋁的主要來源膠體化學(xué)沉積礦床概述—地質(zhì)特征第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一成礦物質(zhì)來源地貌條件物理化學(xué)條件

膠體化學(xué)沉積礦床的形成條件第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一成礦物質(zhì)來源

主要來自陸源物質(zhì)。陸殼巖石在風(fēng)化后期鐵、錳、鋁等便被分解出來，形成高分散的膠體溶液海底火山噴發(fā)提供鐵、錳等必要條件大陸長期而穩(wěn)定的風(fēng)化剝蝕，溫?zé)岫睗竦臍夂颍瑴?zhǔn)平原化的地貌等河流搬運(yùn)成礦物質(zhì)能力巨大，亞馬遜河，約含0.003克/升鐵，17.6萬年可形成二十億噸鐵礦床膠體化學(xué)沉積礦床的形成條件第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一地貌條件沉積環(huán)境-海盆地，構(gòu)造穩(wěn)定、海岸線曲折海灣淺海區(qū)。內(nèi)陸湖泊或富含有機(jī)質(zhì)沼澤盆地,湖沼含過多腐植酸和細(xì)菌過量腐植酸破壞膠體穩(wěn)定性→成礦物質(zhì)沉淀細(xì)菌和藻類等作用→成礦物質(zhì)沉淀礦床工業(yè)意義較小

膠體化學(xué)沉積礦床的形成條件

第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一物理化學(xué)條件98個(gè)港灣海水樣、357個(gè)港灣泥樣（波羅的海微咸水和其沉積物、加里福尼亞海灣外潮坪和深水斜坡沉積物，黑海靜水盆地中水樣）pH值為7~8±；Eh值循環(huán)水為正值（最高0.5eV）；盆地底部停滯水為負(fù)值，下限為-0.172eV；沉積物孔隙水中既可正值，亦可為負(fù)值膠體化學(xué)沉積礦床的形成條件

第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一

物理化學(xué)條件膠體化學(xué)沉積礦床的形成條件

海灣盆地物理化學(xué)條件變化示意圖第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一

沉積鐵礦床沉積錳礦床沉積鋁礦床

膠體化學(xué)沉積礦床的類型及特征

第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一膠體化學(xué)沉積型鐵礦床鐵的克拉克值為4.2%，在氧、硅、鋁之后居第四位沉積鐵礦床的物質(zhì)來源①陸地的風(fēng)化殼②海底火山作用③海底含鐵物質(zhì)的分解鐵質(zhì)的搬運(yùn)方式呈Fe(OH)3膠體溶液被地表水帶出風(fēng)化殼，在適量腐植酸的保護(hù)下，或者Fe3+離子與腐植酸結(jié)合形成穩(wěn)定的腐植酸絡(luò)合物，被河流搬運(yùn)到匯水盆地第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一膠體化學(xué)沉積型鐵礦床非洲的乍得湖湖面積約24000km2，平均水深約3.5m，水83%由南部沙里河供給。在湖南部與沙里河三角洲連結(jié)地帶，在水深1~3米的局部地區(qū)，正在形成現(xiàn)代鮞狀褐鐵礦巖在320年里，沉積了面積為2,700km2、厚達(dá)40cm的鮞狀鐵質(zhì)巖。鮞粒直徑平均0.25mm，最大達(dá)1.2mm，成分蒙脫石、針鐵礦以及少量高嶺石、石英、方解石等乍得湖現(xiàn)代鮞狀褐鐵礦巖沉積示意圖

第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一海相沉積鐵礦床礦物相帶變化規(guī)律海平面pH2-3Eh>0.2氧化物礦物相帶pH>7.0Eh0.2～-0.1pH9.0Eh-3.0～-0.5高價(jià)鐵的氧化物(赤鐵礦、褐鐵礦)

粗－細(xì)碎屑巖沉積細(xì)－粉砂質(zhì)沉積

鐵的硅酸鹽(鮞綠泥石)pH>>7.0Eh-0.3～0.0粘土巖沉積鐵的硫化物(黃鐵礦、白鐵礦)

←------------------------pHEh------------------------→鐵的碳酸鹽（菱鐵礦）

硅酸鹽礦物相帶碳酸鹽礦物相帶硫化物礦物相帶膠體化學(xué)沉積型鐵礦床第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一海相沉積鐵礦床主要特征分布于地臺(tái)區(qū)和長期遭受剝蝕的造山區(qū)礦床產(chǎn)于海侵巖系的底部，含礦巖系主要為砂頁巖系，規(guī)模大，層位穩(wěn)定，延長達(dá)幾十至幾百km礦體呈層狀賦存于含礦巖系中，厚幾至幾十米不等礦石主要由赤鐵礦組成，伴生鮞綠泥石、菱鐵礦、石英、方解石、黃鐵礦等，礦石品位高、Ｓ、P雜質(zhì)含量低、質(zhì)量好礦石呈鮞狀、腎狀和塊狀構(gòu)造北方的“宣龍式”（Chch）;南方“寧鄉(xiāng)式”（D）膠體化學(xué)沉積型鐵礦床第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一圖河北宣龍鐵礦床地質(zhì)剖面圖

第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一圖我國南方寧鄉(xiāng)式鐵礦剖面圖

第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一海相沉積鐵礦床的成礦機(jī)理沉積鐵礦床的化學(xué)沉積說（1）地殼表層，F(xiàn)e2+化合物容易形成硫酸鹽或重碳酸鹽的真溶液被搬運(yùn)，F(xiàn)e3+很難溶解，大部分呈膠體溶液被搬運(yùn)（2）由于地表水中含大量游離氧，鐵的各種溶解的鹽類大多被氧化、水解成Fe(OH)3膠體被地表水搬運(yùn)（3）一定數(shù)量的腐植酸可起到護(hù)膠作用，使膠體在水中作長距離的搬運(yùn)。腐植酸過量或過少可引起沉淀（4）鐵的膠體溶液被搬運(yùn)至湖、海盆地中時(shí)，F(xiàn)e3+膠體溶液由于海水中電解質(zhì)中和或湖水中腐植酸過量而沉淀第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一

鮞狀構(gòu)造成因（1）動(dòng)蕩環(huán)境成鮞說

鮞粒粒徑大小不一，為水體動(dòng)蕩分選的結(jié)果鮞狀鐵礦內(nèi)常有菱鐵礦和鮞狀赤鐵礦的角礫碎片常見復(fù)鮞構(gòu)造礦石中可見斜層理（2）成巖作用成鮞說

鮞粒具明顯多殼層構(gòu)造，單層由赤鐵礦、菱鐵礦、綠泥石、玉髓等組成鮞粒是在成巖作用時(shí)，成礦物質(zhì)進(jìn)行劇烈再分配的結(jié)果物質(zhì)再分配的原因是淤泥和孔隙水物理化學(xué)性質(zhì)的多階段變化（3）細(xì)菌和生物成鮞說海相沉積鐵礦床的成礦機(jī)理第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一膠體化學(xué)沉積型鐵礦床湖沼相沉積鐵礦床地表水搬運(yùn)的鐵膠體在湖沼盆地邊緣淺水地帶沉積常與煤系地層伴生礦體呈透鏡狀、薄層狀規(guī)模較小礦石常呈鮞狀、結(jié)核狀構(gòu)造礦石礦物主要為赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦品位不穩(wěn)定雜質(zhì)含量高礦石質(zhì)量差工業(yè)意義不大淮南C－P煤系地層中的菱鐵礦礦床遼寧撫順地區(qū)第三紀(jì)煤系中的菱鐵礦礦床第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一膠體化學(xué)沉積型錳礦床是世界上主要的錳資源錳的化學(xué)性質(zhì)與鐵相似（錳礦石中常含鐵）錳的克拉克值遠(yuǎn)較鐵低（為鐵的1/50），內(nèi)生礦床的幾率比鐵小得多；表生條件下沉積錳礦分布十分廣泛錳在海盆中的位置比鐵距海岸更遠(yuǎn)些；錳比鐵沉積更晚些第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一化學(xué)沉積型錳礦床的礦物相分帶軟錳礦-硬錳礦礦石相帶（Mn4＋）,含錳高，雜質(zhì)少水錳礦礦石相帶(Mn4＋、Mn2＋)礦石質(zhì)量較差碳酸鹽礦石相帶(Mn2＋)，含錳量低，雜質(zhì)含量高沉積錳礦床的相變示意圖第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一沉積型錳礦床的主要類型

1、湖相沉積型錳礦床

產(chǎn)于內(nèi)陸湖盆地沉積巖系中（砂巖、砂頁巖、粘土巖）礦體呈透鏡狀、扁豆?fàn)?，厚度變化大礦石礦物主要是錳菱鐵礦礦床規(guī)模小，礦石平均品位低且變化大，工業(yè)意義不大主要成礦時(shí)代Z（Pt）、P、K、E、N

山西省石盒子組（P2s）中的錳礦床膠體化學(xué)沉積型錳礦床第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一海相沉積型錳礦床（1）分布于淺海近岸地帶的古陸邊緣（2）位于沉積間斷之上的海進(jìn)層序的底部或上部，具固定層位

瓦房子錳礦（Pt3）、湘潭錳礦（Z）、遵義錳礦（P2煤系地層）（3）礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀、餅狀，由單層或多層組成，空間延伸很遠(yuǎn)（4）礦石類型有原生氧化物礦石、原生碳酸鹽礦石和次生氧化物礦石。礦石礦物主要為硬錳礦、軟錳礦、水錳礦、菱錳礦等礦石具鮞狀或塊狀構(gòu)造（5）規(guī)模大品位高錳資源的主要來源膠體化學(xué)沉積型錳礦床第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一瓦房子錳礦地層柱狀圖第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一

第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一現(xiàn)代深海沉積的錳質(zhì)結(jié)核礦床（1870年首次發(fā)現(xiàn)）（1）廣泛分布于海洋底部的某些海區(qū)，以太平洋最有工業(yè)意義（2）大洋中約有錳結(jié)核1.7×1012t，其中含Mn4×1011t，Ni1.64×1010t，Cu88×108t，Co58×108t，以及Fe、Ba、Zn、Mo等20余種有用金屬及10余種稀有分散金屬及放射性金屬

每年約有1×108t的錳結(jié)核在繼續(xù)堆積膠體化學(xué)沉積型錳礦床第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一世界洋底錳結(jié)核分布圖

黑十字為巖芯取樣位置，黑園點(diǎn)為挖泥船取樣位置

第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一（3）結(jié)核大小0.1-30cm不等，最大850kg；呈不規(guī)則球狀或餅狀；棕-黑色，土狀多孔，比重2-3（4）結(jié)核具凝膠狀結(jié)構(gòu)，同心構(gòu)造，核為火山熔巖、碎屑及生物殘骸，外殼主要為錳、鐵礦物、有機(jī)質(zhì)、粘土礦物等膠體化學(xué)沉積型錳礦床第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一膠體化學(xué)沉積型鋁土礦礦床在內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用中，Al2O3和SiO2易于結(jié)合成鋁硅酸鹽礦物；在外動(dòng)力地質(zhì)作用下，則二者易分離，形成鋁的氧化物和氫氧化物富含鋁的氫氧化物的紅土型風(fēng)化殼受剝蝕時(shí)，鋁的氫氧化物便成為機(jī)械懸浮物或在腐植酸保護(hù)下呈膠體狀態(tài)被搬運(yùn)至湖海盆地中第36頁，共40頁，2023年，2月20日，星期一膠體化學(xué)沉積型鋁土礦礦床pH值為4.1~7，Eh較低以及有大量電解質(zhì)存在的地質(zhì)環(huán)境中，呈氫氧化鋁（水鋁石、一水軟鋁石、一水硬鋁石）沉淀出來，形成