Геохимия кобальта

Известные представления  о формах нахождения химических элементов, особенно членов семейства железа, в природе вообще применимы и к кобальту, хотя по большому разнообразию этих форм кобальт заметно отличается не только от большинства других элементов, но и от своих соседей по триаде, за исключением железа. Учитывая состояние атомов и ионов кобальта в природных образованиях и их количественную роль, можно было бы выделить следующие формы его нахождения:

1. В составе интерметаллических соединений земного и космического происхождения в твердых растворах, в основном железа и никеля. Содержание кобальта в этих образованиях обычно небольшое (0,06—1,48%) при высоком значении Ni:Co (до 250).
2. В виде индивидуальных соединений (собственных минералов, их 25) в ионных и атомно-ионных постройках.
3. В виде закономерной примеси в составе минералов других элементов (в основном его более распространенных соседей по триаде).
4. В сорбированном природными сорбентами виде (в составе коллоидной природы   минералов, почвах и  взвесях вод).
5. В составе элементо-органических соединений, вырабатываемых организмами.
6. В виде простых и комплексных ионов в природных водах.
7. В неизвестных формах, возможно, в состоянии атомного рассеяния во многих минералах, породах и т. д.

Минимальный для всей триады (Fe, Co, Ni) кларк кобальта прежде всего сказывается на относительно высокой степени рассеяния элемента, что видно как по ограниченному числу собственно кобальтовых минералов, так и по отношению между цифрами собственно кобальтовых и кобальтсодержащих минералов. При сравнении с более близким к кобальту никелем особенно характерно отсутствие индивидуализированных сурьмяных и силикатных соединений кобальта

Дополняя изложенное, можно отметить следующее:

1. Самый низкий кларк кобальта в сравнении с кларками его распространенных кристаллохимических аналогов железа, никеля и магния, а также цинка обусловливает ограниченность числа его собственных минералов и рассеяние в виде закономерной примеси в минералах указанных элементов.
2. Уровень содержания кобальта в минералах других элементов зависит от состава минеральных парагенезисов и минеральных формаций, генетически связанных, преимущественно, с основными интрузивными образованиями.

 

3. Геохимия кобальта

 

Как элемент довольно высокой  активной поляризации кобальт почти целиком уходит или в ликвационное отщепление сульфидов или же в летучие погоны, не сохраняясь в остаточных магмах и лишь частично вместе с Ni удерживаясь в силикатах протокристаллизации. Поэтому его материнским источником всегда приходится считать основные или ультраосновные породы, в областях которых и необходимо вести прежде всего поиски на кобальт (и совместно с ним на никель).

В контактных пневматолитах  мы его обычно связываем с диоритами и гранодиоритами и генетически приурочиваем к образованиям с аксинитом, гранатом и волластонитом, что отвечает вообще довольно высоким температурам.

Концентрация кобальта в условиях гипергенеза связана с корой выветривания ультраосновных и основных пород, а также с зоной окисления месторождений кобальтсодержащих руд. Концентрация кобальта в условиях гипергенеза вызвана следующими явлениями:

1. Образованием водонерастворимых кислородных соединений кобальта в зоне окисления месторождений гипогенных, мышьяковых, сернистых и других минералов кобальта. Все эти гипергенные образования, весьма редко образующие большие скопления, представлены арсенатами, карбонатами, сульфатами, молибдатами и селенатами кобальта, никеля и железа. Низкотемпературные условия образования этих соединений при участии воды, свободного кислорода и углекислого газа органичивают изоморфизм членов триады в указанных минералах прежде всего в результате изменения их валентностей.

2. Коллоидно-химическим соосаждением кобальта с марганцем. В присутствии свободного кислорода и вследствие окислительного действия марганца на кобальт образуется Мn⁺²- Мn⁺⁴ и Со⁺²- Со⁺³ . Эти образования весьма характерны для коры выветривания и по существу являются наиболее распространенной формой концентрации кобальта в условиях гипергенеза. Данная форма концентрации кобальта возникает не только в континентально-осадочных, но и в морских осадочных (марганцевые конкреции на дне океанов) образованиях.

3. Накоплением кобальта в результате адсорбции его органическими образованиями. Это—наименее изученная форма концентрации его в земной коре. Обогащение органических („мертвых") образований рядом элементов, в том числе кобальтом, происходит, вероятно, благодаря адсорбции их коллоидальной природы органическими веществами.

Важное значение должно иметь также  возникновение труднорастворимых  сульфидов за счет иона сульфидной серы, которая образуется при разложении органического вещества и ионов  металлов, находящихся в среде. По существу такой же процесс происходит за счет иона фосфата, образующегося    при   разложении    органических   веществ. Кроме того, „мертвые" органические образования наследуют кобальт, вероятно, из исходного живого вещества, поскольку организмы   аккумулируют   кобальт в виде металлоорганических соединений.

Форма нахождения кобальта, так же как и многих других элементов, в органических образованиях изучена крайне недостаточно.

Концентрации  кобальта, связанные с корой выветривания ультраосновных пород, являются самыми распространенными и значительными по масштабам, а нередко и по уровню содержания кобальта —гипергенными его концентрациями. Даже самые мощные зоны окисления месторождений эндогенных руд уступают по своим масштабам коре выветривания гипербазитов.

Г. А. Крутов (1959) выделяет следующие типы кобальтоносных месторождений, связанных или непосредственно с корой выветривания ультраосновных пород, или обязанных своим происхождением перемещению кобальта в грунтовых и поверхностных водах за пределы коры выветривания ультраосновных пород:

а) силикатно-никелевые  месторождения коры выветривания ультраосновных пород;

б) кобальтоносные кварцевые жилы вблизи серпентинитовых массивов;

в) месторождения марганцево-кобальтовых  руд, подчиненные осадочным отложениям.

Во всех указанных типах  месторождений кобальт связан гидроокислами марганца, которые являются одним из накапливающихся в самой коре выветривания, в ее верхней части, продуктов выветривания марганецсодержащих ортосиликатов, пироксенов, амфиболов, серпентина и других минералов ультраосновных пород. Важно отметить, что кобальт, который освобождается из только что перечисленных минералов и в значительно меньшей степени из акцессорных сульфидов (пентландит, халькопирит), в условиях выветривания ультраосновных пород почти полностью связывается с гидроокислами марганца, поскольку другие минералы коры выветривания   или   не содержат   кобальта или  же в них, в том числе в никелевых силикатах, обнаруживается очень небольшое количество его. То же самое можно сказать и о гидроокислах железа. Обнаруживаемый в них кобальт также связанно рассеянно распределенными здесь гидроокислами марганца.

Концентрация кобальта в силикатно-никелевых  месторождениях коры выветривания ультраосновных   пород связана   с  двумя  типами   коры выветривания — площадными   и линейными (или трещинными).

Кобальтсодержащие марганцевые  гидроокиси в площадном типе силикатно-никелевых руд встречаются во всех горизонтах, но наибольшее их количество встречаются в верхних обохренных горизонтах.

Те же гидроксилы марганца являются носителями кобальта и в трещинных типах месторождений силикатно-никелевых руд. И в этих месторождениях, приуроченных к тектоническим трещинам, максимальные концентрации кобальта связаны с охристыми образованиями. Несмотря на такую связь, сами охры (соединения железа) без гидроксилов марганца почти не содержат кобальта.

К числу месторождений  марганцево-кобальтовых руд, образовавшихся за счет ультраосновных пород, но находящихся вне пределов коры выветривания последних, относятся еще месторождения марганцево-кобальтовых руд, подчиненные осадочным отложениям (например, Шайтантасское месторождение в Казахстане) или континентально осадочные месторождения (Южный Урал), связанные с размывом в юрское время палеозойских серпентинитов с их древней корой выветривания.

Неподвижная трехвалентная форма кобальта исключает его сорбцию такими сорбентами коры выветривания, как нонтрониты и другие гидросиликаты магния и железа. Однако расходящиеся пути элементов триады в резко изменившихся количественных соотношениях нередко вновь сходятся в результате сорбции гидроксилами марганца не только кобальта, но и железа и  никеля.

 

 

4. Генетические и промышленные типы

месторождений

Существует общепринятая систематика подразделения месторождений на две основные группы: к первой группе относятся гипогенные мышьяковые и сернистые месторождения (с попутной характеристикой ассоциаций минералов, возникающих в зоне окисления), ко второй — месторождения, образующиеся в связи с поверхностными изменениями ультраосновных горных пород, содержащих первичные концентрации металла в рассеянной форме.

В первой группе последовательно рассматриваются  следующие типы месторождений:

• мышьяково-кобальтовые и мышьяково-кобальт-никелевые рудные жилы;
• кобальтовые фальбанды;
• кобальтоносные скарны;
• сульфидные кобальтово-медные жилы и залежи;
• Co-содержащие свинцово-цинковые месторождения;
• Co-содержащие сульфидные медно-никелевые месторождения.

Вторая группа подразделяется на следующие  типы:

• силикатно-никелевые месторождения;
• кобальтоносные кварцевые жилы вблизи серпентинитовых массивов;
• месторождения марганцево-кобальтовых руд, подчиненные осадочным отложениям.

Гидротермальные месторождения кобальта наиболее многочисленны по типам оруденения и разнообразны по элементарному и минералогическому составу своих руд и по геологической обстановке нахождения и образования. Среди этих месторождений, собственно мышьяк-кобальтовые и мышьяк-кобальт-никелевые типы рудных жил отнесены соответственно к высоко-, средне- и низкотемпературным стадиям гидротермального процесса. По положению в крупных геологических структурах преобладающая часть месторождений обоих типов (As—Со и     As–Со—Ni жилы) связана с древними докембрийскими и палеозойскими образованиями (в пределах Канадского щита и Африканской платформы, а месторождения в Европе и Азии - в пределах Герцинской и нижнепалеозойской складчатых зон). Лишь единичные месторождения и менее значительные по размерам приурочены к молодым мезозойским и третичным зонам. К числу таких месторождений относятся малокавказские.

Месторождения рассматриваемых типов  приурочены к различным породам. Однако, по Г. А. Крутову, приуроченность значительной части этих месторождений  к контактовым ареалам умеренно кислых интрузий или к участкам непосредственного влияния последних является существенной особенностью их общегеологического положения. Другой характерной чертой является расположенность их в участках сопряжения разнородных геологических структур, не редко с широким развитием не только интрузивных, но и эффузивных пород.

Важно отметить, что для геологической  обстановки ряда месторождений характерным  является широкое распространение эффузивов основного состава и ультраосновных пород, преимущественно, серпентинитов.

Рассматриваемые типы рудных жил как  по комплексу нерудных и рудных минералов, так и по их парагенезису сильно различаются.

Г. А. Крутов различает три парагенетических группы минералов: 1) более раннюю по отношению к кобальтовому оруденению, 2) кобальтовую и кобальтсодержащую и 3) более позднюю по отношению к кобальтовому оруденению.

Геохимически мы можем  говорить о следующих типах промышленных скоплений кобальта:

1. Высокотемпературный сульфид магматического типа (вместе с никелем, платиной и медью) в норитах, пироксенитах и диабазах; весовое отношение Ni к Со = 15 :1.
2. Пневматолиты мезопород диоритового и гранодиоритового типов в контакте с карбонатными породами (с As, В и S), нередко Сu, Мо.
3. Более холодные рудные жилы, гидротермы геофаз (с Ag, Pb, U, Bi, Сu и комплексными соединениями мышьяка и сурьмы).
4. Метасоматические месторождения основных пород с карбонатными породами (СоС0₃), с магнетитом и сульфидами Fe и Сu.
5. Гипергенные процессы (в виде Со₃0₄ с Mn⁺⁴, Fe⁺³, и отчасти Ni⁺²), как результат избирательной абсорбции гелями.

Уже значительность этого  списка промышленных типов показывает, что с геохимией кобальта обстоит не очень благополучно, что он не концентрируется в каком-либо одном генетическом типе, а как бы размазывается по разным образованиям, в разные моменты магматического охлаждения.

Руководящие идеи для поисков  кобальтовых месторождений поэтому  не очень ясны и не могут быть сведены к совершенно определенным объектам. Можно лишь указать следующее:

Тип первый мы будем ожидать в основных породах, причем вместе с никелевыми сульфидами при комплексном использовании этих руд. Отношение кобальта к никелю в этих рудах обычно 1 : 25, что вообще экономически выгодно.