تحقیق مقاله ژئوشیمی و مینرالوژی فلزات

-1 مقدمه

سرب در حدود 6 تا 7 هزار سال پیش در مصر و بین النهرین کشف شده است. این فلز در شمار قدیمی ترین فلزهایی است که انسان آن را بکار برده است. به این فلز در زبان انگلیسی Lead در عربی رصاص و در زبان پهلوی سرب گفته می شود. در حدود 4000 سال پیش از میلاد مصری ها و سومری ها از سفید سرب برای آرایش استفاده می کردند. در قرون وسطی از سرب به گستردگی در مصالح ساختمانی استفاده می شده است. در ایران نیز سرب از اواخر هزاره سوم شناخته شده و چون ذوب کربنات های سرب آسان بوده است، معادن کربنات سرب زودتر مورد استفاده قرار گرفته اند.

در حال حاضر مهمترین کاربردهای آن در باطری ها، کابل ها و بلبرینگ ها می باشد. روی در سال 1746 بوسیله شیمیدان آلمانی بنام مارگراف کشف شده است. این فلز برای مدت 2000 سال بعنوان یکی از اجزاء آلیاژ برنج در اروپا و آسیا مصرف می شده است. در حدود 150 سال پیش از میلاد مسیح رومی ها از این فلز و آلیاژهای آن سکه تهیه می کردند. امروزه بیشترین کاربرد روی در صنعت گالوانیزه، ترکیب آلیاژها و الکترونیک است. معمولا سرب و روی با یکدیگر و با فلزاتی چون مس، طلا و نقره همراه می باشند. همچنین کانسارهای سرب و روی با درصدهای متنوعی از این فلزات شناسایی شده اند. (4، ص 5)

2-1 ژئوشیمی و مینرالوژی سرب:

بطور کلی چهار ایزوتوپ پایدار سرب با اعداد جرمی 204،206،207 و 208 وجود دارند که از بین آنها ایزوتوپ 208 با فراوانی 1/52% بیشترین ایزوتوپ سرب است. ایزوتوپ‌های 206،207 و 208 محصولات نهائی متلاشی شدن اورانیوم و توریم می باشند. سرب بطور کلی از لحاظ فراوانی در پوسته زمین در رتبه سی و چهارم قرار دارد، سرب دارای کلارک 3-10*6/1% می باشد، در حال حاضر بطور متوسط حداقل ضریب تجمع سرب برای تشکیل کانسارهای اقتصادی در حدود 2000 می باشد. کلارک سرب از سنگهای باریک به سمت سنگهای اسیدی افزایش می یابد، بطوریکه میزان کلارک در سنگهای اوترابازیک 5-10*1% در سنگهای بازیک 4-10*8% و در سنگهای با منشأ ماگمایی اسیدی 3-10*2% می باشد. (4)

کانی های اصلی سرب و درصد سرب در هر کدام به ترتیب زیر می باشد:

گالن با 6/86% سرب، جیمسونیت با 16/40% سرب، بولانگریت با 42/55% سرب، بورنیت با 6/42% سرب، سروسیت با 6/77% سرب و آنگلزیت با 3/68% سرب.

3-1 ژئوشیمی و مینرالوژی روی:

روی دارای 5 ایزوتوپ پایدار است که اعداد جرمی آن 64، 66، 78، 80 می باشد که در این میان بیشترین ایزوتوپ آن ایزوتوپ 64 با فراوانی 9/48% می باشد. روی از لحاظ فراوانی در رتبه بیست و سوم پوسته زمین قرار دارد. کلارک روی تا حدودی بیشتر از سرب می باشد، میزان کلارک روی 3-10*3/8 و ضریب تجمع آن برای تشکیل کانسارهای اقتصادی 500 می باشد. میزان کلارک روی از سنگهای ماگمائی با منشأ بازی به سمت سنگهای ماگمایی با منشأ اسیدی افزایش پیدا می کند. میزان کلارک در سنگهای اولترابازیک 3-10*3% در سنگهای بازی 3-10*3/1% و در سنگهای اسیدی 3-10*6% می باشد. میزان کلارک در سنگهای اسیدی خیلی نزدیک به میزان کلارک در پوسته است. کانی های اصلی روی و درصد روی هر یک به صورت زیر می باشد:

اسفالریت با 67% روی، ورتزیت با 63% روی، اسمیت زونیت با 52% روی، همی مورفیت با 7/53% روی. (4)

4-1 انواع کانسارهای سرب و روی:

بطور کلی انواع کانسارهای سرب و روی عبارتند از:

3-1) اسکارن

3-2) رگه ای

3-3) استراتاباند

3-4) دگرگونی

1-4-1 کانسارهای اسکارن:

چنانچه در دگرگونی مجاورتی موادی از توده نفوذی به سنگ میزبان افزوده شود، کانسارهای اسکارن پدید می آید. بطور معمول کانی های منطقه اسکارن متنوع و فراوانند. اسمیرنف این کانسارها را با توجه به مبانی مختلف به پنج گروه تقسیم کرده که در این میان به رده بندی بر مبنای ترکیب سنگ های دربرگیرنده توده نفوذی اهمیت بیشتری داده زیرا به اسکارن آهکی، اسکارن منیزیتی و اسکارن سیلیکاته اشاره می کند.

امروزه این کانسارها را که از دیدگاه اقتصادی مورد توجه بسیاری از زمین شناسان قرار دارند بر مبنای نوع غالب و چیره و با ارزش موجود در آنها تقسیم بندی می کنند که در حقیقت دنباله رده بندی این کانسارها بر پایه نوع سنگ در بر گیرنده توده نفوذی است.

اینودیک بورت کانسارهای اسکارن آهکی را به پنج گروه اسکارن های آهن، تنگستن، مس، سرب، روی و قلع تقسیم کرده است. نکته قابل توجه این است که بر عکس کانی های موجود در اسکارن ها که ترکیبی پیچیده و متنوع دارند، کانه ها ، بطور معمول، سولفورها و اکسیدهایی با ترکیب ساده هستند. از مهمترین سولفورهای موجود در اسکارن ها اسفالریت و گالن را می‌توان نام برد. (4، ص 23)

کانسارهای اسکارن بیشتر به شکل ورقه، عدسی و یا رگه وجود دارند و دارای ضخامت چند ده متر و وسعت چندصد متر می باشند. در هر صورت مورفولوژی سولفیدهای سرب و روی بر روی ترکیب اسکارن آهکی تأثیر گذاشته و آنها را بیشتر پیچیده می کند. ماده معدنی در این موارد بیشتر به شکل عدسی، ستونی و یا پاکتی شکل دیده می شود. شکل کانسار چندین صدمتر در طول و در امتداد گسترش پیدا می کند؛ همچنین ضخامت آن نیز 1 تا 10 متر و یا بیشتر می‌تواند وجود داشته باشد.

2-4-1 کانسار های رگه ای:

این کانسارها حاصل کانه سازی سیال های کانه دار گرم است که در زیر زمین جریان دارند. عناصر فلزی موجود در این سیال های گرمایی ممکن است خاستگاه ماگمایی داشته باشند و در چهره های گوناگون همراه آب به جای تجمع، حمل شود و یا اینکه در مسیر حرکت آب قرار گیرند و ضمن همراه شدن تدریجی با آب سیال کانه داری را پدید آورند. کانی هایی که خاستگاه گرمایی دارند ممکن است به دو صورت پدید آیند:

الف : تمرکز به روش پر کردن کاواکها و فضاهای خالی درون سنگها که خود به دو گروه همزاد و دیرزاد پخش می شود:

ب : تمرکز به روش جانشینی؛

بنابراین شکل انباشته های گرمایی تابعی از شکل کاواک های سنگ میزبان و یا چگونگی جانشینی در آن است. از همین رو در این دسته از کانسارها انواع رگه ها ، عدسی ها، کانسارهای لایه ای، استوک ورک و اشکال پیچیده دیده می شود. با توجه به رده بندی لیندگرن کانسارهای گرمایی به پنج گروه تقسیم می شوند که مهمترین آنها در ارتباط با سرب و روی عبارتند از:

1-2-4-1 کانسارهای هیپوترمال:

این کانسارها نشان دهنده دما و فشار زیاد هستند و درجه حرارت پیدایش آنها را از 300 تا 500 درجه سانتیگراد تعیین کرده اند. در این نوع کانسارها پدیده جانشینی آشکارا قابل تشخیص است و دارای بافت درشت دانه هستند. حجم آنها زیاد و شکل نامنظم دارند ولی بطور کلی به صورت رگه مانند و لایه ای هستند. در بیشتر موارد جای پیدایش آنها ستیغ چین ها و مناطق برشی است.

پارک و مک دیارمید (1975) معمول ترین کانه های این نوع کانسارها را اسفالریت، گالن، کالکوپیریت، فلوئوریت و باریتیت می دانند. برای آشنایی با کانسارهای شناخته شده هیپوترمال در دنیا به کانسار معروف سرب و روی و نقره بروکین هیل در منطقه جنوب استرالیا که نمونه ای از کانسارهای گرمایی نوع هیپوترمال است می‌توان اشاره نمود.

2-2-4-1 کانسارهای مزوترمال:

کانسارهای مزوترمال در شرایط دما (200 تا 300 درجه سانتیگراد) و فشار متوسط ایجاد می شوند. منطقه مزوترمال وجوه مشترک کانسارهای هیپوترمال و اپی ترمال است؛ از این رو کانسارهای مزوترمال حد واسط میان دو گروه یاد شده است. در این کانسارها پدیده جانشینی فراوان است.

سنگ میزبان در بیشتر موارد رسوبی است ولی می تواند سنگ های آذرین یا دگرگونی نیز باشد. مواد اصلی کانسارهای مزوترمال مس، سرب و روی ، نقره و طلا هستند. کانه‌ها شامل اسفالریت، گالن و بسیاری کانه های دیگر است. (4 ، ص 25)

3-2-4-1 کانسارهای زینوترمال:

اگر توده ماگمایی بتواند به بخش های کم ژرفا و به نسبت سطحی نفوذ کند سیال های کانه دار با دمای بالا به مناطق کم فشار راه می یابند که این حالت از شرایط اصلی پیدایش این نوع کانسارها است. در چنین شرایطی، حرارت و فشار توده نفوذی با شتاب کاهش می یابد و کانه سازی در فاصله‌ای کوتاه و با پاراژنزی مبهم انجام می گیرد.

کانی هایی که در دمای بالا متبلور می شوند نخست شکل می گیرند ولی از آنجا که کاهش فشار و حرارت شتاب زده است کانی های وابسته به حرارت و فشار پایین نیز همزمان یا کمی بعد و به گونه ای در هم با کانی های حرارت بالا متبلور می شوند. کانسارهایی که دارای چنین مخلوط ناجوری هستند به نام کانسارهای زینوترمال نامیده می شوند و پیشوند زینو (xeno) در اینجا به معنی عجیب یا غیر عادی است.

در بیشتر این نوع کانسارها مناطق کانی سازی همپوشی پیدا می کنند و حالت تلسکوپی در آنها مشاهده می شود که این امر از صفات مشخص کانسارهای زینوترمال است. بیشتر این کانسارها با سنگهای آتش فشانی و توف های به نسبت جوان همراه اند. در این کانسارها بطور عمده پر شدن فضای خالی نسبت به جانشینی کانی ها برتری دارد. سنگ میزبان بطور معمول شکسته و خرد شده است و کانه ها بطور کلی دانه ریز هستند.

در جهان نمونه هایی از این کانسارها یافت می شود که از آن جمله می توان ناحیه ایکونو آکنوب در جنوب ژاپن را نام برد که از آن فلزات طلا، نقره، مس، سرب و روی، قلع، تنگستن و بیسموت بهره برداری می شود. انباشتگی این ناحیه در سنگ های پالئوزوئیک تا سنوزوئیک جای دارند و کانی سازی در فاز پسین فاز تکاپوهای آتش فشانی انجام گرفته است. بررسی های ژئومتری در این کانسارها نشان داده است که تغییرات درجه حرارت کانه سازی در این منطقه مرزی از 350 درجه تا 160 درجه سانتیگراد داشته است.

3-4-1 کانسار های استراتاباند:

این کانسارها دارای زیر مجموعه بزرگی هستند که بطور کلی آنها را میتوان در سه گروه دسته بندی کرد که این گروهها عبارتند از:

تیپ دره می سی سی پی

لایه ای

مسیوسولفاید

1-3-4-1 تیپ دره می سی سی پی

این کانسارها در حقیقت منابع اصلی سرب و روی دنیا هستند. گسترش آنها بیشتر در اروپا، شمال آمریکا و شمال آفریقا است. نمونه هایی از این کانسارها در دیگر نقاط جهان از آن جمله شمال استرالیا نیز دیده شده است. کانسارهای یاد شده در اروپا در

منطقه آلپ به نام کانسارهای آلپی و در آمریکا در نواحی میانه دره رودخانه می سی سی پی معروف به کانسارهای نوع دره می سی سی پی هستند. این کانسارها بیشتر در رسوب های پالئوزوئیک و مزوزوئیک اختصاص دارند. نوع سنگ میزبان اکثر آنها سنگ های آهکی است.

استانتون (1972) به همین جهت این کانسارها را زیر عنوان همراهی سنگ آهک سرب و روی مورد بررسی قرار داده است. سنگ در برگیرنده کانه ها اکثراً آهک منیزیم دار و دولومیت است. در برخی مناطق کانسار حالت لایه مانند دارد؛ غالباً سولفیدها به صورت رگه ای پر کردن فضاهای خالی را ایجاد کرده و یا بصورت بافت برشی دیده می شوند.

کانی های مشخص این کانسارها عبارتند از: گالن، اسفالریت، باریت و فلوریت به این ترتیب این کانسارها نشانه جدا شدن مقادیر قابل ملاحظه ای از عناصر سرب ، روی، باریم و فلوئور از بخشی از پوسته زمین و تمرکز آنها در بخش دیگر است. از مشخصات اسفالریت این کانسارها رنگ پریدگی و وجود مقدار جزئی آهن و منگنز در ترکیب آن است.