化学搬运与沉积作用

如题所述

溶解物质可以呈胶体溶液或真溶液被搬运,这与物质的溶解度有关。低溶解度的金属氧化物、氢氧化物和硫化物常呈胶体溶液被搬运。胶体溶液与悬浮液或真溶液相比较,具有胶体粒子因细小而受重力影响极微弱,扩散能力也很弱。表面带有电荷的胶体,可分为正胶体和负胶体两类,天然胶体普遍具有吸附现象等特点。

1.胶体溶液的搬运与沉积

低溶解度的金属氧化物、氢氧化物和硫化物常呈胶体溶液被搬运。胶体溶液的性质介于粗分散系(悬浮液)和离子分散系(真溶液)之间,胶体粒子直径介于1~100nm之间,在普通显微镜下不能识别。

当条件发生变化时,胶体溶液失去稳定性,胶粒就会凝聚成较大粒子,进一步凝聚成絮状物,因重力作用而下沉,称为凝聚(胶凝)作用或聚沉作用。促使胶体凝聚和沉积的因素主要有:

(1)带有相反电荷的两种胶体相遇,因电荷中和而发生凝聚,物理化学中称为“相互聚沉”。

(2)电解质作用。加入电解质后可使胶粒表面吸附的带相反电荷的离子中和,从而使扩散层的厚度变薄,即降低了胶粒的电动势,使得胶体失去稳定性而凝聚。由于海水中含有大量电解质,因此,当河流携带的胶体与海水相遇时,就可形成凝胶沉淀,导致三角洲和海岸沉积中常可见到大量黏土和氧化铁等胶体沉积物,有时可聚集成铁、铝、锰等特大型沉积矿床。

(3)蒸发作用促使胶体溶液浓度增大而引起胶体凝聚。一方面是因浓度增大造成胶粒碰撞机会增多,另一方面也增大了原先存在于胶体溶液中的电解质浓度。

(4)穿透能力较强的辐射线可使某些胶体凝聚,如带负电荷的β射线可使正胶体凝聚。其他如剧烈的振荡、大气放电、毛细管作用等也可促使胶体凝聚。

除上述促使胶体凝聚的主要因素外,还有其他影响因素,例如溶液的pH。

由胶体凝聚生成的沉积物和岩石具有如下特点:①未脱水硬化的凝胶呈胶状、糊状或冻状,固结成岩后常具贝壳状断口;②胶体沉积颗粒细小,孔隙度较大,因而有较强的吸收性;③由于胶体陈化脱水而常出现收缩裂隙,易敲击成尖棱角状碎块;④一般有微晶、放射状、鲕状、球粒状、扇状集合晶等结构;⑤胶体沉积可以呈巨厚层产出,也可呈透镜体、结核产出;⑥由于胶体有较强的离子交换和吸附能力,常吸附有不定量的水分、有机质,以及各种金属元素,其化学成分常不固定。

2.真溶液的搬运和沉积

溶解物质中的氯、硫、钙、钠、钾、镁等成分都呈离子状态存在于水中,即呈真溶液搬运,有时铁、锰、铝和硅也可呈真溶液搬运。

可溶物质的搬运(溶解)与沉淀主要取决于溶解度,在一定温度下,难溶电解质的饱和溶液中,离子浓度的乘积(相应方次)为一常数,称为难溶电解质的溶度积。当溶液中某物质的离子浓度乘积超过了该物质溶度积时,表明处于过饱和状态,该物质即可沉淀析出,反之则要溶解。

可溶物质的搬运(溶解)除了受主要因素——溶解度控制外,还受介质pH,Eh,温度,压力,CO2含量等因素的影响。

pH值对大部分溶解物质的沉淀有显著影响,但对易溶盐的影响不大。pH的影响因溶解物质而异,有些物质的溶解度随pH 增大而增加,如SiO2;但有些物质恰恰相反,如CaCO3。各种矿物悬浮液的pH见表2-4。

表2-4 各种矿物悬浮液的pH

(据姜在兴,2003)

Eh值对铁、锰等变价元素的溶解和沉淀影响很大,而对有些元素,如铝、硅等几乎毫无影响。铁、锰等元素在氧化条件下,呈高价的赤铁矿、软锰矿沉淀;在弱氧化-还原条件下,则形成海绿石、鲕绿泥石;在还原条件下,呈低价的菱铁矿、菱锰矿沉淀;在强还原条件下,则生成黄铁矿、硫锰矿。而且,低价的铁、锰矿物的溶解度比高价的要大数百倍以至数千倍,所以不易沉淀而有利于搬运;高价的铁、锰矿物就易于沉淀而难以呈溶液搬运。

温度对物质的溶解度随温度的增高而加大。温度对钙、镁硫酸盐,钾、钠碳酸盐、硫酸盐和氯化物等易溶物质影响较大。但总的来说,由于地表温度变化不大,对溶解度的影响最多增加几倍。温度还可改变反应方向,降低温度有利于化学平衡向放热方向移动,反之则相反。

溶液中的CO2含量对碳酸盐的沉淀和溶解有着很大影响。另外,某些元素可通过离子吸附作用而沉淀下来,这就使得溶液中浓度不高的元素,以及某些不易富集的极为稀散的元素得以沉淀,甚至富集达到工业品位。

3.化学沉积作用的常见构造

化学作用主要包括结晶、溶解、沉淀等作用,它们在沉积期和沉积后,在沉积物面上或沉积物中形成了特殊的沉积构造,将在后面部分进行详细论述,这里仅作原理分析。

化学结晶作用常形成结晶构造,包括晶体印痕和假晶、鸟眼构造、示底构造(表2-5)。压溶作用常形成压溶构造,包括缝合线、叠锥等(表2-5)。

化学成因的矿物沉淀、凝聚,或交代母岩,常形成增生与交代构造,包括结核、皮壳及葡萄状构造等(表2-5)。

表2-5 化学沉积与常见的构造

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