ژئوشیمی مس

[XMEHRDADX 7514]

مقدمه:

مس از واژه يوناني Chalkos و کلمه لاتين Cyprium اقتباس شده است زيرا بخش اعظم آن در Cyprus استخراج شده است . اين اصطلاح به صورت Cuprum ساده شده و به واژه انگليسي Copper تغيير نموده است.

مس يك عنصر فلزي با قابليت انعطاف (چكش خواري)، شكل پذير، به رنگ قهوهاي متمايل به قرمز، داراي جلاي فلزي ، وزن مخصوص آن kg/cm3819 ، وزن اتمي 54/63 ، دماي ذوب 2595 و دماي ذوب آن 1083 درجه سانتي گراد ، مقاوم در برابر خوردگي و ديا مغناطيس است. مس تنها فلزي است كه به صورت خالص به مقدار زياد در تودههاي بزرگ يافت ميشود و رساناي الكتريكي و حرارتي خوبي ميباشد.

مس يكي از فلزات غير آهني است كه بيشترين كاربرد را بعد از آلومينيوم در گروه فلزات غير آهني دارا است. خواص عالي نظير هدايت الكتريكي و حرارتي بالا، قابليت ماشين كاري و شكل پذيري خوب و ... مس را به يك فلز اساسي در صنعت امروزي جهان مبدل كرده است. از اوايل قرن هجدهم، همزمان با صنعتي شدن جهان و رشد تكنولوژي و صنعت مخصوصاً كشف الكتريسته و استفاده گسترده از انرژي الكتريكي، اهميت مس در جهان افزايش يافت.

مس از فلزات اصلي و بيست و چهارمين عنصر فراوان در پوسته زمين است و فراواني مس در پوسته زمين 01/0 % مي باشد. نماد اين عنصر Cu بوده و با عدد اتمي 29 مي باشد .

بيش از 90 % از مس دنيا در اروپاي غربي ( 40 % ) ، امريکاي شمالي ( 38 % ) و ژاپن ( 15 % ) گزارش داده شده است .

 

Shell Model

 

سیستم تبلور :کوبیک

 

 

 

 

جدول 1- برخي خواص فيزيكي ، شيميايي ، ژئوشيميايي و ... عنصر مس :

 

· Ionization Potential

First: 7.726

Second: 20.292

Third: 36.83

· Valance Electron Potential (-eV): 34

Physical Properties of Copper

· Atomic Mass Average: 63.546

· Boiling Point: 2840K 2567°C 4653°F

· Coefficient of lineal thermal expansion:

0.0000166cm/cm/°C (0°C)

· Conductivity

Electrical: 0.596 106/cm

Thermal: 4.01 W/cmK

· Density: 8.96g/cc @ 300K

· Description:

Reddish orange transition metal.

· Elastic Modulus:

Bulk: 140/GPa

Rigidity: 48/GPa

Youngs: 130/GPa

· Enthalpy of Atomization: 338.9 kJ/mole @ 25°C

· Enthalpy of Fusion: 13.01 kJ/mole

· Enthalpy of Vaporization: 304.6 kJ/mole

· Flammablity Class: Non-combustible solid (except as dust)

· Freezing Point: see melting point

· Hardness Scale

Brinell: 874 MN m-2

 

Mohs: 3

Vickers: 369 MN m-2

· Heat of Vaporization: 300.3kJ/mol

· Melting Point: 1357.6K 1084.6°C 1984.3°F

· Molar Volume: 7.11 cm3/mole

· Optical Reflectivity: 90%

· Specific Heat: 0.38J/gK

· Vapor Pressure = 0.0505Pa@1084.6°C

· Pysical State (at 20°C & 1atm): Solid

Regulatory / Health

· CAS Number

 

Atomic Number: 29

Group: 11

Period: 4

Series: Transition Metals

Copper's Name in Other Languages

· Latin: Cuprum

· Czech: M d´

· Croatian: Bakar

· French: Cuivre

· German: Kupfer - e

· Italian: Rame

· Norwegian: Kobber

· Portuguese: Cobre

· Russian:

· Spanish: Cobre

· Swedish: Koppar

Atomic Structure of Copper

· Atomic Radius: 1.57?

· Atomic Volume: 7.1cm3/mol

· Covalent Radius: 1.17?

· Cross Section: 3.8barns ±0.1

· Crystal Structure: Cubic face centered

· Electron Configuration:

1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s1

· Electrons per Energy Level: 2,8,18,1

· Ionic Radius: 0.73?

· Filling Orbital: 3d 10

· Number of Electrons (with no charge): 29

· Number of Neutrons (most common/stable nuclide): 35

· Number of Protons: 29

· Oxidation States: 2,1

· Valance Electrons: 3d 10 4s 1

Chemical Properties of Copper

· Electrochemical Equivalent: 1.1855g/amp-hr

· Electron Work Function: 4.65eV

· Electronegativity (Pauling): 1.9

· Heat of Fusion: 13.05kJ/mol

· Incompatiblities:

Oxidizers, alkalis, sodium azide, acetylene

[XMEHRDADX 7514]

1- ژئوشيمي مس :

مس يك عنصر فلزي با قابليت انعطاف (چكش خواري)، شكل پذير، به رنگ قهوهاي متمايل به قرمز، داراي جلاي فلزي ، وزن مخصوص آن kg/cm3819 ، وزن اتمي 54/63 ، دماي ذوب 2595 و دماي ذوب آن 1083 درجه سانتي گراد ، مقاوم در برابر خوردگي و ديا مغناطيس است. مس تنها فلزي است كه به صورت خالص به مقدار زياد در تودههاي بزرگ يافت ميشود و رساناي الكتريكي و حرارتي خوبي ميباشد.

كانسارهاي مس غني از سولفيد نظير مس پورفيري، ماسيوسولفيدهاي مس و رگه هاي مس گرمابي در صورتي كه در سطح زمين رخنمون داشته باشند، كانيهاي پيريت، كالكوپيريت و بورنيت اين كانسارها ضمن اكسيده شدن اكسيدهاي آهن در زون اكسيدان بر جاي مانده و زون غني از آهن را تشكيل مي دهند. در صورت بالا بودن آهن، به آن كلاهك آهني يا گوسان گفته مي شود كه در اكتشاف كانسارها راهنماي بسيار مناسبي است. چگونگي اكسيده شدن پيريت و كالكوپيريت بدين صورت است:

Fes 2 + 7/2 O2 + 3 H2 O ? FeO(OH) + 2H2 SO4 (aq) + H+ (aq)

CuFeS2 + 4O2 +2 H2 O ? FeO(OH)+ 2HSO-4 (aq ) + H+ (aq)

سولفيد به سولفات اكسيده مي شود و موجب كاهش PH آب مي گردد.

غلظت مس محلول در اّب در زون اكسيدان تابع PH است. هر قدر PH آب كمتر باشد به همان مقدار، غلظت مس در آب زيادتر خواهد بود. محدوده پايداري اكسيدها و سولفيدهاي مس در تصوير 1 ترسيم شده است.

نمایش محدوده پایداری ترکیبات مس در نمودار ph,eh

 

 

 

مس از زون اكسيدان توسط آب هاي فرورو حمل و در زير سطح آبهاي زير زميني به دليل كاهش در Eh به صورت مس خالص و سولفيد برجاي گذاشته مي شود . زون احيايي به دليل افزايش عيار اوليه به زون غني شده نيز معروف است.

كانيهاي مهمي كه در زون اكسيدان يافت مي شود عبارتند از :

· اكسيدهاي آهن و مقدار جزئي اكسيدهاي مس،

· در صورت وجود سنگ كربناته، كانيهاي مالاكيت و آزوريت در زون اكسيدان تشكيل خواهند گرديد .

· در صورت وجود آپاتيت، فيروزه در زون اكسيدان تشكيل مي گردد.

· در صورت بالا بودن غلظت سيليس در آب، سيليكات مس در زون اكسيدان تشكيل مي شود.

تعداد زيادي از آلياژهاي مس وجود دارند. برنج يك آلياژ مس- روي است و برنز يك آلياژ مس- قلع است.

حالات اكسيداسيون معمولي مس شامل:

حالت Cuprous Cu+1

حالت Cupric Cu+2

كربنات مس سبز است و ناشي از ظهور منحصر به فرد گنبدهاي پوششي مس در روي بيشتر ساختمانها است. اكسيدهاي Cu (مانند اكسيد Ba, Cu و y ايتريم) از بيشتر ابررساناهاي غير متعارف شكل ميگيرد.

2 ايزوتوپ پايدار مس Cu63 و Cu65 وجود دارد كه همراه با 12 راديو ايزوتوپ ميباشند.

اكثريت ايزوتوپهاي راديواكتيو نيمه عمري در حد چند دقيقه يا كمتر دارند و بيشترين طول عمر آن مربوط به Cu64 است كه نيمه عمر آن 7/12 ساعت است كه با دوروش فروپاشي به 2 محصول جداگانه سوق داده ميشود.

خواص فيزيكي:

بيشتر ويژگيهاي مس فلزي به درجه خلوص و منبع فلز بستگي دارد. تنوع خواص اين عنصر بدلايل زير است:

- عيار مس، بعبارت ديگر ميزان اكسيژن: فير سخت، مس دي اكسيد، مس عاري از اكسيژن

- ميزان ناخالصي هاي طبيعي (بعنوان مثال آرسنيك ) و يا باقيمانده مواد افزوده (بعنوان مثال فسفرها) كه در مرز دانه ها محلول جامد يا فازهاي مجزا تشكيل داده است.

- پيش تصفيه مكانيكي و گرمايي فلز كه منجر به حالتهايي مانند مس ريخته گري، مس لوله اي داغ ، مس سخت، مس قالب گيري (نرم) و مس تف جوش مي شود.

بدليل تفاوت در شبكه بلورين نيز ويژگيهاي مس تغيير مي كند. دو گروه از خواص قابل تشخيص هستند:

- ويژگيهايي كه وابستگي كمي به شبكه بلوري دارند، بعنوان مثال خواص گرمايي و ترموديناميكي، رفتارهاي مغناطيسي و خواص اتمي.

- ويژگيهايي كه وابستگي زيادي به شبكه بلوري دارند، بعنوان مثال رسانايي الكتريكي و دمايي، رفتار پلاستيك، پديده جنبشي و مقاومت در برابر خوردگي.

تنوع در خواص ممكن است به سبب عدم تكامل فيزيكي شبكه (نابجايي، خلاء شبكه اي و اتمهاي روزنه اي) و يا بدليل عدم تكامل شيميايي (محلول جامد جايگزيني) رخ مي دهد.

خواص اتمي و هسته اي:

عدد اتمي مس 29 و جرم اتمي آن 546/63 است. مس از دو ايزوتوپ طبيعي 63cu (94/68 درصد) و 65cu (06/31 درصد) تشكيل يافته است.

9 ايزوتوپ سنتزي ديگر نيز وجود دارند كه داراي جرمهاي اتمي بين 59 و 68 مي باشند و در بين آنها مس 67، بيشترين نيمه عمر را دارا مي باشد ( 5/58 ساعت).

ساختمان بلوري:

در فشارهاي متوسط، مس از دماهاي پايين شروع به تبلور كرده و تا رسيدن به نقطه ذوب، تبلور ادامه مي يابد. شبكه بلوري كوبيك (CCP) داراي عدد كورديناسيون 12 است.

چگالي تئوريك مس در 20 درجه سانتي گراد، بر اساس ثبات شبكه و جرم اتمي محاسبه شده، 93/8 گرم بر سانتي متر مكعب است. در استاندارد بين المللي كه در سال 1913 توسط IEC (كميسيون الكتروشيمي بين المللي ) چگالي مس 89/8 گرم بر سانتي متر مكعب فرض شده است. برخي مس را با درجه خلوص 999/99% و چگالي g/cm3 96/8 مي دانند

چگالي مس تجاري به تركيب آن و بخصوص ميزان اكسيژن آن، پيش تصفيه مكانيكي و گرمايي و به دماي آن بستگي دارد. چگالي مس كار شده سرد بالاتر از مس ريخته گري است، بدين دليل كه مس ريخته گري داراي منافذ و حفرات گازي است.

چگالي مس با دما رابطه تقريباً خطي دارد. البته اين رابطه در نقطه ذوب، غير پيوسته است. انقباض جامد شدگي 4 درصد است و حجم مخصوص آن در 20 درجه سانتي گراد cm3/g 112/0 مي باشد.

در دماي 20 درجه مس كار شده سرد و قالب ريزي شده داراي چگالي g/cm3 93/8 – 89/8، مس الكتروليتي و سخت ريخته گري g/cm3 70/8 – 30/8 و مس ريخته گري عاري از اكسيژن g/cm3 93/8 – 85/8 مي باشد.

[XMEHRDADX 7514]

خواص مكانيكي:

مس خالص يك فلز شديداً چكش خوار است. در قالب ريزي سختي و مقاومت بالا مي رود ، بطوريكه حالت نرم اوليه قابل دستيابي مي شود ( مس نرم ). فرايند كاركردن بر روي مس بر اساس رفتارهاي فوق الذكر استوار است. ناخالصيهايي كه محلول جامد نوع جايگزيني تشكيل مي دهند نيز سختي و مقاومت تنش را افزايش مي دهد.

مس خالص قابليت كار بالايي دارد و بدون شكستگي گرمايي، اما مقاومت دما بالا پايين است. ناخالصيهاي زيان بخشي كه مقاومت در دماهاي بالا را كاهش مي دهند عبارتند از سرب، بيسموت، انتيموان، سلنيوم، تلوريوم و گوگرد. تمركز اكسيدهاي اين عناصر در مرز دانه ها در حين گرم كردن منجر به embrittlement مي گردد. زماني كه قطعات آزاد احتياج باشد اين فرآيند مطلوب است. در دماهاي زير صفر، مس يك ماده مقاوم فاقد شكستگي در برابر سرما مي باشد.

تغييرات در ويژگيهاي مكانيكي تيپيك مانند مقاومت تنشي، طويل شدگي و سختي از تبلور مجدد ناشي مي شود. وابستگي دماي تبلور مجدد و اندازه دانه به دوام گرم كردن، ميزان تغيير شكل سرمايشي قبلي و درجه مس را مي توان از دياگرامها تشخيص داد. دماي تبلور مجدد براي مس با درجه خلوص بالا C ° 140 و براي مس معمولي C ° 300– 200 است. دماي تبلور مجدد پايين عموماً ، مزيت محسوب مي شود در حاليكه اگر فلز در حين استفاده گرم شود دماهاي بالاتري جهت دست يابي به مقاومت و سختي احتياج است.

خواص گرمايي:

مس پس از نقره داراي بيشترين رسانايي دمايي در ميان فلزات است.

خواص الكتريكي:

در عمل، مهمترين ويژگي مس رسانايي الكتريكي بالاي آن است. در ميان تمام فلزات تنها نقره از مس رساناتر است. رسانايي الكتريكي و دمايي شديداً به دما وابسته است.

استاندارد قديمي آمريكا، IACS (استاندارد مس تفت داده شده بين المللي) در 20 درجه سانتي گراد رسانايي را Ms/m 0/58 تعيين كرده است. اين استاندارد هنوز به طور گسترده در آمريكا بكار برده مي شود.

مقاومت الكتريكي (P ) مس Q.cm 108 × 7241/1 و مقاومت الكتريكي نادر تر بر اساس وزن ( چگالي g/cm3 89/8 مربوط به IEC ) برابر 1- w.gm 1533/0 مي باشد. ضريب دمايي اين عنصر( d1 – dp ) 1- Qmk 108×0068/0 و ( d1/ dp 1- p ) 1- k 00393/0 مي باشد. رسانايي تئوريك در دماي C ° 20 تقريباً MS/m 0/60 يا IACS % 4/103 مي باشد. مس عاري از اكسيژن داراي رسانايي IACS % 101 است.

خواص شيميايي:

در جدول تناوبي، مس در دوره چهارم و زير گروه IB ( به همراه نقره و طلا) واقع است و بنابراين داراي خواص فلزات انتقالي است. اين عنصر داراي حالت هاي اكسيداسيون 1+ تا 4+ است، تركيبات آن رنگي بوده و يونهاي پيچيده تشكيل مي دهد.

در دماهاي نسبتاً پايين، مس ? پايدارترين حالت مس مي باشد، در حاليكه در دماهاي بالاي 800 درجه سانتي گراد مس ?، كه داراي اهميت پيرو متالورژيك است، حالت اكسيداسيون 3+ و 4+ اخيراً در برخي تركيبات كورديناسيوني كشف شده است.

توزيع 29 الكترون مس بدين صورت است :1 1s2,2s2 2p6, 3s2 3p6 3d10, 4s.

از اين تركيب مس ? ) يون +cu با پوسته M كامل 18 الكترون ( شكل مي گيرد. مس ? ( يون +2 cu ) از شكل الكتروني [Ar]3 4s2 كه داراي سطح انرژي بيشتري است ، تشكيل مي شود.

ظرفيت مس و شعاع يون آن شبكه فضايي آلياژها و تركيبات را تعيين مي نمايد.

پتانسيل الكتروني مس در c ° 25 به پايداري نسبي سه گونه زير بستگي دارد:

اين ويژگيها يا مشخصات ترموديناميك در مقايسه با ساير عناصر، مس را شبيه يك فلز نسبتاً نجيب نموده است.

خواص ديگر:

مس داراي خاصيت پارا مغناطيس ضعيف است اما مس با درجه خلوص بالا داراي خاصيت ديا مغناطيسي وحساسيت جرمي 106 × 085/0 – دماي اتاق مي باشد و هدايت حرارتي و الکتريکي بالايي دارد . وابستگي اين خاصيت به دما كم است و مقاومت مس با افزايش دما بالا مي رود . اگر چه ميزان بسيار كمي از آهن مي تواند شديداً خاصيت مغناطيسي مس را متأثر نمايد. هر چه فركانس نور كمتر باشد، بازتاب مس بيشتر است. سطح تميز مس با درجه خلوص بالا به رنگ قرمز روشن مي باشد.

تنش سطحي مس مذاب N/cm 103 × 25/11 در دماي C ° 1150 بوده و ويسكوزيته ديناميك آن در دماي 1100 درجه سانتي گراد pa.s 103 × 5/3 است

[XMEHRDADX 7514]

رفتار در هوا:

در هواي خشك و در دماي اتاق مس به تدريج اكسيد شده و نوار نازك محافظي از اكسيد مس ? روي سطح آن تشكيل مي شود. در دماهاي بيشتر در حضور اكسيژن، مس در ابتدا به اكسيد مس ? به اكسيد مس ? تبديل مي شود كه هر دو سطح فلز را مي پوشانند.

در جو، پس از گذشت چند سال، سطح مس اكسيد شده و به مخلوطي از نمكهاي قليايي سبز رنگ، زنگار كه از سولفات قليايي و كربناتهاي قليايي تشكيل شده است، تبديل مي شود. ( در جو دريايي برخي كلريدهاي قليايي نيز تشكيل مي شوند ) لايه هاي پوششي فوق الذكر فلز مس را حفاظت مي كنند.

رفتار در مقابل مواد مختلف: بيشتر مواد در شرايط خشك بندرت با مس واكنش مي دهند و سرعت واكنش با افزايش رطوبت، بالا مي رود. مس گرايش بالايي نسبت به هالوژنهاي آزاد، گوگرد مذاب يا سولفيد هيدروژن دارد.

بنابراين، مس اساساً با اسيدهاي غير اكسيد كننده مانند اسيد سولفوريك رقيق، اسيد هيدروكلريك، اسيد فسفريك يا اسيد استيك و ساير اسيدهاي آلي واكنش نمي دهد.

انحلال مس با اكسيد اسيون و يا تشكيل يونهاي كمپلكس مس مقدور مي باشد. بدين ترتيب مس در اسيدهاي اكسيد كننده مانند اسيد نيتريك، اسيد سولفوريك گرم و غليظ و اسيد كروميك و يا در اسيدهاي غير اكسيد كننده حاوي عامل اكسيد كننده مانند پروكسيدهيدروژن با اكسيژن، محلول مي باشد. بعنوان مثال اسيد استيك در حضور اكسيژن اتمسفري با مس واكنش داده و verdigris ( زنگار ) كه يك رنگيزه سبز يا آبي سبز نام است تشكيل مي دهد. در آزمايشات هيدرومتالورژيك، تركيبات فلزي مانند سولفات آهن ?، كلريد آهن ? و كلريد مس ?، عوامل اكسيد كننده مناسبي مي باشند.

روش ديگر حل نمودن مس، تشكيل يونهاي كمپلكس است. بهترين عامل جهت اين هدف محلولهاي آمونياك، نمكهاي آمونياك و يا سيانيدهاي فلزات قليايي است. مس اساساً با محلولهاي هيدروكسيد فلزات قليايي واكنش نمي دهد.

آب شيرين، موجب خوردگي مس نمي شود و آب دريا تنها خوردگي كمي ايجاد مي كند، در حاليكه آب فاضلاب حاوي تركيبات گوگرد دار آلي مي تواند با مس واكنش دهد.

خوردگي:

M. J. N. Pourbaix دياگرامهاي پتانسيل تعادل PH را براي فلزات در محلولهاي آبكي رقيق توسعه داد. اين نمودارها، امكان پذيري واكنش هاي الكتروشيميايي را نشان مي دهند. سيستم CU- H2O سه گروه ويژگي متفاوت دارد :

خوردگي: كه مطابق با آن فلز مورد تهاجم واقع مي شود

ايمني: كه مطابق آن واكنش از جهت ترموديناميكي غير ممكن است

غير فعالي: كه مطابق آن دليلي براي فعاليت جنبشي وجود ندارد.

گازها و مس:

دانش دقيق در مورد رفتار مس جامد و مايع در مقابل گازها، جهت توليد و استفاده از اين فلز از اهميت ويژه اي برخوردار است. به استثناي هيدروژن، انحلال پذيري گازها در مس مذاب از قانون هندي تبعيت مي كند: انحلال پذيري متناسب با فشار جزيي.

اكسيژن بصورت اكسيد مس ? در مس مذاب تا حد 6/12% Cu2O انحلال مي يابد. اكسيد مس ? در مس جامد يك فاز جامد مجزا تشكيل مي دهد.

دي اكسيد گوگرد در مس مذاب حل شده و با آن واكنش مي دهد.

هيدروژن به ميزان قابل توجهي در مس مايع، قابل حل است و پس از انجماد باقي مانده هاي هيدروژن در فلز جامد حل مي شود، اگر چه مس، هيدريد تشكيل نمي دهد. انحلال پذيري از قانون سيورت تبعيت كرده و با جذر دوم فشار جزيي متناسب است، بدين دليل كه هنگام انحلال مولكولهاي H2 به اتمهاي هيدروژن تجزيه مي شوند. بدليل حجم اتمي شديداً كوچك، هيدروژن از انتشار پذيري بالايي برخوردار است. هيدروژني كه در مس حاوي اكسيژن حل شده، در دماهاي بالا با اكسيد مس ? واكنش داده و بخار آب تشكيل مي دهد.

بخار آب در مس محلول نيست، بنابراين يا از آن خارج مي شود و يا منافذ كوچكي تشكيل مي دهد.

نيتروژن، منواكسيد كربن در مس جامد يا مايع غير قابل حل مي باشد. هيدرو كربن ها، عمدتاً با مس واكنش نمي دهند. واكنش استيلن با مس يك استثناء است كه در دماي اتاق صورت گرفته و در طي آن استيليد مس قابل انفجار تشكيل مي شود، از اين رو نبايد به همراه سيلندرهاي استيلن گازي از ابزارهاي مسي استفاده نمود.

[XMEHRDADX 7514]

2- تاريخچه مس :

نخستين فلزي كه توسط انسان نوسنگي شناخته شد، طلا و مس بود و پس از آنها نقره و آهن شهاب سنگي كشف گرديد. قديمي ترين ابزارهاي مس كه تقريباً 9 هزاره قدمت داشته اند در konga در آناتولي جنوبي (تركيه) كشف گرديده اند.

مس به عنوان قديمي ترين تمدنها از شواهد شناخته شده است و تاريخ استفاده به حداقل 10000 سال پيش بر ميگردد. (يك آويزه مسي در شماليترين بخش عراق متعلق به BC8700 ( قبل از ميلاد ) يافت شده است ).

در ايران مس با قدمت 6 هزاره كشف شده است و منجر به توسعه دانش در مورد ويژگيهاي متالورژيك مس شد:

- مس طبيعي با چكش كاري، سخت شده و با كمي حرارت نرم مي گردد (قاب كاري) .

- گرم كردن تا دماهاي بيشتر مس با زغال چوب ، توليد مس مذاب مي نمايد و قالب گيري آنرا در شكل سنگ، رس و فلزات بعدي ميسر مي سازد .

- عمل آوري كانه هاي سولفيد مس (كالكوپيريت) اگر چه منجر به توليد مس فلزي نمي شود ، اما مس مات (يك محصول حدواسط سولفيدي) توليد مي نمايد. تا قبل از BC 2000، انسان قادر نبود با تصفيه و ذوب پيوسته، مس مات را به مس فلزي تبديل كند.

در دوران اوليه، برنز (آلياژ مس – قلع) از كانه هاي مركب بدست آمده و از 2800 قبل از ميلاد دوران برنز آغاز شد. در ابتدا كانه هاي مس به همراه كانه هاي قلع ذوب مي شدند، اما بعدها برنز از مس و قلع فلزي توليد شد. برنج (آلياژ مس – روي) در 1000 سال قبل از ميلاد در يونان شناخته شد اما استفاده اوليه آن به طور گسترده توسط روميها بود .

در دوران امپراطوري روم، بيشتر كانه هاي مس از اسپانيا ( معدن ريوتينتو) و قبرس بدست مي آمد. با سقوط امپراطوري روم، معدنكاري در اروپا دچار ركود مجازي شد. در آلمان (ساكسوني) تا 920 ميلادي فعاليت هاي معدني شناخته نشده است. در طول قرون وسطي، معدنكاري و استحصال فلزات از آلمان به تمام اروپا گسترش يافت.

در اواسط قرن 16 دانش فلزات در كتابي به نام De Re Metallica (1556) توسط جورجيوس اگريكولا به رشته تحرير درآمد.

در BC 5000 آثاري از ذوب و استحصال مس ازاكسيدهاي ساده مسي (مانند مالاكيت و آزوريت) ديده شده است و اين درحالي است كه جديدترين آثارمربوط به استفاده ازطلادر BC 4000 ظاهر شده است.

اشياء دست ساز مس و برنز در شهرهاي Sumerian متعلق به BC 3000 وجود دارد و اشياء دست ساز مصري از مس و آلياژ مس با قلع جزء اشياء قديمي هستند به عنوان مثال در يك هرم،سيستم لولههاي مسي درBC 5000 يافت شده است.

مصريها دريافتهاند كه اضافه نمودن مقدار كمي قلع به مس، فلزي را به عنوان قالب ميسازد كه مانند آلياژهاي برنز در مصر يافت ميشوند.

استفاده از مس در چين مربوط به BC 2000 است. برنزهاي واقعي متعلق به BC 1200 در چين ساخته شده است

تا سالها قبل از ميلاد مسيح، بوميان آمريكاي شمالي با كار بر روي مس طبيعي، ابزارهايي ساخته بودنددر حالي که مهارت ذوب و ريخته گري در نزد آنان ناشناخته بود. از سوي ديگر، مهارت ريخته گري مس در 500 ميلادي توسط مردم پرو شناخته شده بود و در قرن 15 ميلادي اينكاها به روش استحصال مس از كانه هاي سولفيدي دست يافتند.

مس در افسانههاو علم كيميا وابسته به الهه ونوس (الهه عشق و زيبايي) بوده و داراي جلاي زيباي فلزي بوده است .

قديميترين مورد استفاده مس در توليد آئينهها بوده و وابستگي آن به Cyprus به عنوان الهه مقدس و محترم بود. در كيمياگري، نماد مس، مظهر سياره ونوس بود.

در سال 1500 ميلادي آلمان در توليد مس مقام نخست را داشت و خانواده Fugger ، تجارت جهاني مس را در دست داشتند. از سال 1800 انگلستان در فرآوري كانه ها به مقام نخست دست يافت. در 1850 شيلي مهمترين توليد كننده كانسنگ مس شد و تا انتهاي قرن 20، آمريكا رهبري معدنكاري و توليد جهاني مس تصفيه شده را به دست گرفت.

توسعه فني در صنعت مس در 120 سال اخير رشد چشمگيري داشته است. كوره انفجاري بر اساس قديمي ترين اصول توليد مس، بطور پيوسته به سمت كارخانجات مؤثرتر توسعه يافت. با اين وجود پس از جنگ جهاني اول، كوره انعكاسي، كه براي نخستين بار در ايالات متحده ساخته شد، جايگزين كوره انفجاري شد.

از پايان جنگ جهاني دوم، اين كوره نيز بتدريج با كوره هاي ذوب Flash كه در فنلاند كشف شد، جايگزين گرديد و اخيراً چندين روش پيشرفته تر بخصوص در كانادا و ژاپن با فرايندهاي قديمي تر در حال رقابت مي باشند. نقطه عطف پيشرفت در توليد فلز خام، كاربرد مفهوم تبديل كننده Bessemer در متالورژي مس توسط Manhes & David (1880) بود. اين اصل، هنوز گسترده ترين روش كاربردي جهت تبديل مس مي باشد. با گذشت زمان نياز به مس خالص افزايش يافت. كشف و توسعه الكتروليزها توسط J. B. Elkington انگليسي در 1865 و E. Wohlwill آلماني در 1876 تصفيه مس با درجه خلوص بالا را ميسر ساخت.

 

[XMEHRDADX 7514]

3- كاني هاي مهم مس :

بيشتر از 200 كاني، حاوي مس مي باشند، ولي از اين ميان تنها 20كاني بعنوان كانه مس يا سنگهاي نيمه قيمتي ( فيروزه و مالاكيت ) داراي اهميت مي باشند. مس يك عنصر كالكوفيل تيپيك است و از اين رو، كاني هاي سولفيدي و بيشتر كالكوپيريت ، بورنيت، كالكوسيت كه اغلب همراه پيريت، گالن يا اسفالريت مي باشند را تشكيل مي دهد.

كانيهاي ثانويه در كان تنهاي (Ore body) سولفيدي، نزديك سطح زمين، در دو منطقه تشكيل مي شوند. در زون اكسيدي، آب حاوي اكسيژن، اكسيدهاي مس، نيمه نمكها ( نيمه كربناتها و نيمه سولفاتها ) و سيليكاتها را تشكيل مي دهد. در منطقه سمنتاسيون عميق تر، محلولهاي حاوي مس بدست آمده از اين نمكها به سولفيدهاي ثانويه مس ( كالكوسيت و كووليت ) منتقل نمود.

ساير عناصر فلزي كه در كانه هاي مس وجود دارند عبارتند از: آهن، سرب، روي، آنتيموان و آرسنيك، و فلزات نادر شامل: سلنيوم، تلوريوم، بيسموت، نقره و طلا مي باشد. برخي اوقات در كانه هاي مركب، تغليظ رخ مي دهد. بعنوان مثال، كانه هاي بدست آمده از سادبوري در انتاريوي كانادا داراي نيكل و مس مساوي و مقدار قابل توجهي فلزات گروه پلاتين مي باشند. كانه هاي مس زئير و زامبيا، منبع خوبي جهت كبالت هستند. بسياري از كانسارهاي پورفيري آمريكا حاوي موليبدن و تنها منبع رنيوم مي باشند.

هيدرو اكسيدها : مالاكيت ، آزوريت ، بورنيت .

سولفيدها : كالكوپيريت CuFeS2 ، كووليت CuS ، كالكوسيت Cu2S .

اكسيدها : تنوريت CuO ، كوپريت Cu2O.

کلريد : اتاکاميت CuCl2 .

سيليکات : بروشانتيت CuSO4 .

· تنوريت Tenorite

تنوريت با فرمول CuO نشان داده مي شود و حاوي 89/89 % مس مي باشد .

· كوپريت Cuprite

کوپريت از کلمه لاتين کوپروم Cuprom به معني مس گرفته شده است و با فرمول Cu2O نمايش داده مي شود . نام ديگر کوپريت ، مس سرخ اکسيده است .

ترکيب شيميايي اين کاني حاوي 8/88% مس است و داراي ناخالصي هايي از Fe2O3 , SO2 , H2O مي باشد . اين کاني در سيستم کوبيک متبلور مي شود و به رنگ سرخ تا خاکستري سربي است .

اين کاني داراي جلاي الماسي يا نيمه فلزي ، سختي 4- 5/3 ، شکننده و با چگالي 15/6 – 85/5 مي باشد . کوپريت به وسيله فوتک روي زغال ، ابتدا سياه مي شود و سپس مي گدازد و گويچه اي از مس در شعله احيا کننده را تشکيل مي دهد . اين کاني به آساني در اسيد HNO3 حل مي شود و رنگ محلول را سبز مي کند .

اگر به اين محلول آمونياک زياد بيافزائيم ، به رنگ کبود در مي آيد .

کوپريت در جريان فرآيند هاي اکسايش کاني هاي کالکوسيت ، در منطقه سمانتاسيون ( در زير سطح آب هاي زير زميني ) تشکيل مي شود .

Cu2S + 2O2 + H2O ? Cu2O + H2SO4

کوپريت همراه با مس طبيعي در برخي از سنگ هاي رسوبي که حاوي بقاياي گياهي هستند ، ديده مي شوند.

کوپريت در اين حالت بر اثر احياي سولفات مس ، به وسيله ماده آلي ، در حضور مقدار اندکي اکسيژن به وجود مي آيند .

Cu2SO4 + C + O ? Cu2O + CO2 + SO2

· كووليت & Covelline Covellite :

کووليت با فرمول CuS نمايش داده مي شود و در سيستم تري گونال متبلور مي شود و به صورت بلورهاي هگزاگونال و زرد - قهوه اي رنگ ديده مي شود و گوگرد درآن به عنوان محصول فرعي است .

اين کاني به رنگ آبي روشن تا تيره است و داراي سختي 2- 5/1 ، شکننده ، چگالي 68/4 و در ترکيب شيميايي اين کاني 5/66% مس وجود دارد.

· کالکو پيريت Chalcopyrite

کالکوپيريت با فرمول CuFeS2 نمايش داده مي شود به صورت بلور تتراگونال عموماً زرد رنگ ديده مي شود و گوگرد درآن به عنوان محصول فرعي مي باشد .

کالکوپيريت کاني اوليه کانسنگ مس است که در حضور اکسيژن و آب ناپايدار است و در محيط هاي پوسته اي کم عمق جايي که اکسيد مي شود ، ناپايدار است . اين کاني در سيستم تتراگونال متبلور مي شود و در ترکيب شيميايي اين کاني 7/34% مس وجود دارد .

کالکوپيريت به رنگ زرد برنجي است و داراي سختي 4- 5/3 ، جلاي فلزي ، تيره و با چگالي 40/4 – 35/4 مي باشد .کربنات هاي مس از کنتاکت سنگ ميزبان غني از سيليس با سنگ آهک يا سيليکات و اکسيدها به وجود مي آيند .

· مالاکيت ( Malachite) :

مالاکيت با فرمول Cu2CO3 (OH)2 در سيستم مونوکلينيک متبلور مي شود و در ترکيب شيميايي آن 5/57% مس وجود دارد .اين کاني به رنگ سبز روشن تا تيره يا سبز متمايل به سياه است و داراي سختي 4- 5/3 ، نيمه شفاف تا اپک و با چگالي 05/4 – 4 مي باشد .

· آزوريت (Azurite) :

آزوريت با فرمول Cu3 (CO3)2 (OH)2 نشان داده مي شود و در سيستم مونوکلينيک متبلور مي شود و به رنگ آبي روشن تا تيره ، نيمه شفاف تا اپک است و داراي سختي 4- 5/3 ، شکننده و با چگالي 78/3 مي باشد.

· بورنيت (Bornite) :

بورنيت با فرمول Cu5FeS4 است که بورنيت با فرمول Cu5FeS4 نشان داده مي شود و به صورت بلورهاي مكعبي و به رنگ قرمز روشن (در سطح صاف) ديده مي شود و گوگرد درآن به عنوان محصول فرعي مي باشد .

در ترکيب شيميايي بورنيت 55-63% مس وجود دارد .

· انارژيت :

انارژيت با فرمول Cu3AsS4 است که در ترکيب شيميايي آن 4/48 % مس وجود دارد .

· كالكوسيت Chalcocite :

کالکوسيت با فرمول Cu2S در سيستم مونوکلينيک متبلور مي شود و به صورت بلورهاي اورتورومبيك و آبي رنگ ديده مي شود و گوگرد درآن به عنوان محصول فرعي مي باشد .

در ترکيب شيميايي اين کاني 9/79% مس وجود دارد . اين کاني به رنگ خاکستري متمايل به سياه تا سياه است و داراي سختي 3- 5/2 ، جلاي فلزي ، تيره ، چگالي 8/5 – 5/5 مي باشد .

[XMEHRDADX 7514]

- ژنز مس :

4-1- كانسارهاي مس پورفيري

4-2- كانسارهاي اسكارن مسدار

4-3- كانسارهاي ماسيوسولفيدي مس

4-4- كانسارهاي مس رسوبي استراتي باند

4-5- كانسارهاي مس رگه اي

در تصوير زیرعيار و ميزان ذخيره كانسارهاي مهم مس نشان داده شده است.

 

 

عیار و میزان ذخیره کانسارهای مهم مس

[XMEHRDADX 7514]

در اینجا فقط به شرح کانسار مس پورفیری اکتفا میکنیم:

 

4-1- كانسارهاي مس پورفيري:

اولين كانساري كه با عيار كم و به صورت روباز مورد بهرهبرداري قرارگرفت، كانسار مس پورفيري بينگام (ايالت يوتا امريكا) در سال 1905 بود. تا دهه 1960، به دليل اين كه كانسارهاي مس پورفيري كشف شده در محدوده جغرافيايي امريكاي شمالي وجنوبي واقع ميشوند، زمين شناسان معتقد بودند كه اين ذخاير در ارتباط بامحدوده حرارتي لاراميد (كرتاسه فوقاني- اوايل ترشياري) هستند. تااين زمان هنوز اصطلاح پورفيري براي اين ذخاير به كارگرفته نشده بود و هيچ گونه كانساري از اين نوع درساير نقاط دنيا كشف نشده و يا مورد بهرهبرداري قرار نميگرفت.

كانسارهاي مس پورفيري به كانسارهايي با توناژ بالا، عيار پائين، غير همزاد و درون زاد اطلاق ميشود و از طريق روشهاي معدن كاري بزرگ مقياس قابل بهرهبرداري ميباشند. اين كانسارها به علت پائين بودن نسبي مخارج جداسازي از سال 1905 مورد توجه قرار گرفتهاند.

اكتشاف ذخاير مس پورفيري مدل مونزونيتي در دهه 1950 در استراليا و بخشي از آسيا شروع شد. در سال 1961 كانسار مون مرا كشف گرديد. پس از آن مناطقي از فيليپين و گينه جديد مورد بررسي و اكتشاف قرار گرفت. در سال1964، كانساربزرگ پنگانا كشف گرديد.

كانسار پنگانا (Mo-Au) اولين مس پورفيري كشف شده در جنوب شرقي است. بهرهبرداري از اين كانسار در سال 1972 شروع شد.

در كانادا، اكتشاف براي مس پورفيري در دهه 1950 شروع شد (به خصوص در بريتيش كلمبيا)، كانسارهاي هايلند والي، برندآ و ايلند كوپر از آن جمله است.

در ايران اكتشاف براي مس پورفيري در سال 1961 شروع و كانسار سرچشمه كشف گرديد (معدن كاري قديمي در اين منطقه از ادوار گذشته موجود بوده است).

كاني سازي مرتبط با كمربند ولكانيكي- پلوتونيكي پالئوتتيس(اواخر پالئوزوئيك) در غالب نقاط اين كمربند كشف شده است. كانسارهاي مس- طلاي قزاقستان و ازبكستان از اين جمله هستند. كانسارهاي مس پورفيري به شكل بيضوي ناقص است كه توسعه آن در سطح بيشتر از عمق است. عيار اين كانسارها كم (5/0 تا 1% براي مس و

 

چند صدم تا چند دهم 5 براي Mo) ذكر ميشود و حضور عناصر با ارزش چون طلا، نقره و فلزات پايه بعنوان محصول فرعي ميتواند ارزش اقتصادي كانسار را بالا ببرد.

كانسارهاي مس پورفيري همراه سنگهاي مونزونيتي، ديوريتي و گرانوديوريتي كالك آلكالن كشف ميشوند. اصطلاح پورفيري از بافت پورفيري سنگهاي همراه، بافت استوك و رك و پراكنده ذخيره و ابعاد زياد ذخيره (100 ميليون تن) گرفته شده است. كانسارهاي مس پورفيري در كمربندهاي تكتونيكي زون فرورانش حاشيه قارهها و جزاير قوسي كشف شدهاند. اكثر ذخاير كشف شده متعلق به دوران دوم و سوم بوده است كه در كمربندهاي تكتونيكي حاشيه اقيانوس آرام واقع شدهاند.

از جمله اين ذخاير ميتوان كانسارهاي شيلي، پرو، مكزيك، آمريكا، كانادا ، فيليپين، زلاندنو و گينه جديد را نام برد. كانسارهاي مس پورفيري دوران اول محدود به كوههاي آپالاچي امريكا و كمربند كوهزايي دوران اول روسيه و استراليا ميشود. ذخاير مس پورفيري متعلق به پركامبرين به طور محدود گزارش شدهاند.

مشخصات عمومي كانسارهاي پورفيري عبارتند از:

 

· عيار كم:

(5/0 تا1% براي مس و چند صدم تا چند دهم % براي موليبدن) و حضور عناصربا ارزشي چون طلا، نقره و فلزات پايه به عنوان محصول فرعي ميتواند ارزش اقتصادي كانسار را بالا ببرد.

عيار مس در اين كانسارها گاهي به طور ميانگين 5% و ذخيره كانسار بين 95 تا 3000 تن ميباشد.

 

· وسعت:

اين كانسارها داراي حجم وسيع و ذخيرهاي متجاوز از 100 ميليون تن ميباشند.

 

· شكل:

معمولاً اين كانسارها به شكل بيضوي ناقص يا باتوليت است كه توسعه آن در سطح بيشتر از عمق است. به طور كلي به اشكال چتري ، عدسي محدب، صفحهاي و استوانهاي مشاهده ميشوند. شكل توده معدني تحت تأثير شكل توده نفوذي و شكستگيها و زونهاي خرد شده ميباشد.

· مناطق سطحي در اين كانسار غالباً تحت تأثير فرسايش ميباشند. بخشهايي كه تحت Leaching قرار ميگيرد در نزديكي سطح زمين قرار دارند و تحت تأثير عوامل مختلف قرار ميگيرند و مواد معدني از آن به بخشهاي پائينتري منتقل ميشوند.

· بخش هيپوژن(كانهزايي اوليه) بخشي از كانسار است كه تحت فرسايش قرار نميگيرد.

· بخش غنيشدگي سوپرژن بخشي از كانسار است كه در آن غني شدگي مواد معدني به دليل Leaching ماده معدني از بخشهاي بالايي توسط عوامل گوناگون از جمله آبهاي سطحي صورت ميگيرد.

سنگهاي در برگيرنده توده نفوذي در اين كانسار ممكن است رسوبي،آذرين و دگرگوني بوده و به ادوار مختلف زمين شناسي تعلق داشته باشد. از ويژگيهاي ديگر اين كانسارها: درجه حرارت بالا، شوري بالا و شواهد جوشش ميباشد.

 

· بافت:

- بافت پورفيري: حضور بلورهاي درشت در يك متن ريز بلور از يك سنگ آذرين است كه نشان دهنده دو مرحله سرد شدن متفاوت درماگماست.بافت ذخيره غالباً پراكنده و يا به شكل رگچههاي كوچك ديده ميشود.

 

· ذخيره :

ذخيره اين كانسار معمولاً در بخش فوقاني (سقف توده نفوذي) تشكيل ميشود و دامنه آن تا سنگهاي در برگيرنده توده نفوذي كشيده ميشود.

كانسارهاي مس پورفيري را بر اساس موقعيت تكتونيكي و سنگهاي همراه آن به دو گروه تقسيم ميكنند:

4-1-1- كانسارهاي مس پورفيري نوع مونزونيتي

4-1-2- كانسارهاي مس پورفيري نوع ديوريتي

 

4-1-1- كانسارهاي مس پورفيري نوع مونزونيتي :

كانسارهاي مس پورفيري نوع مونزونيتي همراه با سنگهاي مونزونيتي و گرانوديوريتي پورفيري كالك آلكالن واقع در كمربندهاي تكتونيكي زون فرورانش حاشيه قارهها كشف شدهاند. تودههاي نفوذي نيمه عميق اكثراً تشكيل استوك و گاهي دايك و به ندرت تشكيل باتوليت ميدهند. غالباً چند استوك در يكديگر نفوذ مينمايند.

ماگماي كالك آلكالن كه از ذوب بخشي پوسته اقيانوسي زون فرورانش به وجود ميآيد، ضمن بالا آمدن به دليل آغشتگي با سنگهاي مسير، تغييراتي در تركيب شيميايي آن رخ ميدهد. به همين دليل مقدار سيليس، عناصر آلكالي و موليبدن كانسارهاي مس پورفيري واقع در حاشيه قارهها بيش از جزاير قوسي است و به عكس، مقدار طلاي كانسارهاي جزاير قوسي بيشتر ميباشد. بررسيهاي به عمل آمده در خصوص كانسارهاي مس پورفيري نشان ميدهد(تصوير زیر ).

 

 

 

 

ذخاير مس پورفيري با عيار طلاي بالا نزديك به زون فرورانش و در مناطق با ضخامت كم پوسته قارهاي تشكيل شدهاند،در حالي كه ذخاير باموليبدن بالا در بخشهاي با ضخامت پوسته قارهاي بيشتر شكل گرفتهاند .

از جمله اين ذخاير كانسار مس سرچشمه در رفسنجان ميباشد. اين كانسارها به شكل انتشاري، رگچهاي بوده و كانيهاي اقتصادي مهم آن: كالكوپيريت، بورنيت، موليبدينيت با عيار معدن كاري %2- 3/0 ميباشد.

بر اساس مطالعات ايزوتوپهاي روبيديم و استرانسيوم، ماگماي اوليه كانسارهاي مس پورفيري حاشيه قارهها تحت تأثير آغشتگي پوسته قارهاي قرار گرفته و ميزان ايزوتوپ استرانسيوم اوليه آنها از كانسارهاي پورفيري زون فرورانش جزاير قوسي بيشتر است.

 

زونهاي آلتراسيون:

ماگماي كالك آلكالن ضمن بالا آمدن، در دماي خاصي شروع به تبلور ميكند و همزمان با آن تفريق ماگمايي شروع ميشود. محلولهاي ماگمايي غني از كاتيونهاي سديم، پتاسيم و كمپلكسهاي كلرور مس، سرب و روي در بخش فوقاني سيستم متمركز ميشوند. محلولهاي ماگمايي موجب تغييرات شيميايي و كاني شناختي در سنگهاي منطقه ميشود كه به آن آلتراسيون گويند. حرارت تودههاي نفوذي موجب به چرخش درآمدن آبهاي زير زميني ميشود كه خود باعث آلتره شدن سنگهاي منطقه ميگردد. زونهاي آلتراسيون كه در مركز سيستم واقعند نتيجه تأثير آبهاي ماگمايي بود، حال آن كه زونهاي خارجي تحت تأثير آبهاي زير زميني به وجود ميآيند. بنابراين با دور شدن از مركز سيستم به دليل تداخل آبهاي زير زميني ميزان درصد آبهاي ماگمايي كاهش مييابد.

گسترش و شدت زونهاي آلتراسيون به حجم محلولهاي ماگمايي، ساختمانهاي اوليه و ثانويه و تركيب شيميايي سنگهاي منطقه بستگي دارد. چهار زون آلتراسيون پتاسيك، پيروپيليتيك، آرژيليك و سرسيت در سيستمهاي مونزونيتي يافت ميشوند.

 

زون پتاسيك:

اين زون در بخش فوقاني تودههاي نفوذي و سنگهاي مجاور تودهها قرار دارد . مطالعه ايزوتوپهاي پايدار نشان مي دهدكه اين زون تحت تأثير آبهاي ماگمايي غني از كاتيونهاي K+ و Na+ و كمپلكسهاي كلرور مس، سرب و روي به وجود آمده است. كمپلكسهاي كلر نقش مهم و اساسي در انتقال و تمركز مس، سرب و روي و مواد ديگر در محلول ماگمايي به عهده دارند. انكلوزيونهاي سيال زون پتاسيك غني از كلرور سديم و پتاسيم است كه اين موضوع را تأييد مينمايد.

[XMEHRDADX 7514]

مطالعه انكلوزيونهاي سيال زون پتاسيك نشان داده است كه دماي محلول ماگمايي بين 450 تا 650 درجه سانتيگراد ميباشد. كانيهاي معرف زون پتاسيك عبارتند از: پتاسيم فلدسپات و بيوتيتهاي ثانويه كه به صورت جانشيني، رگچهاي و پراكنده يافت ميشوند. ضمناً مقداري جزئي سرسيت، كلريت و اپيدوت در اين زون يافت ميشود. زون پتاسيك را گاهي به دو زون پتاسيك و بيوتيت تقسيم مينمايند. درصد بيوتيت ثانويه در بخش خارجي زون پتاسيك افزايش مييابد،آمفيبول به بيوتيت و مگنتيت آلتره ميشود، پلاژيوكلازها از حاشيه به آلكالي فلدسپات آلتره ميشوند و در بعضي از كانسارهاي مس پورفيري وجود انيدريت گزارش شده است. وجود انيدريت، دليل بالا بودن فشار اكسيژن در محلول ماگمايي است. در بعضي از سيستمهاي مس پورفيري،مقدار سديم اضافه شده بيشتر از پتاسيم است، لذادراين موارد به جاي اصطلاح پتاسيك ازواژه آلكالي متازوماتيزم استفاده ميشود. زون پتاسيك به دليل اين كه بخشي از ذخيره مس در آن قراردارد، حائز اهميت است. رگچههاي مهمي كه در اين زون يافت ميشوند عبارتند از:

كوارتز+ فلدسپات پتاسيم ± پيريت ± كالكوپيريت

بيوتيت، مگنتيت ± كوارتز

كوارتز ± پيريت، پيريت ± كالكوپيريت

پتاسيم فلدسپات ± كالكوپيريت

زون سرسيت- كوارتز- پيريت:

اين زون در بالاي زون پتاسيك قرار دارد(شكل 9-7) و گاهي زون فيليك نيز ناميده ميشود. كانيهاي معرف عبارتند از: سرسيت، پيريت، كوارتز و مقدار جزئي كلريت و كائولينيت. مطالعه ايزوتوپهاي پايدار نشان ميدهد كه قسمت داخلي اين زون تحت تأثير آبهاي ماگمايي و زيرزميني تشكيل ميشود در حالي كه بخش خارجي آن عمدتاً تحت تأثير آبهاي زير زميني تشكيل گرديده است. مطالعه انكلوزيونهاي سيال نشان داده است كه دماي محلولها 300 تا 400 درجه سانتي گراد است. محلول غني از سولفيد كه داراي خاصيت اسيدي است موجب هيدروليز سيليكاتها ميشود. به دليل پايين بودن مقدار سولفيد در نوع ديوريتي، زون سرسيت در اين كانسارها تشكيل نشده است.

هيدروليز از سيليكاتهاي فرومنيزيمدار شروع ميشود و در مرحله نهايي پتاسيم فلدسپات آلتره ميگردد. كانيهايي كه ابتدا آلتره ميشوند درصد آلتراسيون آنها زيادتر است و در صورت آلتره شدن پتاسيم فلدسپات، كانيهايي كه ابتدا آلتره شدهاند به جاي سرسيت، كائولينيت در آنها يافت خواهد شد. رگچههاي مهم اين زون عبارتند از:

كوارتز± پيريت، كوارتز و پيريت ± كالكوپيريت

ضمناً بايد دانست بخشي از ذخيره در زون سرسيت قرار دارد.

زون آرژيليك:

زون آرژيليك در بالاي زون سرسيت واقع ميشود(شكل 9-7). آبهاي زيرزميني كه تحت تأثير حرارت تودههاي نفوذي گرم شدهاند به چرخش در ميآيند. اين آبها سولفيدهاي اوليه به خصوص پيريت را در خود حل ميكنند و خاصيت اسيدي آنها افزايش مييابد و موجب هيدروليزشديد سيليكاتها ميگردند. كانيهاي معرف اين زون عبارتند از: كائولينيت، مونت موريونيت، كربنات، سرسيت، پيريت، گاهي آلونيت نيز گزارش شده است. در اين زون، ذخيره معدني تشكيل نميشود و فقط در مراحل اكتشاف راهنماي بسيار مناسبي است. در صورت پايين بودن سولفيد و اكسيدهاي آهن، اين زون براي وجود كائولن حائز اهميت است.

زون پيروپيليتيك:

اين زون از خارج ، زونهاي ياد شده را در بر ميگيرد. بدين صورت كه از بالا به زون سرسيت- پيريت و از پايين به زون پتاسيك ختم ميشود . اين زون گسترش نسبتاً زيادي دارد و در كانسارهاي بزرگ تا فاصله 5 كيلومتري ذخيره، آثار آن يافت ميشود.

محلولهاي ماگمايي و سطحي غني از منيزيم، آهن، كلسيم و بيكربنات در سنگهاي منطقه موجب تغييرات شيميايي و كاني شناختي شده است كه در نتيجه كانيهايي از جمله اپيدوت، كلريت،كربنات، زئوليت، آلبيت و مونت موريونيت تشكيل ميشوند. زون بندي كاني شناختي در اين زون ديده ميشود كه خود راهنماي مناسبي براي مراحل اكتشاف ميباشد. در نزديكي زون پتاسيك يا به طرف مركز سيستم، مقدار اپيدوت و كلريت زياد است؛ در صورتي كه به طرف خارج آن از مقدار اپيدوت كاسته ميشود و جاي آن را كانيهاي آلبيت، كلسيت و مونت موريونيت ميگيرند. در سيستمهاي نوع مونزونيتي كانيسازي مس در اين زون صورت نگرفته، در صورتي كه در سيستمهاي نوع ديوريتي به دليل نبود زون سرسيتي بخشي از ذخيره در اين زون واقع ميشود.

خصوصيات ذخيره:

شكل،بافت، عيار و ميزان ذخيره به تعداد تودههاي نفوذي حاوي محلول ماگمايي، نحوه تداخل تودهها، حجم محلولهاي ماگمايي، عمق تبلور وجايگزيني و همچنين ميزان تخلخل و شكستگي سنگهاي منطقه بستگي دارد. در صورتي كه تودههاي نفوذي به حالت تلسكوپي در يكديگر نفوذ كنند، موجب تمركز مواد معدني در يك منطقه

ميشوند. در صورتي كه سيستم در نزديكي سطح زمين متبلور شود حجم محلولهاي ماگمايي زياد باشد، فشار بخار آب موجب انفجار و برشي شدن سنگها خواهد گرديد و محلولهاي ماگمايي مواد خود را در فضاي بين قطعات برشي بر جاي خواهند گذاشت. برشهاي نفوذي راهنماي بسيار مناسبي براي اكتشاف ميباشند. در حالتي كه تودههاي نفوذي توسط سنگهاي نفوذناپذير احاطه شده باشند افزايش فشار بخار آب موجب پيدايش درز و شكاف در سنگهاي منطقه ميشود كه همزمان توسط محلول ماگمايي پر ميشود و بافت "استوك ورك" را تشكيل ميدهد. به طور كلي ذخيره كانسارهاي مس پورفيري به شكلهاي چتري، عدسي محدب، صفحهاي و استوانهاي يافت ميشوند. بافت اين ذخاير از نوع استوك ورك و پراكنده است.

 

زون بندي كانيشناسي:

در كانسارهاي مس پورفيري نوع مونزونيتي زونبندي كانيشناسي به شرح زير است:

زون داخلي:

اين زون همراه با زون پتاسيك ديده ميشود. ضخامت آن متغير است و تا چند صد متر ميرسد. كانيهاي مهم عبارتند از: كالكوپيريت، موليبدنيت و پيريت. نسبت پيريت به كالكوپيريت 3 به 1 است. سولفيدها اكثراً به صورت پراكنده يافت ميشوند.

زون مياني:

اين زون غالباً همراه زون سرسيت يافت ميشود. بخش اعظم ذخيره درزون مياني واقع ميشود. كانيهاي مهم اين زون عبارتند از: پيريت،كالكوپيريت، بورنيت، انارژيت، موليبدنيت و مگنتيت. نسبت پيريت به كالكو پيريت 12 به 1 است،بافت آن بيشتر از نوع استوك ورك و به مقدار جزئي پراكنده است.

 

زون حد واسط مياني و خارجي:

اين زون شامل زون آرژيليك است.اين زون از نظر وجود مس ارزش اقتصادي ندارد. پيريت مهمترين كاني اين زون است. نسبت پيريت به كالكوپيريت 23 به 1 است.

زون خارجي:

زون خارجي بر زون پروپيليتيك منطبق است. كانيهاي مهم اين زون عبارتند از: پيريت، اسفالريت،گالن، رودوكروزيت و مقدارجزئي بورنيت و كالكوپيريت.

زونبندي كانيسازي در معدن مس بينگام از مركز به خارج سيستم شامل Cu, Cu-Mo است و در حواشي، كانيسازي يا ذخاير Ag, Zn, Pb تشكيل شده است .

عيار و ميزان ذخيره چندكانسار نوع مونزونيتي در جدول ذيل گزارش شده است. بزرگترين كانسارهاي مس پورفيري كشف شده درشيلي واقع شدهاند.

عیار و میزان ذخیره برگزیده ای از کانسارهای مس پورفیری مدل مونزونیتی

 

 

 

4-1-2- كانسارهاي مس پورفيري نوع ديوريتي :

كانسارهاي مس پورفيري نوع ديوريتي در كمربندهاي زون فرورانش جزاير قوسي همراه با سنگهاي ديوريتي- توناليتي كالك آلكالن كشف مي شوند. بيشترذخاير كشف شده در حاشيه غربي اقيانوس آرام واقع شدهاند.

وجود اختلاف درتركيب شيميايي محلول ماگمايي نوع مونزونيتي و محلول ماگمايي نوع ديوريتي موجب تغييراتي در زونهاي آلتراسيون، عيار و مواد جانبي ذخيره ميشود. در نوع ديوريتي، مقدار منيزيم،آهن و كلسيم محلول افزايش يافته ولي مقدار سيليس، پتاسيم و سولفور كاهش مييابد. به دليل پايين بودن مقدار سولفيدها، زون كوارتز- سرسيت- پيريت در نوع ديوريتي نسبتاً محدوداست . در سيستم نوع ديوريتي عمدتاً دو زون پتاسيك و پروپيليتيك يافت ميشوند و ذخيره در زون پتاسيك و پيروپيليتيك قرار دارد. محصول جانبي اين كانسارها طلاست، در صورتيكه در نوع مونزونيتي محصول جانبي موليبدن است. عيار مس در نوع ديوريتي كمتر است.

بالا بودن فشار گاز اكسيژن در محلول ماگمايي موجب ميشود كه طلا در مركز سيستم متمركز شود . بالا بودن مقدار مگنتيت و انيدريت،دليل بر بالا بودن اكسيژن محلول ماگمايي است.

به عنوان مثال کانسار هاي مارکوپر ( فيليپين ) ، سيپالاي ( فيليپين ) ، باساي ( فيليپين ) ، يانداراي ( گينه نو ) ، فريداريور ( گينه نو ) ، اکتيده ( گينه نو ) و سروکلرادو ( پاناما ) .

[XMEHRDADX 7514]

كاني شناسي مس پورفيري (Cu+Mo±Au):

پيريت مهمترين سولفيد اين سيستمهاست. اكسيدهاي آهن به صورت مگنتيت و هماتيت نيز مشاهده ميشوند. كالكوپيريت ، موليبدنيت و مقدار جزئي بورنيت و به ندرت كالكوزيت مهمترين كانسنگ مس و موليبدن هستند. كانسنگهاي فرعي عبارتند از: تتراهيدريت، تنانتيت، انارژيت، طلا، الكتروم، آرسنوپيريت. رگههايي كه در بخش خارجي تشكيل ميشوند حاوي گالن، اسفالريت، كوارتز، باريت و كلسيت هستند.

كاني شناسي مس پورفيري Cu-Au: كالكوپيريت، پيريت، مگنتيت، بورنيت، كالكوزيت (ميزان پيريت ازكالكوپيريت كمتر است)، مقدار جزئي گالن، اسفالريت،تلوريد، تتراهيدريت، طلا و نقره.

 

كانسارهاي مرتبط با مس پورفيري :

I- مس پورفيري Cu-MO±Au

-اسكارن Cu-Mo

- اسكارن Pb,Zn

- كانيسازي اپي ترمال Cu-Au-Ag و Au-Ag با سولفيد كم و زياد

- رگههاي Pb-Zn, Ag

- پلاسرهاي Au

II- مس پورفيري Cu-Au

- اسكارن Cu

- كاني سازي اپي ترمال Au-Ag با سولفيد كم و زياد

- اپي ترمال غني از Te, F

- پلاسرهاي Au

 

ارزيابي ذخاير مس پورفيري :

كانيسازي مس در كليه تودههاي نفوذي حد واسط كالك آلكالن واقع در كمربندهاي زون فرورانش مشاهده نشده است. در تودههايي كه كانيسازي صورت گرفته نيز عيار و ميزان ذخيره آنها متغير است. عوامل مهمي كه در كاني سازي مس پورفيري نقش دارند عبارتند از: تركيب شيميايي ماگما و محلول ماگمايي،حجم محلولهاي ماگمايي، عمق تبلور و ميزان تفريق ماگما، تعداد و نحوه تداخل تودههاي نفوذي.

در تودههاي كالك آلكالن فاقد كاني سازي مقدار آب همراه ماگما بسيار ناچيز است،به طوري كه فقط در تشكيل سيليكاتهاي آبدار شركت ميكند. مطالعات انجام شده در مورد تركيب شيميايي آمفيبول از چند سيستم با عيار كم كه در غرب امريكا واقع است و مقايسه آن باكانسارهاي مس پورفيري با عيار بالا نشان ميدهد كه مقدار آلومينيم آمفيبول سيستمهاي كم عيار، پايين است و بدين علت است كه مس به جاي آلومينيم در ساختمان آمفيبول جايگزين ميشود.

بنابراين در صورتي كه مس به جاي تمركز در محلول ماگمايي در ساختمان سيليكاتها توزيع شود عيار و ميزان ذخيره كاهش خواهد يافت. تركيب شيميايي و درصد تفريق ماگما در عيار نقش دارد، لذا پس از مقايسه نوع مونزونيتي با ديوريتي مشاهده گرديد كه عيار نوع مونزونيتي به دليل وجود تفريق ماگمايي بالاتر از عيار نوع ديوريتي است.

 

گسترش و شدت آلتراسيون:

گسترش و شدت زونهاي آلتراسيون رابطه مستقيم با ميزان ذخيره و عيار دارند. به هنگام بازديد از منطقه اولين و مهمترين عواملي كه بايد مورد مطالعه و بررسي قرار گيرند، زونهاي آلتراسيون هستند.

 

تعداد و نحوه تداخل تودههاي نفوذي:

تودههاي نفوذي كه به شكل استوك در يكديگر نفوذ كنند و مواد خود را در يك منطقه متمركز سازند موجب افزايش عيار و ميزان ذخيره خواهند گرديد. تعداد و بزرگي تودههايي كه حاوي محلولهاي كانهدار هستند رابطه مستقيم با عيار و ميزان ذخيره دارند. تودههايي كه فاقد محلول كانه دار باشند و در ذخيره نفوذ نمايند موجب كاهش ارزش اقتصادي ذخيره خواهند گرديد. تودههاي نفوذي كه تشكيل باتوليت ميدهند سبب ميگردند تا مواد معدني در بخش فوقاني منطقهاي وسيع پخش و موجب كاهش عيار گردند. وجود ساختمانهاي مناسب اوليه و ثانويه نقش مهم و اساسي در تمركز محلولهاي ماگمايي دارند.

ميزان سولفيد و تعداد رگچهها: در صد سولفيدها و تعداد رگچههاي كوارتز رابطه مستقيم با عيار ذخيره دارند. وجود كوارتز با بلورهاي درشت در تودههاي نفوذي به عنوان نكتهاي مثبت محسوب ميشود. ضمناً رگچههاي اكتينوليت در سيستمهاي كم عيار فراوانند.

 

زونبندي ژئوشيميايي :

I- زون بندي ژئوشيميايي در سيستمهاي مس پورفيري Mu±Au و Cu

زون مركزي: كانيسازي شامل سولفيدهاي مس(كالكوپيريت و بورنيت) ، موليبدنيت (MoS2) و Ag, Au و گاهي B, W, Bi و Sr است. اين زون در مركز داراي يك بخش غني از پيريت با عيار پايين مس است.

زون خارجي: كاني سازي در اين زون عمدتاً به صورت رگهاي است. آنومالي و در شرايط خاص ذخاير معدني اين موارد در زون خارجي تشكيل ميشود Ba, Cu, Te, Se, As, Sb, Mn, Zn, Pb و Rb و احتمالاً Hg.

 

نمودار شماتیک کانسارهای مس پورفیری مدل دیوریتی

 

 

 

II- زون بندي ژئوشيميايي مس پورفيري Cu- Au

زون مركزي: Ag, Au, Cu

زون خارجي: آنومالي عناصر Ti, V, P, E, Ba, Sr, Rb, Nb, Te, Pb, Zn, PGE را نشان ميدهد.

زون سوپرژن نسبتاً محدود است.

 

خصوصيات ژئوفيزيكي:

استفاده از روش مگنتيت به واسطه تجمع مگنتيت به صورت رگچه و پراكنده در زون پتاسيك به ويژه درمواردي كه به دليل پوشش نميتوان اين زون را مشخص نمود، مفيد واقع ميشود. زون بويژه در مواردي كه به دليل پوشش نميتوان اين زون را مشخص نمود، مفيد واقع ميشود. زون كوارتز- سرسيت- پيريت را به دليل تمركز پيريت و گسترش نسبتاً زياد آن با استفاده از روش IP ميتوان شناسايي كرد.

از روشهاي الكتريكي نيز به واسطه مقاومت پايين زون آلتراسيون ميتوان استفاده نمود.

 

 

 

منبع :پایگاه ملی داده های علوم زمین