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Kasten 4.16 Die Oxidationszone in Kupferlagerstätten und der Eiserne Hut
Wenn eine Sulfidlagerstätte durch Erosion an die Erdober-
fläche gelangt, bildet sich eine sogenannte Oxidationszone
(engl.
gossan
) aus (
Durch diese Reaktion (und noch mehr durch die Oxidation von
Pyrit) sinkt der pH-Wert des Wassers rapide, was wiederum die
Löslichkeit von Kupfer erhöht.
Die unlöslichen Stoffe bleiben an der Oberfläche zurück. Das
sind vor allem die Eisenhydroxide, die oft noch die Form
der ursprünglichen Sulfide erahnen lassen. Sie befinden sich in
einem stark alterierten Gestein, das vor allem aus Tonmine-
ralen oder aus Quarz besteht (
Abb. 4.32): Sulfide werden oxidiert,
wasserlösliche Bestandteile ausgelaugt und an tieferer Stelle
wieder ausgefällt. An der Erdoberfläche entsteht der soge-
nannte Eiserne Hut, während es darunter zu einer sekundären
Anreicherung bestimmter Metalle wie Kupfer und Silber
kommt.
Dieser Prozess ist insbesondere bei Kupferlagerstätten von
großer Bedeutung. Beispielsweise haben Kupferporphyre
einen geringen Erzgrad und viele dieser Lagerstätten sind nur
durch die sekundäre Anreicherung profitabel (Sillitoe 2005).
Außerdem lassen sich die Erze der Oxidationszone leichter
verhütten als Sulfide, entsprechend wichtig waren sie in der
frühen Geschichte der Menschheit.
Die primären Sulfide wie Pyrit und Chalkopyrit werden durch
einsickerndes Wasser oxidiert. Dabei gehen Cu
2+
, SO
4
2-
und
H
+
in Lösung, während das zu Fe
3+
oxidierte Eisen in Form von
Hydroxiden zurückbleibt - meist als Limonit, eine rostfarbene
Mischung aus unterschiedlichen Eisenhydroxiden wie Goethit.
Exemplarisch die Oxidation von Chalkopyrit:
.
Kasten 4.14). Auch Sulfate wie
Alunit (Alaun) und Jarosit sind typisch. Unter Umständen
kommt es zu einer Anreicherung von Gold (siehe auch
7
7
Ab-
schn. 5.11.3). Diese Zone wird als Eiserner Hut (
Abb. 4.33)
bezeichnet, viele Sulfidlagerstätten wurden aufgrund dessen
auffälliger Rostfarbe gefunden.
Das Wasser sickert mit seinen gelösten Metallen abwärts. In
der sogenannten Zementationszone unter dem Grundwasser-
spiegel, wo eher reduzierte Bedingungen herrschen, reagiert
die Lösung mit den primären Sulfiden zu sekundären Sulfiden.
Dabei handelt es sich um Minerale wie Chalkosin, Cu
2
S, und
Covellin, CuS, die einen deutlich höheren Kupfergehalt als die
primären Sulfide haben: Zum einen geht das Fe
2+
der primären
Erze in Lösung und wird durch Cu
2+
ersetzt, zum anderen
erhöht sich auch das Verhältnis von Metall zu Schwefel. Selbst
die Menge der Sulfide nimmt zu.
.
4 CuFeS
2
+ 17 O
2
+ 10 H
2
O
o
4 Fe(OH)
3
+ 4 Cu
2+
+ 8 SO
4
2-
+ 8 H
+
Abb. 4.32
In freigelegten Sulfidlagerstätten bildet sich eine Oxidationszone aus. Insbesondere im Fall von Kupferlagerstätten kann
es dabei zu einer starken sekundären Anreicherung kommen. Bei der Oxidation der primären Sulfide geht Kupfer in zunehmend
saurem Wasser in Lösung, Eisen bleibt in Form von Hydroxiden im Eisernen Hut zurück. Aus dem abwärts sickernden Wasser können
durch Neutralisation der Säure sogenannte oxidische Erze wie die Kupferkarbonate Malachit und Azurit ausgefällt werden. In der
Zementationszone unterhalb des Grundwasserspiegels werden primäre Sulfide durch sekundäre Sulfide verdrängt, die einen deut-
lich höheren Kupfergehalt haben. Nach Robb 2005.
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