Промышленные типы месторождений полезных ископаемых (неметаллические)

4.Аллювиальные россыпи с окатанной галькой ювелирного зелёного берилла, аквамарина и гелиодора являются существенным источником промышленной добычи в Бразилии, Зимбабве,.Австралии, Мадагаскаре и Шри-Ланке.

Александрит (хризоберилл).

Александрит - разновидность хризоберилла изумрудно-зелёного цвета при дневном освещении и фиолетово-красного при электрическом. Кристаллы призматической формы, блеск стеклянный, твёрдость 8,5.

Основная масса александритов добывается совместно с турмалином, гранатом, топазом из аллювиальных россыпей Бразилии, Шри-Ланки и Мадагаскара, где коренными источниками александрита являются бериллоносные пегматиты. Кроме того александрит встречается в изумрудоносных флогопитовых слюдитах (Изумрудные Копи Урала, месторождения Зимбабве, ЮАР, Индии и Пакистана.

Мир ювелирных и поделочных камней настолько обширен и разнообразен, что подробное рассмотрение их в рамках данного курса не представляется возможным. Этим занимается специальная наука - ГЕММОЛОГИЯ.

Литература: [2] с.12-26; [3] с.393-396; [1] с.211-233; [4] с.248-267;205-228; [24, 9,10]

Лекция 4. (2 часа). Пьезооптический кварц и исландский шпат.

Свойства и области применения, генетические типы промышленных месторождений и их расположение.

Пьезокварц и оптический кварц (SiO₂).

Кварц является одним из наиболее распространённых в земной коре минералов. Известны четыре модификации кварца. Кристаллы в- кварца тригональной сингонии, обладают высокой твёрдостью (7 по шкале Мооса) и прочностью на разрыв и на сжатие, прозрачностью, в т.ч. в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра. Плотность 2,65 г/см³, термостоек, пьезоэлектрик. При + 573⁰ переходит в гексагональную б - модификацию кварца, устойчивую до 870 С. Имеет высокую температуру плавления (1710⁰С). Химически стоек и растворяется только в плавиковой кислоте. Кристаллы часто сдвойникованы. Различают правые и левые формы кристаллов кварца, которые обусловлены отсутствием плоскостей и центра симметрии. При прохождении через его пластинку вдоль оптическойоси поляризованного луча происходит поворот плоскости поляризации на определённый угол, причём правый кристалл вращает плоскость поляризации вправо, левый - влево.

Сущность пьезоэлектрического эффекта кристаллов кварца заключается в том, что при сжатии или растяжении пластинки, выпиленной параллельно двойной оси, на ее концах возникают электрические заряды разного знака, а при воздействии электрического тока она начинает упруго колебаться. Это явление резонанса между механическими колебаниями пластинки и колебаниями переменного тока лежит в основе применения кварца в радиотехнике. В качестве пьезокварца применяются бесцветный горный хрусталь и окрашенные разности - лимонно-жёлтый цитрин, дымчатый раухтопаз и смоляно-чёрный морион, фиолетовый аметист.

Для производства прозрачного плавленого кварцевого стекла применяют следующие разновидности кварцевого сырья: кристаллы и обломки кристаллов горного хрусталя (отходы при обогащении пьезооптического кварца); прозрачный перекристаллизованный жильный кварц и метаморфизованный гранулированный кварц. Основным качеством, которым должно обладать сырье для получения подобного стекла, является его исключительная химическая чистота: содержание Si0₂ больше 99,9%.

Гранулированный (зернистый) кварц, слагающий крупные жильные тела, представляет собой агрегат прозрачных кварцевых зерен, окруженных тонкими молочно-белыми кварцевыми каемками. Обогащенная крупка гранулированного кварца (со снятыми каемками) по химической чистоте является уникальным природным сырьем для плавки специальных светотехнических кварцевых стекол.

Пьезооптический кварц применяют главным образом в радиотехнике, ультразвуковой технике. Так, в радиотехнике пьезокварцевые пластинки служат основной деталью стабилизаторов (резонаторов) и частотных фильтров, при помощи которых разделяют радиоволны и токи разных частот и длин. В ультразвуковой технике пьезоэлементы применяются для изготовления различных приборов: эхолотов (измерение глубин моря, обнаружение айсбергов, подводных лодок, косяков рыб, затонувших кораблей) и пьезодатчиков (измерения давления пороховых газов; обнаружение пороков в металлах).

В соответствии с требованиями промышленности на пьезооптический кварц для пьезоизделий пригодны кристаллы, гальки, куски и обломки кварца, имеющие бездефектную область -- моноблок, в котором отсутствуют включения других минералов, пород, газа и жидкости, трещины, дофинейские и бразильские двойники.

В оптике из кварца делают линзы, концентрирующие ультрафиолетовые лучи, устройства, определяющие направление вращения плоскости поляризации, призмы для спектрографов, клинья компенсаторов (измерение разности хода лучей).

Технические условия на оптический кварц следующие: 1) к оптическому кварцу относятся кристаллы бесцветного горного хрусталя, прозрачные для лучей ультрафиолетовой области; 2) оптический кварц должен обладать однородностью по показателю преломления, отсутствием дефектов (бразильские двойники, свили, интенсивная окраска, трещины и различного рода включения).

Высококачественное природное кварцевое сырье используется для получения прозрачного плавленого кварцевого стекла, обладающего сочетанием таких ценнейших свойств, как высокая светопрозрачность в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра, идеальная радиопрозрачность, нечувствительность к термоудару, непроницаемость для газов, химическая инертность по отношению к агрессивным средам, отличные диэлектрические и антирадиационные свойства, большие запасы прочности и теплостойкости.

Среди требований промышленности к качеству кварца для плавки наиболее жесткими являются технические условия для производства прозрачного кварцевого стекла. Вредными в данном случае являются все виды примесей: твердые минеральные, заключенные в газово-жидких включениях, структурные и др.

Основными потребителями продукции из кварцевого стекла являются следующие отрасли промышленности: электротехническая, электронная, химическая, металлургическая, машиностроительная, оптико-механическая, радиотехническая, авиационная, приборостроение и др.

Генетические типы промышленных месторождений пьезооптического кварца.

1. пегматитовый: зональные камерные пегматиты в апикальных частях субщелочных гранитоидов (Волынское месторождение с топазом и бериллом; Кентское с флюоритом, Горихо в Монголии с флюоритом);

2. гидротермальные месторождения представлены: хрусталеносными кварцевыми жилами (Урал, Казахстан, Якутия, Монголия, Бразилия); хрусталеносными минерализованными трещинами во вмещающих породах;

3. гидротермально-метаморфогенный тип гранулированного кварца для плавки (Кыштымское, Маукское на Урале);

4. россыпные месторождения (Светлинское - Россия, Волынское - Украина);

5. гидротермально-метаморфогенный тип гранулированного кварца для плавки (Кыштымское, Маукское на Урале);

6. россыпные месторождения (Светлинское - Россия, Волынское - Украина);

7. гидротермально-метаморфогенный тип гранулированного кварца для плавки (Кыштымское, Маукское на Урале);

8. россыпные месторождения (Светлинское - Россия, Волынское - Украина);

Хрусталеносные пегматиты пространственно и генетически связаны с интрузиями субщелочных гранитов, располагаясь в их апикальных частях в зоне эндоконтакта с вмещающими породами.

Рис.4. Схематический разрез камерного пегматита.

1- гранит; 2 - аплитовая оторочка; 3 - графическая зона пегматита;

4 - пегматоидная зона; 5 - микроклиновая зона; 6 - кварцевое ядро;

7- полость с кристаллами мориона.

Пегматитовые месторождения. Пегматитовые тела представляют собой субизометричные или жилоподобные образования приуроченные к апикальным частям интрузивных массивов субщелочных гранитов. Расположены они в основном в зоне эндоконтакта гранитов с вмещающими породами. Размеры их колеблются в пределах от нескольких десятков сантиметров до 100 и более метров в поперечнике. Хрусталеносные (камерные) пегматиты имеют обычно зональное строение. В полнодифференцированных пегматитах от периферии к центру выделяются следующие зоны (Рис.4): 1)вмещмющий гранит; 2) мелкозернистый гранит (аплит); 3) графический пегматит (писменный гранит); 3) пегматоидная (блоковая) кварц-полевошпатовая зона; 4) полевошпатовая зона; 5) кварцевое ядро. Хрусталеносные полости (погреба), содержащие крупные кристаллы кварца и сопутствующих ему флюорита , топаза ,иногда берилла располагаются в пределах полевошпатовой зоны обычно непосредственно под кварцевым ядром. Объём хрусталеносных полостей составляет от 1 до 100 и более кубических метров. Пьезокварц в пегматитах представлен морионом или зональнымикристаллами, сложенными в центральной части светлым «сотовым» кварцем, переполненным газово-жидкими включениями. Масса отдельных кристаллов составляет несколько десятков тонн, а кондиционных - сотни килограмм..

Пегматитовые месторождения известны в Украине (Волынское месторождение), Казахстане (Кент и Акжейляу), Монголии (Горихо), Бразилии (шт. Минас-Жерайс), КНР и других странах.

Гидротермальные месторождения. Этот генетический тип включает в себя основные месторождения пьезооптического кварца, которые образуются в результате циркуляции гидротермальных растворов по системам тектонических трещин, а также по зонам интенсивного дробления и рассланцевания горных пород.

Гидротермальные месторождения пьезооптического кварца во многом отличаются от рудных жильных месторождений.' Важная особенность их становления заключается в тесном взаимодействии гидротермальных растворов с боковыми породами, из которых извлекаются кремнезем и ряд других компонентов, слагающих хрустальные гнезда и минерализованные трещины. Поэтому большинство хрусталеносных гнезд и минерализованных трещин тяготеет к кварцевым жилам и горным породам, богатым кремнеземом.

Почти все промышленные месторождения пьезооптического кварца практически безрудны и пространственно разобщены с рудоносными жилами.

Хрусталеносные кварцевые жилы обычно пространственно связаны с массивами гранитоидов и располагаются в зоне их эндо- и экзоконтакта с вмещающими породами. Как правило, хрусталеносные кварцевые жилы группируются в отдельные жильные поля и жильные зоны, положение которых контролируется разрывными тектоническими нарушениями различного порядка.

Форма хрусталеносных кварцевых жил весьма разнообразна и зависит преимущественно от типа и происхождения вмещающих жилы трещин. Наряду с кварцевыми жилами простой плитчатой или линзовидной формы нередко встречаются сложные ветвящиеся и пересекающиеся кварцевые жилы и прожилки, слагающие в совокупности жильные зоны

Размеры хрусталеносных жил могут быть весьма значительными. Так, известны жилы, имеющие длину по простиранию до 500 м при мощности от 15 до 30 м. Хрусталеносные жильные зоны, состоящие из системы сближенных кварцевых жил могут иметь протяженность до 1000 м и ширину до 100м. Они сложены молочно-белым кварцем, в котором выделяются участки полупрозрачного и прозрачного кварца с полостями кристаллов горного хрусталя. Большинство промышленно хрусталеносных кварцевых жил имеет небольшие размеры. Гнёзда и полости горного хрусталя располагаются как внутри жил, так и на их выклиниваниях, их объём колеблется от 0,5 до 50 м3 Полости обычно заполнены каолином, серицитом, кальцитом и др. Кристаллы горного хрусталя и дымчатого кварца имеют самые различные размеры: масса наиболее крупных достигает даже сотен килограммов.

Хрусталеносные минерализованные трещины представляют собой своеобразную разновидность хрустальных гнезд, залегающих обособленно от кварцевых жил, непосредственно во вмещающих породах, но территориально они обычно тяготеют к хрусталеносным жильным зонам...

Минерализованные трещины содержат хорошо сформированные кристаллы и друзы горного хрусталя, дымчатого кварца, мориона, цитрина и аметиста. Характерной особенностью минерализованных трещин является формирование отдельных кристаллов и друз горного хрусталя непосредственно на стенках открытой трещины.

Месторождения гидротермального пьезооптического кварца развиты на Приполярном и Южном Урале, Алдане, Памире, Тянь-Шане, в Казахстане. Классическим примером месторождений этого типа являются месторождения Бразилии, которая является главным мировым поставщиком кристаллокварцевого сырья.

Гранулированный кварц.

Гидротермально-метаморфические жилы гранулированного кварца имеют простую линзовидную или более сложные формы; их длина по простиранию колеблется от первых десятков до первых сотен метров, по падению -- до 40 м, мощность колеблется от 1 до 5 м (иногда до 15 м). Чаще они вытянуты в линейные зоны или образуют штокверки в метаморфических породах. Гранулированный кварц характеризуется повышенной химической чистотой и высоким светопропусканием. Он образовался при метаморфизации первичного жильного кварца, сопровождавшейся очисткой от минеральных и газово-жидких включений. стекла. Примерами месторождений этого типа являются Кыштымские, Ларинское, Вязовское, на Урале, а также ряд объектов Казахстана и других регионов.

Россыпные месторождения.

Россыпные месторождения пьезооптического кварца обычно пространственно связаны со своими коренными источниками: хрусталеносными телами пегматитов и гидротермальными жилами. Генетически это элювиально-делювиальные и аллювиальные образования. Их размер в поперечнике может достигать 1,5 км и более при небольшой мощности (0,5--1,5 м). Обломки кристаллов кварца слабо окатанные, как правило, обладают высоким качеством. Промышленные хрусталеносные россыпи широко развиты на восточном склоне Ю.Урала, Украине; примером зарубежных месторождений этого типа являются россыпи, сопутствующие хрусталеносным гидротермальным жилам Бразилии.

Со средины 20 века во многих странах, в том числе в России, налажено производство пьезооптического кварца путём гидротермального синтеза, что позволяет в основном удовлетворить потребность промышленности в нём.

Исландский шпат (СаСО₃)

Основные свойства: бесцветный или окрашен в различные цвета, прозрачный, высокое двупреломление, пропускает ультрафиолетовые лучи, люминесцирует при воздействии катодного, ультрафиолетового и рентгеновского облучения, хрупок, растворим в воде и кислотах, твердость 3.

Благодаря ярко выраженной способности к двойному лучепреломлению и высокой прозрачности для ультрафиолетовых и обычных световых лучей исландский шпат широко применяют в оптико-механической промышленности. Из него изготавливают поляризационные, двупреломляющие и полутеневые призмы, лучеразводящие цилиндры и пластины, бифокальные линзы, детали полярископов, поляриметров, фотометров, интерферометров, поляризационных микроскопов. Всего подобных приборов насчитывают более 200.

Кроме традиционных областей применения, оптический кальцит опробуют в новых областях науки и техники: в квантовой электронике, оптотронике и астрофизике. Устройства с использованием исландского шпата являются неотъемлемой частью лазеров, оптико-электронных вычислительных машин и других систем, имеющих существенное значение для современной техники и исследования космоса.

Промышленные типы месторождений исландского шпата.

Месторождения исландского шпата находятся на древних платформах и связаны с породами трапповых формаций и представляют тип низкотемпературных гидротермальных шпатоносных тел в траппах. Шпатоносные тела локализуются в пустотах миндалекаменных базальтов, а также в горизонтах шаровых лав. Это главный геолого-промышленный тип месторождений, представленный залежами протяжённостью до 1 км при мощности в первые метры. Исландский шпат высокого и среднего качества.

Все 32 месторождения исландского шпата России расположены в пределах Сибирской кальцитоносной трапповой провинции. Три разрабатываемых месторождения (Столбовое, Крутое и Бабкинское), содержат 70% запасов оптического кальцита. Месторождения такого типа известны в Исландии, в ЮАР.

Менее значимыми являются месторождения представленные жилами и зонами дробления в карбонатных породах (Северный Кавказ, Тува, Памир, Казахстан).

В связи с дефицитом природного сырья в настоящее время осуществляется гидротермальный синтез кристаллов исландского шпата. В качестве шихты используются обломки природных кристаллов.

Литература:[3] с.375-392; [2] с.92-105, 127-133; [1] c.196-204; [25].

Лекция 5 (2часа). Флюорит. Барит и витерит

Свойства и применение в промышленности, генетические типы месторождений, их расположение, ресурсы.

Флюорит - плавиковый шпат(CaF₂)

Флюорит в природе встречается в виде кристаллов и зернистых агрегатов.. Физические и технологические свойства: сингония кубическая, оптически изотропен, прозрачен, имеет низкий показатель преломления, способен пропускать ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, химически стоек, спайность совершенная, твердость 4, люминесцирует в катодных и ультрафиолетовых лучах, имеет высокую радиационную устойчивость, цвет разнообразный (от бесцветного, желтого, зелёного, голубого, до темно-фиолетового).

Бесцветные прозрачные кристаллы флюорита являются оптическим сырьём. Оптический флюорит используется в объективах ультрафиолетовых микроскопов, призменной оптике, вакуумных приборах, приборах инфракрасной термографии, в приборах ночного видения, астрономии, космической технике, силовой и квантовой оптике. Новым направлением использования кристаллов является изготовление объективов для производства микрочипов. В настоящее время в качестве оптического сырья в основном используются кристаллы, получаемые методом гидротермального синтеза. Основным мировым производителем искусственных кристаллов флюорита является Германия.

Основная масса флюорита используется как техническое сырьё Технический флюорит используется в химической промышленности для получения плавиковой кислоты и других соединений фтора (60% потребления), которые широко используются для производства высокооктанового топлива, всевозможных растворителей, хладореагентов, полимерных материалов, в ядерной технике. Кроме того флюорит используется при варке кварцевых стёкол, при плавке цинка и аллюминия, при получении металлического магния и др. В металлургии флюорит необходим в качестве флюса для понижения температуры плавления стали и разжижения образующихся шлаков. В цементной промышленности для понижения температуры обжига шихты, в фармацевтической промышленности,, при производстве синтетических моющих средств, особых сортов пластмасс и т.д. Широкое использование плавикового шпата в сталелитейной, алюминиевой, химической и других областях промышленности ставят его в число важнейших видов минерального сырья.

Генетические типы промышленных месторождений.

Наиболее важны в промышленном отношении следующие генетические типы месторождений (с дополнительным разделением по рудным формациям).

Пегматитовый (месторождения оптического флюорита).

Карбонатитовый (флюорит-редкоземельные месторождения).

Гидротермальный глубинный и умеренных глубин, объединяющий формации, связанные: а) с интрузиями лейкокра-товых гранитов (высокотемпературные грейзеновые флюорит-редкометальные и среднетемпературные флюоритовые месторождения во внешних зонах редкометальных рудных узлов); б) с порфировыми интрузивными и вулканогенно-интрузивными комплексами (среднетемпературные флюорит-полиметаллические месторождения); в) со щелочными интрузиями (среднетемпературные флюорит-бертрандитовые и флюорит-редкоземельные месторождения), г)Формации, не имеющие видимой связи с магматизмом, залегающие в осадочных породах--телетермальные (флюорит-сурьмяно-ртутные, флюорит- свинцово-цинковые, флюорит-баритовые, флюоритовы стратиформные (месторождения).

4. Вулканогенно-гидротермальный низкотемпературный малых глубин, включающий формации, связанные с проявлениями наземного базальтового или липарит-базальтового вулканизма (низкотемпературные флюоритовые, барит-флюоритовые, иногда бертрандит-флюоритовые месторождения).

Отдельные крупные объекты известны во всех перечисленных типах и формациях (кроме пегматитов); основное промышленное значение как источники получения плавикового шпата имеют грейзеновые флюорит-редкометальные, стратиформные флюоритовые, флюорит полиметаллические и гидротермальные флюоритовые месторождения малых глубин.

Пегматитовые месторождения являются ведущим природным источником оптического флюорита.

Пегматитовые тела аналогичны рассматриваемым в предыдущей лекции. Для них характерно наличие полостей содержащих крупные кристаллы мориона, раухтопаза и флюорита. Размеры кристаллов флюорита - до десятков сантиметров, окраска различная - от бесцветных до голубых и фиолетовых. Пегматитовые месторождения являются комплексными из них добывают помимо кристаллов флюорита ещё пьезооптический кварц, кварц для плавки, полевой шпат и др. Пегматиты с оптическим флюоритом известны в Казахстане.

Карбонатитовые (флюорит-редкоземельные) месторождения размещаются в щелочных интрузиях, где преобладают нефелиновые сиениты и йолиты.

В карбонатитовых комплексах изредка встречаются собственно флюоритовые месторождения, в которых жилообразные тела флюоритовых, флюорит-баритовых или флюорит-кальцитовых руд секут доломитовые карбонатиты, а иногда размещаются и во вмещающих осадочных породах. Таковы промышленные месторождения Индии, некоторые карбонатитовые массивы Намибии и ЮАР. Длина рудных тел в отдельных случаях достигает 500 м при мощности до 25 м при содержании СаF2 до 60 %.

Чаще, однако, в этом типе месторождений отмечаются комплексные флюорит-редкоземельные руды, в которых основными компонентами являются фторкарбонаты редких земель, флюорит же рассматривается как побочный продукт.

Грейзеновые и скарново-грейзеновые редкометально-флюоритовые месторождения тесно пространственно и генетически связаны с многофазными интрузиями кислых гранитоидов (аляскитов, лейкократовых гранитов). Становление месторождений рассматриваемого типа происходит в обстановке высоких температур на умеренных глубинах в непосредственной близости от куполовидных выступов гранитных массивов. Рудные поля такого типа характеризуются комплексным редкометальным оруденением (олово, вольфрам, бериллий), формирующимся при высокой активности фтора в рудообразующих растворах. Однако скопления флюорита возникают преимущественно при наличии в окружающих породах карбонатных (доломитово-известковистых) толщ.

В грейзенах, замещающих гранитоиды, локализуется в основном касситеритовая минерализация; содержание плавикового шпата в них обычно не превышает 5 %. В подвергающихся грейзенизации скарнах концентрируются флюорит и бериллиевые минералы. Они формируют трубообразные тела, массивных или ритмичнополосчатых руд. Содержание плавикового шпата в подобных образованиях достигает 80%. Бериллий и флюорит являются основными промышленными компонентами таких руд. Примером месторождений такого типа может служить Вознесенское меторождение (Приморье), являющееся одним из основных объектов по добыче флюоритового сырья в России.

Среднетемперытурные флюоритовые месторождения связанные с редкометальными гранитоидами, размещаются во внешних зонах рудных узлов в осадочных породах. В карбонатных породах при этом могут возникать метасоматические пластовые залежи флюоритовых руд. Месторождения могут обладать значительными запасами плавикового шпата, но встречаются сравнительно редко. Состав руд относительно простой -- флюоритовый, карбонатно-флюоритовый. Месторождения такого типа известны в Центральном Казахстане (Солнечное) и Забайкалье. Между высоко- и среднетемпературными месторождениями флюорита нет резких границ и возможно существование месторождений переходного типа.

Флюорит-полиметаллические месторождения, парагенетически связанные с малыми интрузиями или вулканогенно-интру-зивными комплексами умеренно кислого и среднего состава, формируются в областях тектоно-магматической активизации. Рудообразование характеризуется средними температурами и умеренными глубинами.

Рудные тела чаще всего жильные или жилообразные, иногда столбообразные; в карбонатных породах могут развиваться сложные метасоматические залежи. Основные минералы руд -- флюорит, барит, галенит, сфалерит. Встречаются комплексные флюорит-полиметаллические руды,

Месторождения широко распространены, хотя масштабы отдельных объектов обычно не выше средних. Подобные месторождения наиболее характерны для ряда районов Средней Азии (Такоб, Бадам и др.) и Казахстана (Таскайнар).

Среднетемпературные флюорит-бертрандитовые и флюорит-редкоземельные месторождения, парагенетически связанные с интрузиями сиенитов и монцонитов,. Комплексные руды этих месторождений образуют сложные метасоматические залежи в карбонатных породах Флюорит является второстепенным по значению компонентом руд, несмотря на довольно высокое его содержание (иногда более 60%). Кроме флюорита, бертрандита, фенакита, в рудах присутствуют в небольших количествах карбонаты, кварц, сульфиды. Флюорит-редкоземельные месторождения характеризуются содержанием фторкарбонатов редких земель. Но значение их в добыче и запасах флюорита невелико.

Низкотемпературные месторождения залегающие в осадочных породах, и образованные в обстановке умеренных глубин при очень слабом проявлении магматизма (телетермальные месторождения). По составу они разделяются на две группы: свинцово-цинково-барит-флюоритовые месторождения, и сурьмяно-ртутно-флюоритовые.

Первые залегают в карбонатных породах, образуя как пластовые метасоматические тела, так и жилы., но всегда подчиняются литологическому контролю. Вторые образуют месторождения с комплексным оруденением, содержание флюорита в них невысокое.

Вулканогенно-гидротермальные низкотемпературные малых глубин. Чаще всего месторождения представлены сериями жил или минерализованных зон дробления, реже - метасоматическими залежами в карбонатных породах Месторождения этого типа парагенетически связаны с проявлениями базальтового или липарит-базальтового вулканизма (Рис. 5).

Рис. 5. Разрез Даринского флюоритового месторождения.

1. осадочные породы; 2. интрузии; 3. кальцит-флюоритовые залежи.

Для данного типа месторождений первоисточником фтора являются мантийные очаги основных магм.

Состав руд прост: флюорит может образовывать мономинеральные рудные тела, может находиться вместе с кварцем и кальцитом, иногда в заметных концентрациях присутствуют барит и пирит.

Рудные тела представлены чаще всего жилами протяженностью от сотен метров до первых километров и мощностью от 1 м до нескольких метров, часто с чередующимися раздувами и пережимами. Жильные тела выполнения формируются даже в известняках и доломитах.

Масштабы отдельных месторождений достигают сотен тысяч тонн, реже--_: первых миллионов тонн флюорита. Наряду с высокими сортами металлургического флюорита подобные месторождения дают иногда сырье для получения искусственного оптического флюорита.

В России месторождения этого типа распространены в Восточным и Западном Забайкалье, где выделены два протяженных северо-восточных пояса их развития -- северный, прослеживающийся через Бурятию и северо-восточную часть Читинской области (месторождения Наранское, Эгита, Усугли и др.), и южный, трассирующийся из юго-восточной части Читинской области на территорию МНР (месторождения Абагайтуйское, Солнечное, Шахтерское, и др.)..

За рубежом флюоритоносные провинции подобного типа имеются в Мексике и США..

Кроме флюорита источником фтора может служить апатит, содержание фтора в котором достигает 4%.,с ним из недр извлекается огромное количество фтора.

По данным на 1998 год добыча плавикового шпата велась в 32 странах и составила 4,7 млн. т. Лидерами по производству флюоритового концентрата являлись КНР ( 54,2% объёма мирового производства), Мексика и ЮАР.

Барит (BaSO₄) и витерит (BaCO₃).

В природе барит встречается в крупно- и мелкозернистых агрегатах и очень редко образует крупные прозрачные кристаллы (оптический барит). Барит.имеет высокую плотность (4,2- 4,7), поэтому его называют тяжелым шпатом. Твёрдость 2,5-3,5; у мелкокристаллического барита - обычно выше, чем крупнокристаллического; хрупок. Химически чистый барит характеризуется высокой белизной (эталон белизны), инертностью и безвредностью. Барит часто содержит примеси стронция и кальция, иногда - свинца, радия и кадмия. Барит отличается высокой поглотительной способностью по отношению к жесткому рентгеновскому и гамма-излучению. Он нерастворим в воде и кислотах.

Витерит имеет одинаковые с баритом физические, но резко отличающиеся химические свойства. Он относительно легко растворяется в углекислых водах и слабых кислотах, ядовит. В месторождениях встречается совместно с баритом.

Основной потребитель барита -- нефтяная и газовая промышленность (83--85%0) Барит (флотационный концентрат) используют в промывочных жидкостях при бурении скважин, при этом вредной примесью являются частицы с высокой твердостью (кварц и др.).

Существенное количество барита потребляет химическая промышленность. Барит (молотый и кусковой) используют для получения белой краски (литопона), а также для производства хлорида бария (яд для грызунов), нитрита и других соединений бария. Титанат бария ВаTiO₃ -- сегнетоэлектрик, обладающий пьезоэлектрическими свойствами, применяют в радиосхемах и автоматических системах. Платиноцианат бария применяют для покрытия светящихся экранов приборов.

Кроме того, барит используют:

в бумажной промышленности: наполнитель при изготовлении высококачественных сортов бумаги высокой белизны;

в резиновой промышленности: компонент специальных сортов резины, предохраняющей от жесткого излучения;

в медицине: «баритовая каша» при исследованиях пищеварительного тракта;

в производстве керамики и стекла: необходимый компонент оптических и высокосортных инструментальных стекол, повышающий их прозрачность для ультрафиолетовых лучей ;

в пиротехнике: Ba(N0₃)2 входит в состав зеленых ракет;

в строительстве: компонент специальных сортов штукатурок и бетона, изолирующих от жесткого излучения; наполнитель специальных пластмасс; утяжелитель бетона и асфальта для аэродромов и ракетодромов;

в металлургии: составная часть ряда интерметаллических соединений в постоянных магнитах (феррит бария), в радиолампах (сплав никеля и бария), в типографских и подшипниковых сплавах;

в вакуумной технике: поглотитель газов (геттер);

в кондитерском деле: составная часть шоколада;

Генетические типы промышленных месторождений барита.

I. Эндогенные месторождения.

Гидротермальные средне-низкотемпературные месторождения умеренных и малых глубин: 1) собственно баритовые, витерит-баритовые и барит-флюоритовые жильные и пластообразные; 2) барит-золото-полиметаллические жильные в эффузивных породах; 3) барит-полиметаллические стратиформные в карбонатных породах.

Вулканогенно-гидротермальные и вулканогенно-осадочные колчеданные месторождения.

II. Экзогенные месторождения.

3. Обломочные и остаточные месторождения кор выветривания.

4. Осадочные хемогенные месторождения.

III. Техногенные образования (концентрации).

Присутствие вкрапленности барита, который может извлекаться попутно, установлено в рудах некоторых карбонатитовых и скарновых месторождений.

Гидротермальные месторождения.

Гидротермальные собственно баритовые, витерит-баритовые и барит-флюоритовые месторождения. Этот генетический тип месторождений -- весьма важный для барита и единственный для витерита. Он характеризуется высоким качеством руд. По форме рудных тел и способу выделения минералов среди этих месторождений различают жильные выполнения и пластообразные метасоматического замещения.

Для жильных месторождений основными рудными телами являются жилы, линзы и баритовые брекчии. Вмещающие породы преимущественно осадочные песчано-сланцевые и эффузивно-осадочные, редко интрузивные.

Пластообразные месторождения формируются путем метасоматического замещения известняков, доломитов и эффузивных пород.

Размеры рудных тел месторождений обоих подтипов варьируют в широких пределах: от десятков и сотен метров до 2 км в длину при мощности до 15 м. Баритовая минерализация в крупных жильных и плитообразных телах, имеющих крутое падение, прослеживается на глубину нескольких сотен метров.

Примеры жильных месторождений: баритоносньгй пояс южного склона Большого Кавказа, включающий Чордское жильное месторождение (Южная Осетия), Кутаисскую группу жильных месторождений, Човдарское жильное месторождение в Азербайджане (Малый Кавказ); барит-флюоритовое жильное месторождение Бадам в Южном Казахстане.

Типичным примером пластообразных стратиформных месторождений является Апшринское месторождение барита вАбхазии, расположенное севернее Сухуми. Здесь толща баритизированных известняков мощностью 20-40 м прослеживается на 800 м по простиранию и на 250 м по падению. Промышленная баритовая залежь пластообразной формы совпадает с этой толщей известняков. Месторождение является крупным, содержание барита в залежи составляет около 50%.

Барит-золото-полиметаллические жильные вулканогенно гидротермальные месторождения. На этих месторождениях барит является распространенным жильным минералом. Он выделяется в верхних частях жил и в околорудных измененных породах (зоны баритизации). Например, Туюкское месторождение в Южном Казахстане.

Барит-полиметаллические стратиформные месторождения в карбонатных породах. Руды месторождений комплексные барит-свинцово-цинковые, но иногда на месторождениях встречаются и собственно баритовые руды.

Вместе с колчеданными месторождениями служат основным источником добычи флотационного барита.

Примеры месторождений: Миргалимсай, расположенное в Центральном Каратау (Южный Казахстан);

Колчеданные (вулканогенно-гидротермальные и вулканогенно-осадочные) месторождения. Барит в них является, наряду с кварцем, жильным минералом и извлекается попутно.

Примеры месторождений: Молодежное, Джусинское (Южный Урал); Сокольное, Зыряновское (Рудный Алтай); Салаирская группа месторождений(Кемеровская область).

Обломочные и остаточные месторождения кор выветривания. Наибольшее промышленное значение среди месторождений данного типа имеют элювиальные залежи, сложенные глиноподобной массой, содержащей обломки баритовых руд, мелкие кристаллы барита, пирита, иногда галенита и гидроксиды железа..

Примеры месторождений: Медведевское (Южный Урал); элювиальные залежи, развитые на стратиформных свинцово-цинковых месторождениях США и дающие 33% его добычи; они представляют собой мощные (десятки метров) плащеобразные тела,; содержание барита 12--20%.

Хемогенные осадочные месторождения достаточно широко распространены и представлены крупными пластовыми залежами собственно баритовых и реже сульфидно-баритовых руд. В пределах месторождений выделяется обычно несколько пластов баритовых руд, переслаивающихся с кремнистыми и глинистыми сланцами, алевролитами и известняками. Мощность баритовых пластов варьирует от долей до нескольких метров, а протяженность измеряется километрами. Пласты сложены массивными, конкреционными и вкрапленными рудами. Содержание барита в массивных рудах до 90 %, в конкреционных -- до 60 % и во вкрапленных-- до 20%. Массивные руды концентрируются в нижних частях баритоносных горизонтов, а конкреционные и вкрапленные-- в верхних

Примеры месторождений: Пальникское и Хойленское (западный склон Полярного Урала); Чиганакское (Центральный Казахстан);

Техногенные образования барита (концентрации промышленного значения) представляют собой отвалы обогатительных фабрик при переработке комплексных руд, из которых барит не извлекался. Отвалы с промышленным содержанием барита известны на месторождениях Салаирской группы

Стратиформные месторождения барита всех промышленных типов являются ведущими: с ними связана основная доля запасов и добычи в мире. Значительные масштабы месторождений и простая морфология их рудных тел с высоким содержанием в них барита (50-95%) позволяют широко использовать современную технику и технологию, что делает разработку этих месторождений весьма эффективной.

Мировые запасы барита по 58 странам оценивались на начало 1994 г. в 640 млн. т. Лидирующими в мировой добыче странами являются Китай, Казахстан, Индия, Марокко. В 2000 году в мире было добыто 5,89 млн.т. барита, из них в Китае 3,30 млн.т., в США - 0,66 млн.т., Марокко- 0,35 млн.т. В России - 0,035 млн.т., что не обеспечивает потребностей страны.

Литература: [3] с.420-430; [1] c.119-149; [2] с.105-127; [4] с.78-95; [26,29,2].

Лекция 6.(2часа). Слюды. Графит

Общие сведения, свойства, области применения, генетические типы месторождений, примеры наиболее значимых месторождений и их размещение, ресурсы.

Слюды

В группу слюд входит большое число минеральных видов. Они представляют группу сложных алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов, обладающих специфическими особенностями, Все они кристаллизуются в моноклинной сингонии, обладают весьма совершенной спайностью по пинакоиду, что позволяет расщеплять их на тончайшие гибкие эластичные пластинки; их окраска варьирует от бесцветной до зеленовато-коричневой, почти чёрной; плотность 2,7-3,1; твёрдость 2-3. Из них наиболее промышленно-ценные слюды - крупнокристаллические мусковит и флогопит. Применение в промышленности обусловлено следующими их свойствами: 1) способностью, благодаря весьма совершенной спайности расщепляться на тончайшие ровные листки ( вплоть до толщины в несколько мкм ); 2) высокой механической прочностью и гибкостью даже очень тонких листов слюды; 3)исключительно высокими электроизоляционными свойствами; 4)химической стойкостью и влагостойкостью; 5) термической стойкостью; 6) прозрачностью (и почти полной бесцветностью в тонких пластинках); 7)высоким двупреломлением.

В промышленности используются два вида сырья, достаточно резко различающихся по областям их применения и в определенной степени -- по источникам получения: листовая слюда и мелкочешуйчатая слюда. Наиболее ценным сырьем является листовая слюда, мелкочешуйчатые же разности либо получают как отходы при переработке листовой слюды,/либо (реже) добывают специально при разработке некоторых типов месторождений.

Качество листовой слюды как сырья для электро- и радиотехнических изделий определяется сочетанием указанных свойств, а также размером кристаллов, наличием или отсутствием в них дефектов. Для мусковита и флогопита большое влияние на механические свойства пакетов слюды оказывают различные дефекты, встречающиеся в природных кристаллах: трещиноватость, зажимистость, ельчатость, клиновидность, морщинистость, прорастание слюды другими минералами, газовые включения и др

Слюда широко используется в промышленности, сельском хозяйстве, транспорте, в быту и других сферах потребления.

Мусковит. Области использования листового и нелистового мусковита во многом сильно отличаются. До 80% листовой слюды идет на нужды электроники и электротехники для производства высококачественных,-конденсаторов, применяется в аппаратуре для авиационной и ракетной техники, в атомных установках; используется в телевизионной технике, радиолокационных станциях, для изготовления смотровых окон котлов высокого давления и других резервуаров, в медицинской технике, в лазерных приборах. Всего в развитых странах ежегодно расходуется более 12 тыс.т. листового мусковита. Самые крупные потребители - Россия, США, Япония, Великобритания, Франция, ФРГ. Из них только Россия имеет и использует собственную сырьевую базу.

Нелистовой мусковит в дробленом или молотом виде применяется в электротехнике, цементной, резиновой и лакокрасочной промышленности, производстве шин, пластмасс, гидроизоляционных материалов и др. Годовая мировая добыча и переработка этого сырья составляет 200-220 тыс.т,

Флогопит. Используется в производстве электроизоляционных изделий разного назначения, для изготовления смотровых окон промышленных печей и бытовых приборов, в производстве рубероида, специальной бумаги, резинотехнических изделий, применяется при изоляции зон поглощения и цементирования нефтяных и газовых скважин в качестве инертного наполнителя буровых и цементных растворов.

Вермикулит (гидрослюда).Главным промышленным свойством вермикулита является его способность вспучиваться при нагревании с увеличением объёма в 8-10 раз. Используется в строительстве для производства теплоизоляционных бетонов, теплоизоляционных изделий. Большое применение вермикулит получил при изготовлении огнезащитных плит, при разливке и прокате стали, для улавливания цветных металлов в сточных водах металлургических комбинатов. Как тепло- и звукоизоляционный материал вермикулит используется в авиационной и автомобильной промышленности, в холодильниках. В растениеводстве - в гидропонике, мелиорации.

Промышленно-генетические типы месторождений мусковита:

1. Пегматитовый (месторождения Мамско -Чуйской и Карело-Кольской провинций, месторождения Индии, Бразилии, Зимбабве).

2. Грейзеновый (Спокойнинсское месторождение в Читинской области - Россия);

3. Метаморфический (Кулетское месторождение - Казахстан);

4. Магматический.(месторождение Спрус Пайн -США)

Пегматитовый тип. Слюдоносные гранитные пегматиты являются единственным промышленным источником листового мусковита. Промышленные месторождения приурочены к областям ультраметамофизма и формируются на глубинах 6-8км. Пегматитовые тела встречаются группами, образующими пегматитовые поля, которые объединятся в зоны, протяженность последних может достигать первых сотен километров при ширине 10 -20км. Морфология тел весьма разнообразна: жилы, линзы, штоки, ветвящиеся тела, согласнве и секущие по отношению к вмещающим метаморфическим породам. Размеры жил достигают сотен метров в длину при мощности от метров до первых десятков метров. Преобладающими минералами являются мусковит, кварц, полевые шпаты, биотит. Могут присутствовать апатит, турмалин, гранат. Пегматитовые месторождения являются комплексными, наряду с мусковитом добываются полевые шпаты и кварц.

К основным мусковитоносным районам относятся Мамско-Витимский в Восточной Сибири и Карело-Кольский. За рубежом наиболее крупные пегматитовые месторождения мусковита находятся в Индии и Бразилии.

Природными источниками мелкочешуйчатого мусковита являются грейзены, в которых мусковит может извлекаться как попутный компонент при добыче редкометалльных руд. Так в грейзеновом Спокойнинском месторождении основным полезным ископаемым является вольфрам.

Метаморфические месторождения мелкочешуйчатого мусковита представлены мусковитовыми и двуслюдяными кристаллическими сланцами, содержащими иногда технические гранаты и графит.

Магматические месторождения представлены мусковитовыми, двуслюдяными и аляскитовыми гранитами, в которых содержание мусковита составляет 5 -15%. Крупным разрабатываемым месторождением такого типа является месторождение Спрус Пайн (США). Здесь слюдистые и амфиболовые гнейсы и сланцы рассечены телами аляскитов размером 3х1,5 км. Запасы мелкочешуйчатого мусковита до глубины 15м составляют 50 млн.т и полевого шпата -200 млн.т.

Промышленно-генетические типы месторождений флогопита:

1. Скарновый (Алданские месторождения)

2. Карбонатитовый (Ковдорское месторождение в Мурманской области),

Скарновые месторождения образуются в зонах контактов магнезиальных метаморфических пород с внедряющимися в них гранитными интрузиями, Состав скарнов в основном флогопид-диопсидовый, Форма рудных тел пластообразная, жильная, гнездообразная.

Карбонатитовые месторождения образуются только в условиях платформенного режима на щитах и платформах, в областях завершённой складчатости. Особенностью флогопитовых месторождений является их тесная связь с интрузивными комплексами щелочно-ультраосновного состава. Такие комплексы формируют сложные многофазные интрузии центрального типа, развитие которых начинается с внедрения ультраосновных пород; более поздние магматические образования представлены ийолит-уртитами, нефелиновыми сиенитами; становление комплекса завершается собственно карбонатитами. Всему процессу становления щелочно-ультраосновных комплексов с карбонатитами свойственно сочетание магматических и метасоматических процессов.Флогопит возникает на разных стадиях при воздействии щелочных растворов на магнезиальные породы.

Наиболее важные по масштабам и качеству сырья скопления флогопита возникают до начала собственно карбонатитовых стадий процесса, после формирования щелочных пород, за счет метасоматического замещения флогопитом гигантозернистых разностей гипербазитов.Так основное флогопитоносное тело Ковдорского месторождения приурочено к зоне контакта гипербазитов и щелочных пород. Промышленная флогопитоносность тяготеет к гигантозернистым метасоматитам, которые размещаются в зоне контакта оливинитов с пироксенитами. На Ковдорском месторождении промышленная зона огибает оливинитовое ядро в виде подковы длиной в 8-10 км и мощностью до 1км. Флогопитовые рудные тела в этой зоне имеют линзовидную и жилообразную формы. Главная залежь - линза мощностью 10-100м прослеживается на несколько сотен метров В наиболее богатых рудных телах выход забойного сырца может составлять 400--500 кг/м³, иногда до 1000 кг/м³, а промышленного сырца 25--30 % по отношению к забойному сырцу; выход мелкочешуйчатой слюды -- от 35 до 50 % от объема горной массы.

Флогопитовые месторождения карбонатитового типа являются комплексными, сочетающими ряд рудных компонентов (Fe, Ti, Nb, Zr, TR, иногда Си, Pb и др.) и неметаллических полезных ископаемых (флогопит, апатит, вермикулит, флюорит, карбонатные породы).. На Ковдорском месторождении кроме флогопита добывается вермикулит, получают магнетитовый, апатитовый и бадделеитовый концентраты.

В России известны два района флогопитоносных карбонатитов - Маймеча-Котуйский на севере Сибирской платформы ( м-е Маган) и Карело-Кольский (м-е Ковдорское)

Промышленные месторождения вермикулита связаны с зонами выветривания месторождений флогопита и биотита (Ковдорское месторождение - Россия, Каратасское месторождение - Казахстан).

Мировые прогнозные ресурсы мусковита оцениваются в десятки миллиардов тонн. Наибольшим разведанным и прогнозным потенциалом обладают Индия, Россия, Бразилия, их разведанные и прогнозные ресурсы листового мусковита составляют около 10 млн т, что больше, чем во всех остальных государствах мира.

Россия располагает четырьмя флогопитоносны-ми районами с суммарными запасами 8,4 млн т, в том числе 92,3% - в Ковдорском месторождении (Кольский п-ов). Значительным сырьевым потенциалом флогопита обладают Канада, Малагасийская Республика, КНДР.

Мировые запасам вермикулита составляют порядка 200 млн т. Суммарные запасы вермикулита России составляют 47 млн т, из которых 43 млн т сосредоточено в Ковдорском месторождении.

Графит (С)

Единственный минералообразующий элемент графита - углерод. Свойства графита зависят от его кристаллической структуры. В отличие от алмаза она имеет слоистое строение. В связи с низкой твердостью и весьма совершенной спайностью графит легко оставляет след на бумаге, жирен на ощупь. Эти свойства графита обусловлены слабыми связями между атомными слоями. Графит имеет низкую удельную теплоемкость и высокую температуру плавления ( 3850° С). Благодаря этому, графит обладает чрезвычайно высокой огнеупорностью. Кроме того, он хорошо проводит электричество и тепло, не уступая по этим свойствам ряду металлов, устойчив при воздействии многих кислот и других химических реагентов, легко смешивается с другими веществами, отличается малым коэффициентом трения, высокой смазывающей и кроющей способностью. Все это привело к уникальному сочетанию в одном минерале важных свойств. Поэтому графит широко используется в промышленности.

Графитовые руды подразделяются на явнокристаллические (плотнокристаллические и чешуйчатые) и скрытокристаллические. Содержание углерода в минеральном агрегате (концентрате) определяет качество графита.

Благодаря своим уникальным свойствам графит находит применение в различных отраслях промышленности. Он широко используется в качестве огнеупорного материала, который в основном (до 70%) потребляется в черной и цветной металлургии. Как электропроводящий и химически стойкий материал графит применяется в электротехнике, химической и нефтехимической промышленности; в качестве смазочного материала -- в машиностроении, где используется для смазки трущихся деталей машин и приборов, а также при обработке металлов давлением. Находит применение графит также в производстве строительных материалов, красок и т.п.

В литейном производстве применяют в составе формовочных смесей, для присыпок, натирки стержней. Наиболее графитоемким является производство огнеупорных кирпичей и плавильных тиглей для выплавки особых сталей, цветных и благородных металлов.

В электротехнической промышленности графит используется для изготовления электродов, щелочных аккумуляторах. Одной из традиционных областей применения природного графита является производство карандашей.

Используется графит при производстве резины, копировальной бумаги, синтетических алмазов. В атомной промышленности из графита изготавливаются блоки и детали ядерных реакторов

В России и за рубежом основными потребителями графита являются металлургия, машиностроение, электротехника, химия и нефтехимия, карандашное производство.

Промышенно-генетические типы месторождений графита.

Выделяют 5 типов месторождений графита:

1. Магматические месторождения. Месторождения плотнокристаллического, чешуйчатого и скрытокристаллического графита образуются путём кристаллизации из магм кислого и щелочного состава. Плотнокристаллический графит образует неравномерные скопления в штоках, гнёздах, жилах; содержание его достигает 85%. Небольшие по запасам, но содержат высококачественный, плотнокристаллический графит (Черемшанское и Миасское месторождения на Урале);