Содержание к диссертации
Введение
1. Геологическое строение Уфалейского кварцево-жильного района, его основные структуры и кварцево-жильная минерализация 6
1.1. Геолого-структурная характеристика Уфалейского гнейсово- мигматитового блока и обрамляющих его шовных зон 6
1.2. Минерагения кварцевых образований Уфалейского кварцево-жильного района 32
2. Закономерности пространственного распределения формационных типов кварцево-жильной минерализации Уфалейского кварцево-жильного района 42
2.1. Анализ предшествующих исследований 44
2.2. Кварцево-жильные формации и субформации Уфалейского кварцево-жильного района. Закономерности
пространственного распределения и характеристика 46
3. Минералого-технологическое картирование и прогноз качества кварцевого сырья 72
3.1. Технологическая характеристика особо чистого кварца... 73
3.2. Генетические предпосылки образования особо чистого кварца. Выделение минералого-технологических типов, их характеристика 74
3.3. Генерации кварцевых зерен - элементы минералого-технологического картирования. Метод совокупной оценки генераций 92
3.4. Минералого-технологическое картирование месторождений гранулированного кварца (на примере Кыштымского месторождения) 94
Заключение 102
Список использованной литературы
- Минерагения кварцевых образований Уфалейского кварцево-жильного района
- Кварцево-жильные формации и субформации Уфалейского кварцево-жильного района. Закономерности
- Генетические предпосылки образования особо чистого кварца. Выделение минералого-технологических типов, их характеристика
- Минералого-технологическое картирование месторождений гранулированного кварца (на примере Кыштымского месторождения)
Введение к работе
Уральская складчатая система, применительно к кварцевому сырью, рассматривается как наиболее крупная (региональная) линейно-вытянутая кварценосная площадь — Уральский кварценосный пояс. Принятая на практике схема соподчиненности кварценосных площадей и объектов включает кварценосный пояс - кварценосная провинция - кварценосный район — кварценосный узел - кварцево-жильное поле - жильная зона - кварцево-жильный объект (жила, гнездо). Обособленные участки, характеризующиеся едиными особенностями геологического строения, обуславливающими локализацию кварценосных объектов при наличии в них промышленной минерализации, выделяются в качестве месторождения. Понятие «месторождение» отражает, прежде всего, промышленно-экономическую сторону вышеназванных объектов, поэтому в схеме минерагенического соподчинения отдельно не выделяется (Евстропов, Кухарь, Огородников и др., 1995).
В пределах Уральского кварценосного пояса выделяются Восточно-Уральская и Центрально-Уральская провинции. Центрально-Уральская провинция включает в себя Приполярно-Уральскую кварценосную субпровинцию, Сакмарский кварцево-жильный район и Уфалейский кварцево-жильный район, последний включает в себя Кыштымское кварцево-жильное поле с группой разведанных месторождений гранулированного кварца: Маукским, Кузнечихинским, Кыштымским, Агордяшским и Пугачевским месторождением прозрачного жильного кварца и рядом перспективных кварцево-жильных полей: Егустинским, Уфимским и Западно-Уфалейским.
Актуальность проблемы. Уфалейский кварцево-жильный район пространственно совпадает с Уфалейским гнейсово-мигматитовым комплексом, уникален по своему геологическому строению, качеству сырья, масштабам развития кварцево-жильной минерализации и ее качеству. Кварц из месторождений Кыштымского кварцево-жильного поля более 40 лет используется для плавки прозрачного кварцевого стекла, применяемого, главным образом, в электронной и полупроводниковой промышленности. Кыштымское месторождение является наиболее крупным по запасам особо чистого кварца в Российской Федерации.
Особо чистый кварц (ОЧК) - природное кварцевое сырье, генетические особенности которого позволяют получать из него товарный продукт -природный кристаллический диоксид кремния — пригодный по своим параметрам для получения материалов, использующих его специальные свойства.
Повышение требований перерабатывающей промышленности к качеству поставляемого сырья, привело к необходимости формационного членения кварцево-жильных образований, имеющих различные схемы обогащения. В связи с этим, появилась необходимость в проведении минералого-технологического картирования кварцево-жильных образований как метода рационального использования кварцевого сырья при добыче и прогнозирования его обогатимости, основанных на генетических особенностях кварцевой минерализации. Идеальным объектом для решения поставленной задачи является Уфалейский кварцево-жильный район и Кыштымское месторождение особо чистого гранулированного кварца.
Научная новизна.
В пределах Уфалейского кварцево-жильного района выделено две формации и семь субформаций кварцево-жильной минерализации, локализующихся в конкретных структурно-вещественных парагенезах, занимающих в одноименном гнейсово-мигматитовом блоке строго определенную структурную и пространственную позицию. В качестве одной из формаций впервые выделена формация вторично-зернистого, особо чистого гранулированного кварца как представителя метатектонитов. Дана их полная характеристика, разработана морфологическая типизация и показано их место в структурно-метаморфическом преобразовании уфалейского блока.
Выделенные в пределах Кыштымского месторождения субформации особо чистого гранулированного кварца, охарактеризованы как минералого-технологические (генетические) типы кварцево-жильных образований. В гранулированном кварце изучены структуры, выделено несколько генераций кварцевых зерен, имеющие свои характерные особенности. Это позволяет использовать кварцевые генерации в качестве элементов минералого-технологического картирования. Генерации кварцевых зерен отражают полихронный процесс развития кварцевых метатектонитов. Дан прогноз их обогатимости, проведено минералого-технологическое картирование месторождения.
Разработан метод совокупной оценки генераций (СОГ) кварцевых зерен -как метод рациональной типизации кварцевых тел при минералого-технологическом картировании месторождений особо чистого гранулированного кварца. Приведены примеры использования метода совокупной оценки генераций на разных уровнях изучения гранулированного кварца и сопоставление результатов использования этого метода с традиционными методами оценки качества кварцевого сырья.
Целью диссертационной работы является изучение и выделение в пределах месторождения различных формационных (субформационных) типов кварцево-жильной минерализации, основанных на генетических особенностях выделенных генотипов, закономерностей размещения и условий образования в структурах уфалейского блока.
Разработка методики оценки обогатимости кварца разных генетических типов, на основе анализа результатов исследований кварцевого сырья.
Составление карт прогноза обогатимости (технологических свойств) кварцевого сырья на основе минералого-петрографических особенностей выделенных генетических типов.
Практическая значимость работы.
Использование методов совокупной оценки (СОГ) на ранних стадиях геологоразведочных работ для решения геологических и технологических задач, связанных с качественными параметрами кварцевого сырья.
Использование результатов прогноза кварцево-жильного сырья различных генетических типов как результат минералого-технологического картирования для целей селективной отработки особо чистого кварца.
Выделенные генетические типы кварцево-жильной минерализации были использованы при прогнозной оценке Уфалейского гнейсово-мигматитового блока на особо чистое кварцевое сырье в составе работ по прогнозной оценке, выполненных ВНИИСИМСом по России.
Фактический материал собран автором в период работы в партии №3 Центрально-Уральской экспедиции ПО «Уралкварцсамоцветы» (ныне ФГУГПП «Кыштымкварцсамоцветы») и ОАО «Кыштымский ГОК» в период с 1984 г. по настоящее время. В процессе проведения геологоразведочных работ различных стадий в пределах Уфалейского кварцево-жильного района за этот период было детально изучено 4 месторождения гранулированного кварца. Особый вклад в накопление фактического материала внесли геологические наблюдения при ведении добычных работ на многочисленных жилах в пределах собственно Кыштымского и Кузнечихинского месторождений гранулированного кварца. В физическом выражении автором был выполнен следующий объем работ: описано более 15000 м3 открытых горных выработок, задокументировано 1700 пог. м подземных горных выработок, описано и просмотрено около 50 тыс. пог. м керна скважин, при проведении геологических маршрутов проводилась документация обнажений, опробовано значительное количество горных выработок, вскрывающих кварцево-жильные тела.
При разработке метода совокупной оценки кварцевых генераций было изучено более 1300 петрографических шлифов кварца. При наработке материалов к минералого-технологическому картированию использованы результаты анализов 578 проб кварца, которые включали в себя следующий комплекс исследований: определение коэффициента светопропускания, количественный минералогический анализ кварцевой крупки, количественный химико-спектральный или прямой спектральный анализы кварца на 11 элементов примесей.
При прогнозе минералого-петрографических типов использовалась методика оценки обогатимости кварцевого сырья, разработанная в ЦКЛ Кыштымского ГОКа.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на совещаниях «Минералогия месторождений Урала» (Миасс, 1990), «Минералогия кварца» (Сыктывкар, 1992), «Металлогения и геодинамика Урала» (Екатеринбург, 2000), «Металлогения древних и современных океанов -2000» (Миасс, 2000), «Металлогения Урала - 2003» (Миасс, 2003). По материалам диссертации опубликовано 14 работ.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
/. Основными структурами, локализующими кварцево-жильные поля и
месторождения особо чистого гранулированного кварца в пределах
Уфалейского кварцево-жильного района, являются:
высокотемпературные и высокобарические зоны влияния шовных зон,
обрамляющие метаморфический Уфалейский гнейсово-
мигматитовый блок и оперяющие шовные зоны сдвиго-взбросы, где во время коллизий формируются разновозрастные кварцево-жильные тела.
2. На основе изучения закономерностей пространственного размещения
и онтогении кварцево-жильных тел выделены формация первично-
зернистого кварца и формация вторично-зернистого, особо чистого,
гранулированного кварца (метатектонитов). В первой выделено три
субформации (генотипа), во второй - четыре, каждые, из которых
обладают различными минералого-технологическими
характеристиками.
3. Разработан метод совокупной оценки генераций (СОГ) кварцевых тел - как метод рациональной типизации кварцевых тел при минералого-технологическом картировании месторождений особо чистого гранулированного кварца. Метод совокупной оценки генераций имеет значительное преимущество на разных уровнях изучения особо чистого гранулированного в сравнении с традиционными методами оценки качества кварцевого сырья, что позволяет проводить его селективную отработку.
Минерагения кварцевых образований Уфалейского кварцево-жильного района
Восточная часть зоны влияния ГУР в это время представляла собой интенсивно деформированную зону палеоокеанической коры с остатками пород зоны спрединга, в которую внедрялись магматические тела ультрамафитов и габброидов Таловского комплекса. Теплопоток в Карабашской островодужной зоне продолжал рассеиваться, не создавая хорошо выраженной метаморфической зональности. Для древнего Уфалейского гнейсово-амфиболитового комплекса высокобарическая метаморфическая зональность этого раннеколлизионного этапа достигает уровня высокотемпературной амфиболитовой фации, а для отложений рифея и нижнего палеозоя эпидот-амфиболитовой и зеленосланцевой, быстро угасая в вулканогенно-осадочных породах (см. рис. 16).
Парагенетические ассоциации амфиболитовой и эпидот-амфиболитовой фаций в породах Уфалейского гнейсово-амфиболитового комплекса представлены (Мельников, 1972,1976; Кейльман, 1974): Роговая обманка+плагиоклаз+гранат+биотит; Роговая обманка+плапїоклаз+гранат+биотит±антофиллит±жедрит; Роговая обманка+5иотит+гранат+плагиоклаз±антофиллит±жедрит; Биотит + гранат+ плагиоклаз + кварц ± кианит; Биотит + ставролит+плагиоклаз + кварц ± кианит; Ставролит+кианит+плагиоклаз+мусковит+кварц. В породах обрамления гнейсового блока (таганайская и куртинская свиты) в слюдяно-кварцевых, ставролит-кианитовых и гранато-слюдяно-кварцевых сланцах с телами метаморфизованных ультрамафитов наблюдаются наиболее типичные парагенетические ассоциации эпидот-амфиболитовой фации:
Биотит + ставролит+плагиоклаз + кварц ± кианит; Ставролит+кианит+плагиоклаз+мусковит+кварц. Ставролит+гранат+биотит+мусковит+кварц Биотит+мусковит+гранат+ альбит+кварц ±эпидот; Биотит+мусковит+хлоритоид+альбит+кварц; Мусковит+хлоритоид+альбит+кварц; Мусковит+гранат+кварц±биотит; Роговая обманка+гранат+плагиоклаз; Роговая обманка+гранат+ биотит+эпидот+плагиоклаз; Роговая обманка+ эпидот+плагиоклаз+кварц; Аіоинолит+антофиллит+биотит+альбит+кварц. Метаморфические преобразования этого этапа в Карабашско-Маукской зоне под влиянием метаморфического воздействия Уфалейского метаморфического комплекса и рассеяного теплового воздействия шовной зоны смятия Главного уральского глубинного разлома привели к появлению в вулканогенных и вулканогенно-осадочных породах слюдяных сланцев, эпидот-хлоритовых, хлоритовых и серицит-хлоритовых сланцев, которые характеризуют условия зеленосланцевой фации (Ракчеев, 1956; Маркс, 1976):
Актинолит+эпидот+альбит+кварц; Биотит+мусковит+альбит+кварц; Эпидот+хлорит+альбит+кварц; Эпидот+хлорит+кальцит+кварц; Хлорит+серицит+альбит+кварц. Собственно Таганайско-Указарская шовная зона смятия, по которой перемещался тектонический блок Уфалейского гнейсово-амфиболитового комплекса, представлена бластомиллонитами слюдяно-кварцевого состава, с прослоями кианит-ставролитовых сланцев, ставролит-гранат-биотит-мусковит-кварцевых, мусковит-графит-кварцевых сланцев, с реликтами слюдяных гнейсов и гранито-гнейсов.
Ставролит-гранат-биотит-мусковит-кварцевые сланцы макроскопически представлены светло-серыми породами с мелкозернистой слюдяно-кварцевой основной тканью, на фоне которой выделяются идиобласты граната и порфиробласты ставролита. Минеральный состав сланцев сильно колеблется: ставролит 10-70, гранат 0-20, биотит-мусковит 10-15, кварц 25-75, олигоклаз 10-15, графит 0-1 об. %
Метаморфогенний ставролит встречен в виде порфиробластов размером 0,6-3,0 см. Кристаллы переполнены пойколобластическими вростками кварца, пластинками биотита и рудного минерала. Цвет ставролита темно-коричневый, окраска отдельных кристаллов темно-серая, пятнистая, обусловленная присутствием тончайших включений углистого вещества. Плеохроизм отчетливый от темно-желтого по Ng до бледно-желтого по Np. Железистость ставролита 83-87 % (табл. 3). Ставролит в сланцах повсеместно замещается дистеном, хлоритоидом, мусковитом. Довольно часто ставролит в сланцах наблюдается в виде включений в гранате (Локтина, Белковский, 1978).
Ромбододекаэдрические кристаллы темно-красного граната размером до 2 см переполнены пойкилобластическими вростками кварца. Химический и компонентный состав граната соответствует высокожелезистому альмандину, содержащему 6-8 % пиропового и 7-9 % кальциевого компонентов (см. табл. 3). Гранат замещается в последующем хлоритоидом, хлоритом, мусковитом.
Дистен в виде призматических (0,1 - 0,5 мм) бесцветных кристаллов нарастает на гранат и ставролит. Ассоциирует с бурым биотитом. Иногда во вторичных кварцитах содержание дистена достигает 30-40 об.% (кианитовые кварциты Уфимского увала), где он ассоциирует с бурым и коричневым турмалином (шерл дравитового состава), апатитом, пиритом и халькопиритом. Замещается более поздними минералами - хлоритоидом и мусковитом (фенгитом).
Биотит слагает основную ткань кристаллических сланцев. Размер чешуек 0,1 -0,5 мм. Биотит плеохроирует от светло-коричневого или зеленовато-бурого цвета по Ng до бледно желтого по Np. Замещается хлоритоидом, хлоритом, мусковитом. Последний представлен высоконатриевыми мусковитами с содержанием парагонитовой составляющей около 10 %.
Хлоритоид - характерный вторичный минерал, образовавшийся в этап поздней коллизии т.к. замещает все вышеописанные минералы: ставролит, альмандин, дистен и биотит. Размер таблитчатых кристаллов хлоритоида до 0,2 мм. Цвет минерала грязно-зеленый, плеохроизм сине-зеленого или голубовато-серого по Ng, до светло-зеленого по Np (Локтина, Белковский, 1978).
В центральной зоне самого тектонического шва развиты хлорит-кварцевые милониты (диафториты), имеющие тонкосланцеватую текстуру. Состоят они из кварца, хлорита, в подчиненном количестве присутствует мелкочешуйчатый мусковит и на отдельных участках — мелкие зерна розовато-бурого граната. Наиболее высокотемпературная зона амфиболитовой фации картируется к востоку от таганайской шовной зоны (см. рис. 14), в центральной части Уфалейского гнейсово-амфиболитового комплекса от широты Н. Уфалея на северо-западе, до оз. Серебры на юго-востоке.
Кварцево-жильные формации и субформации Уфалейского кварцево-жильного района. Закономерности
Начало систематического исследования кварца на Урале связано с именем Г. Н. Вертушкова. В его работах были сформулированы принципы минералогического картирования, основанного на использовании информационных ресурсов минеральных индивидов, отражающих неоднородность геологической среды в пространстве и во времени (Жильный кварц ..., 1988). Картирование и оценка промышленной значимости кварцево-жильных объектов проводилась на основе анализа структурных типов жильного кварца.
Учениками Г. Н. Вертушкова было показано, что отдельные разновидности жильного безрудного кварца обнаруживают тесную генетическую связь с определенным типом метаморфизма, связанным с ним магматизмом и занимают определенную геологическую позицию по отношению к вмещающим их метаморфическим комплексам (Жильный кварц.., 1970, 1988; Кейльман, 1974; Мельникова, 1973; Мельников, 1988). На начальных стадиях, ими были выделены две большие группы, которые объединяют кварц, входящий в состав определенных метаморфических формаций и составляющие с ними единое целое. «Молочно-белый, стекловидный и замутненный» кварц был объединен ими в формацию А, зернистый «гранулированный» кварц в формацию Б (или формационный ряд Б), которая в изученных комплексах Урала по целому ряду признаков подразделяется на две субформации: Б-І и Б-Н.
Схематическая минерагеническая карта Уфалейского метаморфического комплекса (по материалам Г.А.Кейльмана, 1974; Парфенова и др., 1989 с добавлениями автора): 1 - гнейсы и амфиболиты гнейсового блока; 2 - сланцы, кварциты, бластомилониты куртинской свиты; 3 - динамосланцы таганайско-указарской зоны смятия; 4 - вулканиты Карабашского тектонического блока; 5 — пироксениты, габбро, габбро-амфиболиты; 6 - гранитоиды Н-Уфалейского массива; 7 — Главный уральский глубинный разлом; 8 - рифтогенные разрывы рифейского возраста, вмещающие тела древних гранитоидов, кварцитов и тел пироксенитов, содержащих месторождения титано-магнетитовых руд кусинского типа; 9 - взбросы, надвиги; 10 — оперяющая Серебровский надвиг сдвиговая зона трещиноватости; 11 - сбросы; 12 - наиболее крупные кварцевые жилы; 13 - отрабатываемые в настоящее время кварцевые жилы и их номера; 14 - месторождения и проявления магнетита и гематита; 15 - проявления кианита; 16 - древние кварциты (кварцитовые ломки); 17 - мусковитовые пегматиты с редкоземельной и редкометальной минерализацией; 18 - контур Пугачевского кварцево-жильного поля; 19 - контуры геолого-съемочных планшетов масштаба 1:50000.
В левом нижнем углу приведена диаграмма элементов залегания кварцевых жил и схема развития сдвиговой жиловмещающей зоны трещиноватости сформированной на Серебровском надвиге
Выделенные формации различаются геологической позицией: жильный кварц формации А пространственно и генетически тесно связан с ранним (догранитным) зеленосланцевым метаморфизмом; зернистый «гранулированный» кварц формаций Б-І и Б-Н тяготеет к гнейсово-мигматитовым комплексам, сформировавшимся в стадию широкого развития процессов гранитизации (Кейльман, 1974; Мельникова, 1973). С. Ш. Юсупов, Е. П. Мельников, С. Г. Фаттахутдинов (1979) предложили выделять на Урале четыре кварцево-жильные формации, включающие все известные промышленные месторождения и проявления кварцевого сырья: 1. Раннегеосинклинальная формация (формация I) кварцевых жил, сложенных средне-крупнозернистым массивным, молочно-белым, реже серовато-белым кварцем. 2. Позднегеосинклинальная формация кварцевых жил (формация II), представленная тонко-мелкозернистым гранулированным кварцем. 3. Раннеорогенная формация кварцевых жил (формация III), сложенных крупно-среднезернистым гранулированным кварцем.
4. Позднеорогенная хрусталеносная формация кварцевых жил (формация IV), представленных крупно-гигантозернистым светло-серым, часто полупрозрачным кварцем.
Формация I - локализуется в региональных прогибах, вблизи шовных зон и глубинных разломов, осложняющих внутреннюю структуру прогибов. Кварцевые жилы образуются в условиях низшей субфации зеленосланцевой фации метаморфизма на малых глубинах, при высоком парциальном давлении воды, высоком химическом потенциале натрия и низком парциальном давлении углекислоты в минералообразующих растворах.
Формация II - локализована в ядрах гнейсово-мигматитовых комплексов, и формирование кварцевых жил осуществляется в условиях алданской субфации глубинности на уровне верхов амфиболитовой и низов гранулитовой фаций метаморфизма, при высоких температурах, давлениях углекислоты, низких давления воды и умеренных концентрациях натрия и калия.
Формация III - сконцентрирована в так называемых сланцевых обрамлениях мигматитовых комплексов и устанавливается их генетическая связь с проявлением высокоградиентного метаморфизма в диапазоне РТ-условий амфиболитовой - эпидот-амфиболитовой фаций регионального метаморфизма на средних глубинах при умеренных температурах, давлениях, высоких и средних давлениях воды и повышенной активности калия.
Формация IV - локализована в обрамлении гнейсовых ядер, испытавших позднепалеозойскую активизацию на глубинах менее 2,5 км, в условиях зеленосланцевой фации метаморфизма при низких температурах, давлении углекислоты, высоком давлении воды и переменных значениях активности щелочей (Мельникова, Мельников, 1974; Мельников и др., 1977; Кейльман, 1974; Синкевич, 1970).
Активная разработка учения о метаморфических формациях (Н. Л. Добрецов, А. А. Маракушев, Г. А. Кейльман и др.) привела к разработке формационной систематики как научной основе прогнозирования и поисков полезных ископаемых, в том числе и месторождений кварцевого сырья (Мельников, 1988; Добрецов, 1981; Магматические и ..., 1986; Поиски и оценка..., 1986).
Е. П. Мельников (1988) предложил делить все кварцево-жильные образования на 2 группы (магматогенную и метаморфогенную), 2 класса (постмагматический и ортометаморфический) и 4 генетических типа с соответствующими им первичными кварцевыми и производными от них вторичными (метаморфизованными или диафторированными) формациями.
Геологические особенности локализации и генезис объектов позволяют отнести к постмагматическому классу кварц редкометальных и хрусталеносных пегматитов, силекситов и часть рудно-кварцевых жил, к ортометаморфическому - кварц слюдоносных пегматитов, метаморфогенных силекситов, монокварцевых и некоторых кварцево-рудных метаморфитов (Мельников, 1988; Методы изучения..., 1990).
Такая систематика главнейших генетических и промышленных типов природных кварцевых образований (Мельников, 1988; Методы изучения ..., 1990), имеющая большое практическое значение для поисков, оценки и переработки кварцево-жильных объектов, страдает рядом недостатков. Механизм и условия образования, структурные особенности собственно кварцево-жильных тел ряда выделенных формаций не отличаются друг от друга, а сами формации характеризуют лишь термодинамические и кислотно-щелочные условия их формирования. Так к пневматолито-гидротермальному типу относится 8 формаций, в которых кварц образуется преимущественно путем выполнения трещин, сопровождаемый околожильными изменениями различного минерального состава, которые, в свою очередь, характеризуют температурные и кислотно-щелочные условия образования жил. Разделение на магматогенную и метаморфогенную группы тем более условно, т. к. магматические плутоны внедряются в метаморфические породы, и растворы чаще всего имеют смешанный характер, и генезис минеральных парагенезисов тех или иных формаций так же имеет смешанное происхождение. Так пегматитовый генетический тип на ранних стадиях имеет признаки магматогенного происхождения, а на завершающих - отчетливое гидротермально-метасоматическое, за счет эволюции метаморфогенных растворов. Таким образом, данная классификация не рассматривает многоэтапность развития, первичное или вторичное происхождение кварца, его рекристаллизацию, перекристаллизацию и т.д.
Генетические предпосылки образования особо чистого кварца. Выделение минералого-технологических типов, их характеристика
Одним из таких концентратов является хорошо известный американский продукт - ЮТА High Purity Quart или йота - кварц (I-Q) США (табл. 1). С 1997 г. такой кварц, по сути, стал на мировом рынке монополистом, т.к. 70% потребляемых концентратов особо чистого плавочного кварца относится к этой торговой марке.
Высокие стандарты качества йота-кварца приобретены благодаря совершенным схемам обогащения, разработанным Unirnm Corporation (фирма ЮНИМИН).
Химическая чистота природного кварцевого сырья зависит от содержания структурных примесей в кварце, объективно отражает особенности его генезиса и является критерием оценки качества кварца и отнесения его к ОЧК. Чем меньше примесей в структурной решетке кварца, тем кварц более «чистый».
Использование для этой цели высокоточных методов ЭПР и ИК-спектроскопии, позволило установить содержание А1 - основной структурной примеси, составляющей до 60% от суммы всех структурных примесей. ЭПР метод определяет содержание структурного А1, компенсированного (Н ), а ИК-спектроскопия характеризует содержание структурного А1, компенсированного ионами Na, К, LL
К твердым минеральным включениям относятся все второстепенные минералы кварцевых жил. Основная их масса удаляется в процессе рудоразборки и обогащения сырья (Минералургия..., 1990). Очень незначительные количества скрытых включений извлекаются из концентратов при глубоком обогащении с помощью специальных методов. В крупку, а следовательно, и в стекло проникает ничтожная часть минералов, обычно законсервированных внутри кварцевых осколков или в срастании с ними, т.е. не вскрытых при обогащении (Савичев и др., 1990).
Определение валового состава элементов - примесей по результатам исследования монофракций кварца показывает возможность практически полного освобождения от минералов - примесей в процессе обогащения до уровня, сопоставимого с iota-standart (табл. 2).
Наблюдаемое превышение по содержанию преимущественно щелочных элементов-примесей обусловлено наличием микропримесей, которые обогащаются в процессе кислотной обработки. Эта операция в процессе анализа монофракций не проводилась.
Плавочный технологический тип природного кварца характеризуется высокой прозрачностью, т.е. малым количеством флюидной фазы (газо-жидких включений).
Частичное удаление и разрушение газо-жидких включений, законсервированных внутри кварцевых зерен, осуществляется на стадии обогащения (термодробление, обжиг, обогащение в тяжелых жидкостях и т.п.) и в процессе плавки. Тем не менее, часть газо-жидких включений, особенно в мелких вакуолях, сохраняется в крупке и переходит в кварцевое стекло.
В связи с этим, объем и характер распределения газожидких включений в кварце является решающим генетическим фактором при разбраковке кварцевых объектов для плавки прозрачного кварцевого стекла.
Таким образом, при изучении кварцевых объектов, потенциально пригодных в качестве сырья для плавочного технологического типа, мы должны ориентироваться на следующие генетические особенности: - минимальное количество структурных примесей; - минимальное количество твердых минеральных примесей в кварцевой «руде»; - минимальное количество флюидной фазы (газово-жидких включений). Анализ именно этих особенностей позволит осуществить прогноз качества кварцевого сырья уже на ранних стадиях геологоразведочных работ и выделить объекты с ОЧК.
Содержание структурных (необогащаемых) примесей в кварце объективно отражает особенности его генезиса и может быть использовано в качестве критерия прогнозирования и оценки качества объектов на ОЧК. Для этой цели используются высокоточные методы ЭПР и ИК-спектроскопии, с помощью которых можно устанавливать содержание А1 - основной структурной примеси, составляющей около 80% от всей суммы примесей (Физические свойства..., 1975; Природный кварц..., 1985; Серкова, 1990). ЭПР метод определяет содержание структурного А1, компенсированного (ГҐ), ИК-спекгроскопия характеризует содержание структурного А1, компенсированного ионами Н и Na-LL
Концентрация структурно связанного алюминия в кварце снижается с падением температуры и при повышении давления в минералообразующей системе, что связано с положением кварцево-жильного поля относительно кровли гранитных массивов, относительно метаморфической зональности гнейсового блока или положения в зоне влияния крупных разломов, теплофлюидопроводников (Огородников, 1993; Страшненко, 2002). Использование методов ЭПР и ИК-спектроскопии дает возможность оценить предельную чистоту сырья (теоретический предел обогатимости), которую можно получить после удаления из него твердых минеральных примесей в результате глубокого обогащения.
Коэфициент светопропускания (Т%) отражает собой относительную величину количества газово-жидких включений, содержащихся в кварце. Водородсодержащие дефекты имеют большое значение в изучении типоморфизма кварца. На ИК-спектрах изученных типов кварца установлены следующие характеристические параметры (полосы поглощения): 3375 см 1 - ОН-(А1); 3440 см 1 - ОН-(АШа); 3475 см"1 -ОН-(АШ); 4640-3680 см"1 - HF-комплексы; диффузные линии 3220 см"1 -НгО в ГЖВ; 3440 см"1 - Н20 в аморфной фазе; 2350-2370 см1 - COz в ГЖВ и 2850-2920 см"1- СН3 -соединения в ГЖВ. Выявленные типоморфные признаки и характеристические параметры являются индикаторами условий формирования кварца и его последующие преобразования.
Минералого-технологическое картирование месторождений гранулированного кварца (на примере Кыштымского месторождения)
Дефекты кварцевого стекла при использовании различных типов кварцевого сырья и концентратов во многом обусловлены генетическими пороками, наследуемыми крупкой при рудоподготовке и обогащении, часто из-за нерационального выбора схем добычи и переработки, что делает проблематичной типизацию кварца по этим параметрам. Вместе с тем, для выбора рациональных схем необходимо расклассифицировать кварцево жильные тела, установить геолого-минералогические критерии для выделения технологических типов по обогатимости. По меткому выражению К. А. Грейса (1990): «... никогда не рано подумать над тем, как геологические факторы (минералогические, кристаллографические и др.) могут влиять на предполагаемый процесс обогащения».
Кварцевые метаморфические тектониты являются практически мономинеральными агрегатами кварцевых зерен и представляют собой весьма трудный объект для изучения, благодаря отсутствию каких-либо реперов пригодных для аналитического выделения особенностей их внутреннего строения, обусловленного, прежде всего, природной химической чистотой слагающих их кварца. Отсутствие в значительных количествах каких-либо примесей в кварце, привело к разработке специальных аналитических методов исследования кварцевого сырья, направленных на выявление и диагностику микроколичеств примесей (Жильный ...1969,1970;Мельников и др.,1990). Эти методы, как правило, дорогостоящие и использовать их в больших количествах в настоящее время не представляется возможным. В то же время, существующие методики пробоподготовки при производстве массовых анализов на кварц не позволяют в достаточной степени надёжно очистить кварц от микропримесей и определять качественные параметры кварцевого сырья.
На рис.69 представленно сравнение распределения содержаний основных элементов-примесей по результатам анализа рядовых проб и монофракций кварца на Кыштымском месторождении гранулированного кварца. Такое приводит к значительным искажениям фактических данных со всеми вытекающими отсюда последствиями.
В кварцевых метатектонитах говорить о «чистых» типах довольно трудно. Как правило, проводя типизацию кварцевого объекта, мы имеем в виду преобладающий в нем генотип кварцевого сырья. Это обусловлено полигенностью современного состояния кварцевых метатектонитов.
Существующие в настоящее время геолого-минералогические критерии выделения технологических типов включают в себя три основных элемента (Минералургия.. .,1990): - механические примеси и включения; - структурные примеси; - газово-жидкие включения.
В зависимости от содержания этих элементов в обогащенных кварцевых концентратах выделялись технологические типы (Минералургия..,1990;Мельников,1988;Емлин и др.,1988). Этот способ типизации кварцевого сырья широко использовался геологами ранее и используется в настоящее время. Однако в практике горно-эксплуатационных работ часто наблюдаются случаи, когда при весьма низких содержаниях элементов-примесей в кварцевых концентратах последние не пригодны для плавки прозрачного кварцевого стекла и промышленные объекты бракуются потребителями без объяснения причин.
В качестве геолого-минералогических критериев выделения технологических типов по обогатимости нами используются основные особенности гранулированного кварца, отражающие генезис последнего: - генерации кварцевых зёрен; - структурно-текстурные особенности; - взаимоотношение минералов-примесей с кварцевой матрицей.
Использование выделенных особенностей гранулированного кварца для целей минералого-технологического картирования не исключает привлечение других методов исследования.
По совокупности минералого-петрографических особенностей гранулированный (зернистый) кварц полностью попадает под определение «труднообогатимой руды». По мнению В.И.Ревнивцева (1982) в понятие «труднообогатимая руда» с точки зрения вещественного состава входят три основных компонента: - неблагоприятные для обогащения структурно-текстурные особенности руды; - наличие в рудах ассоциаций минералов с близкими физическими свойствами; - наличие минералов, или некоторых структурно-текстурных особенностей, нарушающих процесс разделения остальных минеральных компонентов.
Похожие диссертации на Уфалейский кварцево-жильный район
