ГЕОХИМИЯ, 2012, № 9, с. 1–16

Description
ГЕОХИМИЯ, 2012, № 9, с. 1–16

Please download to get full document.

View again

of 16
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Comics

Publish on:

Views: 7 | Pages: 16

Extension: PDF | Download: 0

Share
Tags
Transcript
  ГЕОХИМИЯ, 2012, № 9, с. 1–16  1 ВВЕДЕНИЕГидротермальнометаморфогенные безрудные кварцевые жилы и связанные с ними хруста леносные гнезда широко развиты в пределах складчатых областей и щитов. Их формированиевызвано, главным образом, процессами регионального метаморфизма, часто проявлявшимисянеоднократно. Жильный кварц и горный хрустальхарактеризуются широкими вариациями конституционных особенностей и свойств, обусловленными разнообразием геологических и физикохимических условий минералообразования. К числу основных кварцевожильных провинций, имеющих промышленное значение, относятся Припо лярноуральская, Южноуральская, Прибайкальская. Месторождения жильного кварца и горногохрусталя имеются также в Бразилии (район Минас Жераис), Индии, Мадагаскаре, США (район Аппалачей) и др. Жильный кварц и горный хрустальпредставляют собой высококачественное сырье для синтеза монокристаллов и наплава кварцевого стекла. Бездефектные прозрачные моноблокииспользуются как пьезооптическое сырье.В жильном кварце и горном хрустале присутствуют различные элементыпримеси, такие как  Al, Сa, Fe, Mn, Cu, Mg, Na, K, Li и др. Содержаниепримесей отражает условия минералообразования и является важнейшим показателем качества ЭЛЕМЕНТЫПРИМЕСИ В КВАРЦЕГИДРОТЕРМАЛЬНОМЕТАМОРФОГЕННЫХ ЖИЛ ПРИПОЛЯРНОУРАЛЬСКОЙ ПРОВИНЦИИ © 2012 г. С. К. Кузнецов, Е. Н. Светова, С. Н. Шанина, В. Н. Филиппов Институт геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН 167982 Сыктывкар, ул. Первомайская, 54; enkotova@rambler.ru Поступила в редакцию 14.09.2010 г.Принята к печати 02.08.2011 г. Проведено изучение жильного кварца Приполярного Урала с использованием методов атомнойэмиссионной спектрометрии, газовой хроматографии, электронного парамагнитного резонанса,электронной микроскопии. По данным атомноэмиссионного анализа суммарное содержание Al,Fe, Mg, Ti, Ca, Na, K и других элементовпримесей в кварце колеблется от 8 до 47 ppm. Самое низкоесодержание примесей характерно для гранулированного кварца. Гигантозернистый молочнобелыйкварц отличается более высоким содержанием примесей, в частности, Na, K, Ca, что обусловленоприсутствием газовожидких включений. В мелкозернистом кварце в связи с мельчайшими минеральными включениями устанавливаются повышенные содержания Ca, Fe, K, Mg, Ti. Методом хроматографии в составе газовой фазы, выделяющейся из кварца при его нагревании, фиксируютсяН 2 О, СО 2  и другие компоненты. Содержание Н 2 О достигает 429 мкг/г, СО 2  – в большинстве случаевне превышает 20 мкг/г. Наиболее интенсивное газоотделение происходит в температурном интервале от 100 до 600 ° С при растрескивании газовожидких включений, что особенно характерно длягигантозернистого молочнобелого кварца. В высокотемпературной области до 1000 ° С газоотделение продолжается, но становится значительно слабее. При электронномикроскопическом изучении кварцевых зерен, прошедших кислотную обработку, на их поверхности наблюдаются каверныразной формы и величины, обусловленные частичным растворением кварца, вскрытием близповерхностных газовожидких и минеральных включений, однако их полного удаления не происхо дит. В кристаллической структуре кварца присутствуют Al, Ge, Na, Li, отмечаются Ti, Fe. Наиболеенизкие содержания алюминиевых и германиевых парамагнитных центров характерны для гранулированного (перекристаллизованного) и мелкозернистого кварца. В гигантозернистом кварце,включая его прозрачные разности, и кристаллах кварца, особенно дымчатоцитриновых, содержание структурных примесей выше. Потенциально перспективным сырьем Приполярноуральскойпровинции для получения особо чистых кварцевых концентратов является гранулированныйкварц. Качество слабопрозрачного крупногигантозернистого кварца, составляющего основнуючасть промышленных запасов, ограничивается присутствием газовожидких включений, что обусловливает необходимость глубокого обогащения исходного сырья. Ключевые слова: кварц, горный хрусталь, элементыпримеси в кварце, гидротермальнометаморфогенныежилы, газовожидкие включения, атомноэмиссионная спектроскопия, ЭПР, Приполярный Урал. П Р О В Е Р Е Н О  К О Р Р Е К Т О Р О М . М а т е р и а л  о т п р а в л е н  н а  с о г л а с о в а н и е   2 ГЕОХИМИЯ № 9 2012 КУЗНЕЦОВ и др. кварцевого сырья. Имеются обширные сведенияоб элементах примесях в жильном кварце и горном хрустале различных районов и месторождений, в том числе приполярноуральских, полученные в основном химикоспектральным методом,выполнены люминесцентные, спектроскопические и электронномикроскопические исследования [1–16 и др.]. Экспериментально установленазависимость состава и содержания элементовпримесей в кварце от некоторых физикохимических параметров кристаллизации [17, 18 и др.].Тем не менее, существует целый ряд вопросов, касающихся формы нахождения примесей в кварце, присутствия микровключений, соотношенияструктурных и неструктурных примесей и др. [19и др.]. В последнее время изучение элементовпримесей в жильном кварце приобретает особуюактуальность в связи с проблемой получения промышленных высококачественных кварцевых концентратов [20–22].Целью настоящей работы является установление особенностей состава и содержания структурных и неструктурных элементовпримесей восновных типах жильного кварца приполярно уральских месторождений с использованиематомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICPАES), методовэлектронной микроскопии, газовой хроматографии, электронного парамагнитного резонанса,выделение наиболее чистых разностей кварца.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯО КВАРЦЕВЫХ ЖИЛАХ Приполярноуральская провинция жильногокварца и горного хрусталя находится в пределах Центральноуральского поднятия. Она охватываетзападный и восточный склоны ПриполярногоУрала и протягивается с юга на север на расстояние около 150 км (рис. 1). Здесь выделяется складчатонадвиговая структура, хорошо известная как  Ляпинский антиклинорий или Кожимское поперечное поднятие. В геологическом строении региона участвуют в разной степени дислоцированные и метаморфизованные осадочные, вулканогенные и интрузивные образования. В пределах провинции известно около 200 кварцевожильнохрусталеносных проявлений и месторождений. К наиболее крупным из них относятся Желанное, Додо, Пуйва, Омегашор, Николайшор и др.Кварцевые жилы Приполярного Урала разнообразны по условиям залегания, форме, строению и минеральному составу [23–25 и др.]. По отношению к сланцеватости вмещающих породони делятся на согласные и секущие. Форма жилбывает линзовидной, плитовидной, сетчатой.Многие жилы имеют сложную форму изза изгибов, ступеней, раздувов, апофиз. Мощность жилколеблется в очень широких пределах, достигаянескольких десятков метров. Наиболее мощные жилы характерны для массивных пород, в частности, кварцитов. Контакты жил с вмещающимипородами, как правило, резкие. Породы околосогласных жил часто интенсивно рассланцованы,а сами контакты нарушены. В зальбандах наблю даются борозды скольжения. Многие кварцевые жилы хрусталеносны. Хрусталеносные гнезда чаще всего наложены на жилы, занимающие секущее положение относительно сланцеватости вмещающих пород. Местоположение хрусталеносных гнезд контролируется трещинами, зонами дробления. Они располагаются как внутри, так ив зальбандах жил на контакте с вмещающими породами. Жильный кварц неоднороден по текстурноструктурным особенностям и прозрачности. Вы деляется несколько его разностей или типов.Прежде всего, это крупногигантозернистыйкварц, который может быть как молочнобелым,слабопрозрачным, так и высокопрозрачным, по добным горному хрусталю. Выделяются такжегранулированный кварц и первично мелкозернистый кварц. В настоящее время промышленноезначение имеют крупногигантозернистый прозрачный кварц и горный хрусталь, запасы которых оценены на ряде месторождений.Крупногигантозернистым молочнобелымили слабопрозрачным кварцем сложено большинство жил, залегающих в породах разного состава и возраста, занимающих как согласное, так и секущее положение относительно структурсланцеватости. Это типичные жилы выполнения.В основной массе молочнобелого кварца почтивсегда присутствуют реликтовые прозрачные участки, лишенные минеральных и газовожид Рис. 1.  Схема геологического строения и размещение основных кварцевожильнохрусталеносных месторожденийПриполярноуральской провинции. 1  – ордовикские отложения: кожимская, саледская, обеизская свиты (известняки, серицитхлориткварцевые сланцы, песчаники, кварцитопесчаники, гравелиты, конгломераты); 2   – рифейвендские отложения: маньхобеинская,щокурьинская, пуйвинская, хобеинская, мороинская, саблегорская, лаптопайская свиты (гранатмусковитальбиткварцевые, мусковитхлориткварцевые, филлитовидные сланцы, прослои и линзы кварцитов, мраморов, кислые иосновные эффузивы, туфы); 3   – нижнепротерозойский няртинский гнейсомигматитовый комплекс; 4   – риолиты; 5  – граниты; 6   – гранодиориты; 7   – габброиды; 8   – разрывные нарушения; 9   – кварцевожильнохрусталеносные месторождения; 10 – основные кварцевожильнохрусталеносные проявления; 11  – контуры кварцевожильной провинции, площадь развития крупногигантозернистого жильного кварца; 12   – площадь развития стекловидного кварца; 13  – площадь развития гранулованного кварца; 14   – граница западного и восточного склонов Приполярного Урала.  ГЕОХИМИЯ № 9 2012 ЭЛЕМЕНТЫПРИМЕСИ В КВАРЦЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНОМЕТАМОРФОГЕННЫХ ЖИЛ356 ° 64 ° 66 ° ВоркутаПечораИнта0100 км O 1–2 RV PR  1 66 ° 56 ° 64 ° PR  1 O 1–2 RV PR  1 RV O 1–2 020 км 12 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14   4 ГЕОХИМИЯ № 9 2012 КУЗНЕЦОВ и др. ких включений. Форма их в срезах линзовидная,изометричная, сложная. Величина достигает 10–15 см. Распределение прозрачных участков в пре делах жил неравномерное. В одних случаях онираспределены хаотично, в других – тяготеют к центральным частям жил или наоборот – к зальбандам.В сланцевых толщах встречаются согласные жилы линзовидной формы с прозрачным крупногигантозернистым часто слабодымчатым кварцем (такойкварц обычно называется стекловидным), которыйзанимает значительную часть их объема, а некоторые жилы сложены им полностью.Преимущественно в пределах высокометаморфизованного нижнепротерозойского няртинского комплекса и его ближнего сланцевого обрамления, развиты согласные жилы с гранулированнымкварцем. Грануляция обусловлена проявлениемпроцессов метаморфизма и развивается по крупногигантозернистому пластически сильно деформированному кварцу. В разных породах, особенно в серицитхлориткварцевых сланцах рифея, а также в кристаллических сланцах и гнейсах раннего протерозоя, часто наблюдаются многочисленные небольшие согласные слоистости пород (иногда не совпадающей со сланцеватостью) жилы и прожилки, сложенные мелкозернистымсерым кварцем, образование которых обычносвязывается с процессами метаморфической дифференциации пород.В гранулированном и, особенно, первичномелкозернистом кварце присутствует довольнобольшое количество минеральных примесей,представленных мусковитом, хлоритом, полевымшпатом, кальцитом, гематитом, ильменитом, пиритом и др. Они располагаются между кварцевыми зернами, но иногда находятся внутри них. В жилах, сложенных крупногигантозернистымкварцем, минеральных примесей значительноменьше.Горный хрусталь представляет собой прозрачные хорошо ограненные кристаллы кварца, детально описанные в ряде работ [3 и др.]. В крупных гнездах встречаются индивиды массой до нескольких сотен килограммов. В естественномсостоянии они бесцветны, либо обладают радиационной дымчатой, цитриновой, аметистовойокраской. После искусственного облучения бесцветные кристаллы кварца окрашиваются, аплотность естественной окраски возрастает. В зависимости от радиационной окраски выделяются дымчатые, дымчатоцитриновые кристаллы иаметист, различающиеся по форме, строению, составу, свойствам. В хрусталеносных гнездах в большом количестве присутствуют хлорит, серицит, часто отмечаются карбонаты, турмалин, рутил, гематит и многие другие минералы. Нередко онинаблюдаются в кристаллах кварца в виде включений, захваченных во время кристаллизации.Формирование кварцевых жил приполярно уральских месторождений происходило на разных этапах геологического развития региона всвязи с проявлением гидротермальнометаморфогенных процессов в позднем докембрии и па леозое [3, 25 и др.]. К наиболее древним можноотнести жилы мелкозернистого кварца. Затемсформировались жилы, сложенные гигантозернистым кварцем, согласные сланцеватости пород. Под действием процессов метаморфизма впределах няртинского комплекса и его обрамления гигантозернистый кварц был в значительнойстепени гранулирован. Самыми молодыми являются хрусталеносные кварцевые жилы, занимающие секущее положение по отношению к сланцеватости пород и часто пересекающие другие типы жил. Вначале произошло образование жил, апозднее – хрусталеносных гнезд, возраст которых по изотопногеохронологическим данным составляет около 240 млн. лет, что соответствуетпермитриасу. Этому времени отвечает региональный метаморфизм зеленосланцевой фации,которым были охвачены все породы региона.МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ Для исследований использовались пробы жильного кварца и горного хрусталя массой от 0.5 до 3 кг, отобранные авторами с различных месторождений Приполярного Урала (Желанное, НиколайШор, ИгШор, Хасаварка, ЦентральныйПарнук, Додо, Пуйва и др.). Пробы дробились вметаллической дробилке, отсеивалась крупкафракции 0.5–0.25 мм. Методом ICPАES (cпектрометр VISTAPRO) в пробах основных типов жильного кварца (гигантозернистом слабопрозрачном, прозрачном реликтовом, стекловидном,гранулированном, мелкозернистом и в горномхрустале) определялось валовое содержание элементовпримесей: Al, B, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mg,Mn, Na, Ti (ОАО Полярный кварц, Москва). Ана лизировалась исходная крупка жильного кварца игорного хрусталя, полученная при дроблении ипросеивании, и та же крупка, последовательноподвергшаяся магнитной сепарации и кислотнойобработке. Проводилась пятикратная магнитнаясепарация проб. Затем пробы подвергались двойному выщелачиванию в 26% плавиковой кислотепри 95 ° С (в течении часа), промывались в дистил лированной воде до нейтральной реакции и высушивались. Чувствительность определения содер жания элементовпримесей достигала 0.001 ppm,погрешность измерений – 30%. Использовалисьмеждународные стандарты R404 BCSSRM313/1,а также внутренние лабораторные стандарты(кварцевая крупка Iota4 и др.). Внешний контроль осуществлялся лабораториями Toshiba Ceramics, Japan Super Quartz и др. Методом газовойхроматографии оценивалось содержание газов,  ГЕОХИМИЯ № 9 2012 ЭЛЕМЕНТЫПРИМЕСИ В КВАРЦЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНОМЕТАМОРФОГЕННЫХ ЖИЛ5 выделяющихся из кварцевой крупки при ее нагревании. Измерения выполнены на хроматографеЦвет800, оснащенном пиролитической приставкой. Пиролиз образцов проводили в кварцевомреакторе [26] при поинтервальном (100–600 и600–1000 ° С) нагреве навески массой 500 мг, предварительно промытой в дистиллированной воде.В качестве газа носителя использовался гелий. Наначальном этапе анализа навески образцов, помещенные в кварцевый реактор, продувались втоке гелия при 100 ° С в течение 30 мин для удаления воздуха и воды, сорбированных стенкамипробирки и поверхностью кварцевых зерен. Дляколичественных определений использовалисьстандартные газовые смеси с известной концентрацией газов, относительная погрешность измеренийсоставила 16%. Обработка хроматограмм осуществ лялась с помощью программы TWS– MaxiChrom . Сцелью выявления микровключений кварцеваякрупка просматривалась на сканирующем электронном микроскопе JSM6400 с возможностью увеличений от 10 до 300000 раз, оснащеннымэнергодисперсионным спектрометром фирмы“Link”. Изучение структурных примесей прово дилось методом электронного парамагнитногорезонанса (ЭПР). Оценивалось содержание алюминиевых и германиевых парамагнитных центров[27]. Учитывая имеющиеся методические рекомендации, активация парамагнитных состояний дефектов осуществлялась путем предварительноготермического и радиационного воздействия накварц [27, 13 и др.]. Образцы кварца отжигались впечи трубчатой конструкции с автоматическойрегулировкой температуры. Облучение произво дилось в СПбГТИ(ТУ) на установке MPX  γ 20,изотоп – 60 Со. Для выявления алюминиевых центров кварцевая крупка отжигалась в течение часапри 500 и 1000 ° С, а затем облучалась гамма лучами дозой 30 Мрад. Для активации германиевых центров пробы прогревались в течение часа при500 ° С и облучались дозой 0.5 Мрад. СпектрыЭПР алюминиевых и германиевых центров регистрировались на серийном спектрометре Хдиапазона SE/X2547 (RadioPAN, Польша) в порошковых препаратах кварца навеской 100–200 мгпри температуре 77 и 300 К, соответственно.Оценка содержаний парамагнитных центров(спин/г) производилась с использованием отрас левых кварцевых эталонов (ВИМС). Погрешность измерений составляет около 20%.СОДЕРЖАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВПРИМЕСЕЙВ табл. 1 приведены полученные нами результаты ICPАES анализа проб основных типов жильного кварца и горного хрусталя. Во всех пробах исходного кварца доминирует Fe, что в значительной мере обусловлено их техногенным загрязнением при дроблении. Наиболее загрязненным элементамипримесями, особенно Fe, Al,Mg, Ti, Ca, Na, K, является мелкозернистыйкварц, содержащий большое количество визуально наблюдающихся минеральных включений:кальцита, гематита, ильменита, полевых шпатов,слюд и др. Они находятся между кварцевыми зернами, в срастаниях с ними или внутри них. В других типах кварца содержание элементовпримесей значительно ниже. Преобладают техногенноеFe и Al. Для гигантозернистого молочнобелогокварца характерно относительно высокое содер жание Na. Это связано с многочисленными газовожидкими включениями. В прозрачных разностях гигантозернистого кварца и горном хрустале, для которых газовожидкие включения менее характерны, содержание Na значительно ниже.Магнитная сепарация приводит к заметному снижению содержания практически всех примесей в кварце. В десятки раз падает содержание Feв связи с удалением техногенных металлических частиц, гематита и других магнитных минералов.Наблюдается также уменьшение содержания Ti,Ca, Cr, Cu, Mn. Вероятно, вместе с гематитом и другими магнитными частицами удаляются, находящиеся в сростках с ними кальцит, ильменит,пирит и другие минералы. В то же время, существенного понижения содержания Al, Na, K, Li непроисходит.Кислотная обработка проб, выполненная после магнитной сепарации, ведет к дальнейшему снижению содержания всех элементов примесей.Сильно понижается содержание Fe, Ca, Cu, K, Naи других примесей. Очевидно, что под действиемкислотной обработки происходит удаление нетолько минеральных, но и части газовожидких включений за счет растворения кварца вдоль трещин, к которым они часто приурочены. Обращает на себя внимание Li, содержание которого вовсех типах кварца в ходе магнитной сепарации икислотной обработки проб остается почти неизменным. При этом наиболее высокое содержаниеLi характерно для горного хрусталя. Можно полагать, что Li в кварце находится преимущественнов структурной форме.Минимальным содержанием элементовпримесей характеризуется гранулированный (перекристаллизованный) кварц. Суммарное содержание примесей в таком кварце после магнитной сепарации и кислотной обработки составляет около8 ppm. Низкое содержание примесей свойственнотакже прозрачным разностям жильного кварца игорному хрусталю. В гигантозернистом молочнобелом кварце остается довольно высоким содер жание Na и K, вероятно, за счет мельчайших газовожидких включений, находящихся в глубинезерен. Мелкозернистый кварц по сравнению с другими типами кварца даже после кислотной об
Related Search
Similar documents
View more...
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks