CC BY
36
УДК 549.731.15+553.461
О ЯВЛЕНИЯХ МЕТАМОРФИЗМА ХРОМШПИНЕЛИДА ХРОМОВЫХ РУД НА ПРИМЕРЕ УРАЛА. КАМБУЛАТОВСКОЕ, ВЕРХНЕ-УФАЛЕЙСКОЕ И ВАРШАВСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ
О.А. Толканов, В.П. Чернобровым, В.Н. Ослоповских, И.Ю. Пашкеев
В статье продолжена характеристика метаморфогенних изменений рудного хромшпинелида в хромовых рудах уральских месторождений. Ме-таморфогенные изменения хромшпинелида Кам-булатовского, Верхне-Уфалейского (Южная залежь Песчанского месторождения Верхне-Уфалей-ской группы месторождений) и Варшавского месторождений описаны в минералого-технологи-ческих пробах хромовых руд, поступающих на ЧЭМК. Всего изучено 6 проб хромовой руды, по 2 пробы, весом 5-6 кг, с каждого месторождения.
Камбулатовское месторождение
Месторождение представлено двумя пробами сплошной хромовой руды массивной текстуры (соответственно № 1 и № 2 в таблице). Хромовая руда имеет простой минеральный состав: хром-шпинелид (80-85 %) и хлорит (15-20 %).
Хромппшнелид составляет зернистый агрегат с хлоритом. Размер зерен хромшпинелида 0,2-2 мм. Зерна хромшпинелида неравномерно катаклазиро-ваны, до размера отдельных обломков 0,01-1,5 мм. Наблюдаются линейные, взаимно пересекающиеся зоны тонко катаклазированного хромшпинелида. Метаморфизм хромшпинелида проявлен либо в виде кайм, развитых по обломкам первично-магматического хромшпинелида (рис. 1), либо в виде включений размером 0,01-0,1 мм (рис. 2). Химический состав первично-магматического и метаморфогенного хромшпинелида (см. таблицу, рис. 3) резко различен. Метаморфогенный хромшпинелид содержит меньше шпинелевой и больше магнетито-вой составляющих. Одновременно в метаморфо-генном хромшпинелиде уменьшается содержание минала магнезиохромита (в связи с выносом М§0) и несколько увеличивается содержание минала якобсита. Отражательная способность метаморфогенного хромшпинелида значительно выше чем у первично-магматического хромшпинелида. Хромшпинелид изученных проб Камбулатовского месторождения метаморфизован на 25-30 %.
Хлорит по данным рентгеноспектрального микроанализа (РСМА), содержит БеО = 0,98-1,14%; МяО = 35-41 %; Сг203 = 2,34 - 3,76 %; А1203 = = 10,5 — 10,8 %; БЮг = 35,2 - 36,1 %. Рассчитанные для двух анализов хлорита кристаллохимические формулы позволяют отнести хлорит к разновидностям хромового клинохлора-пеннина [7]:
(Ре+ 0,090 Mg 4,942) 5,032 (Сг 0,280 А10,565) 0,845
[А1 о.боо 8І 3,400] 4,000 (ОН) в;
(Ре+20,074 М8 5,549) 5,623 (СГ 0,168 А1 0,35і) 0,519 [А1 0,804 8І 3,19бЗ 4,000 (ОН) 8.
I 1Й (
Рис. 1. Катаклазированный хромшпинелид Камбулатовского месторождения. 1 - хромшпинелид первично - магматический; 2 - хромшпинелид метаморфогенный; 3 - хлорит. Отраженный свет
Верхне-Уфалейское месторождение
(Южная залежь Песчанского месторождения)
Две пробы (№ 3, 4) хромовой руды месторождения несколько различаются по количеству основного минерала - хромшпинелида. Проба № 3 содержит около 90 % хромшпинелида и 10 % хлорита, представляя собой сплошную хромовую руду массивной текстуры. Зерна первично-магматического хромшпинелида размером 0,05-4 мм в разной степени катаклазированы до размера обломков 0,01—1 мм. Плоскостные зоны тонкого дробления хромшпинелида шириной 0,2-1 мм проходят через весь образец.
Проба № 4 (образец № 4 в таблице) содержит 70-80 % хромшпинелида и 20-30 % хлорита, представляя собой густовкрапленную хромовую руду пятнистой текстуры. Пятнистая текстура обусловлена неравномерным распределением скоплений зерен хромшпинелида и хлорита. Зерна хромшпинелида размером 0,05-4 мм сильно катаклази-
рованы, до размера отдельных обломков 0,01-1 мм. Через весь образец проходят зоны тонкого дробления хромшпинелида шириной до 1-2 мм.
Характер метаморфизма хромшпинелида пробы № 3 морфологически сходен с метаморфизмом хромшпинелида Камбулатовского месторождения. По данным РСМА, в метаморфогенном хромшпи-нелиде возрастает содержание Сг203 в сравнении с первично-магматическим хромшпинелидом (см. таблицу, анализ № 12). Это вызывает повышение в метаморфогенном хромшпинелиде содержания минала феррохромита с одновременным снижением содержания минала магнетита. Хромшпинелид пробы метаморфизован на 5—10 %.
Рис. 2. Включения метаморфогенного хромшпинелида (2) в первично-магматическом хромшпинелиде (1). 3 - хлорит. Камбулатовское месторождение. Отраженный свет
Метаморфогенный хромшпинелид пробы № 4 имеет весьма разнообразную морфологию выделений, развиваясь по ослабленным зонам (нераскрытым и раскрытым трещинам) зерен первичномагматического хромшпинелида (рис. 4). Нередко метаморфогенный хромшпинелид нацело, или в виде участков тонкозернистых агрегатов, замещает первично-магматический хромшпинелид (рис. 5). В зонах милонитизации мелкие обломки хромшпинелида обычно нацело метаморфизованы.
Метаморфизм хромшпинелида пробы № 4, по данным РСМА, сопровождается:
• понижением содержания АЬ03;
• повышением содержания Сг203;
• неоднозначным поведением содержания МёО.
При этом в метаморфизованном хромшпинелиде уменьшается содержания миналов шпинели и
феррохромита, при увеличении содержаний миналов магнезиохромита, якобсита и магнетита.
Хромшпинелид пробы № 4 метаморфизован на 60-70%.
В целом для проб № 3, 4 метаморфизм хромшпинелида сопровождается увеличением его отражательной способности.
Хлорит в рудах заполняет межзерновые промежутки и раскрытые трещины в хромшпинелиде, образует включения в агрегатах метаморфизован-ного и первично-магматического хромшпинелида. По данным РСМА хлорит содержит 0,64 % БеО; 36,8% MgO; 2,48% Сг203; 10,0% А1203; 33,1 % БЮ2, что соответствует кристаллохимической формуле хромового пеннина [7]:
(Ре 0,053 М£ 5 401) 5,453 (Сг 0,193 А1 0,419) 0,612
[А10,742 3,25в] 4,000 (ОН) 8
Варшавское месторождение
Месторождение представлено двумя (№ 5, 6) сходными между собой пробами густовкраплен-ной хромовой руды. Зерна хромшпинелида размером 0,3-5 мм слагают зернистый агрегат, с меж-зерновыми промежутками, заполненными хлоритом. Трещиноватость зерен хромшпинелида преимущественно крупноблочная, с размером отдельных обломков 0,5-4 мм. Хлорит выполняет трещины в хромшпинелиде и образует многочисленные включения внутри зерен хромшпинелида.
Характер метаморфизма хромшпинелида Варшавского месторождения морфологически отличается от вышеописанных Камбулатовского и Верхне-Уфалейского месторождений. Метаморфизм хромшпинелида глубокий, реликты неизмененного (первично-магматического) хромшпинелида наблюдаются в центральных частях зерен (рис. 6), краевые зоны зерен хромшпинелида метаморфизованы. Иногда зерна и обломки хромшпинелида метаморфизованы нацело (рис. 7). Метаморфогенный хромшпинелид имеет неравномерную, несколько повышенную в сравнении с первично-магмати-ческим хромшпинелидом отражательную способность. Ме-таморфизованная зона зерна хромшпинелида насыщена закономерно ориентированными включениями хлорита (0,001—0,05 мм), реже - магнетита (0,001-0,01мм), еще реже встречаются вкрапленники гематита (0,001-0,02 мм) (см. рис. 5, 6). Граница между зонами первично-магматического и метаморфогенного хромшпинелида устанавливается не всегда. Метаморфогенный хромшпинелид, по данным РСМА* имеет крайне неоднородный химический состав (см. таблицу). Метаморфизм хромшпинелида сопровождается:
• выносом А1203;
• увеличением содержания Сг203;
• небольшим увеличением железистости;
• небольшим уменьшением содержания М§0.
В метаморфогенном хромшпинелиде уменьшается доля шпинелевого минала, увеличиваются со-
Серия «Металлургия», выпуск 5
Таблица
Химический состав хромшпинелида Камбулатовского, Верхне-Уфапейского и Варшавского месторождений (масс. %), по данным рентгеноспектрального микроанализа
Месторождение Камбулатовское Верхне-У фалейское Варшавское
№ пробы 1 2 3 4 5 6
Метаморфизм* п м п п п п м м п п м м п м п м п м п п п п м п м
№ анализа 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Компоненты
Сг203 58,9 57,9 61,1 58,3 56,2 55,2 56,6 53,9 58,0 55,8 55,7 60,2 46,8 52,3 45,8 61,1 46,7 54,0 42,4 41,2 41,0 42,5 58,4 41,5 55,4
А1203 8,60 2,51 9,50 9,69 11,4 11,6 2,17 2,27 12,3 13,4 5,54 4,91 24,0 11,5 24,4 6,57 24,4 7,61 23,3 23,0 23,4 22,4 6,16 20,7 12,0
Ре203 3,98 10,0 2,75 3,67 5,06 4,32 11,8 13,1 2,48 2,82 9,9 5,27 1,59 11,98 1,15 6,31 0,83 11,7 4,33 5,75 5,44 5,07 5,71 5,26 1,68
БеО 15,1 19,2 10,0 12,5 13,2 13,1 20,9 18,6 14,0 13,7 20,3 22,0 13,0 6,12 12,6 11,2 12,0 14,1 18,4 15,9 13,4 15,4 19,2 20,7 24,0
MgO 11,4 7,93 15,10 13,20 13,2 12,9 6,87 7,80 13,0 13,1 7,90 6,60 15,2 18,1 15,2 14,2 15,7 12,5 11,5 12,8 14,20 13,0 8,59 9,10 6,42
МпО 0,57 0,68 0,18 0,41 0,32 0,34 0,67 0,57 0,28 0,26 0,56 0,74 0,23 0,28 0,19 0,32 0,21 0,35 0,23 0,22 0,21 0,21 0,36 0,22 0,25
ТЮ2 0,18 0,18 0,17 0,22 0,12 0,13 0,10 0,08 0,12 0,10 0,15 0,10 0,30 0,25 0,27 0,28 0,33 0,32 0,40 0,38 0,33 0,37 0,18 0,30 0,17
Сумма 98,7 98,4 98,8 98,0 99,5 97,6 99,1 96,3 100,1 99,1 100,0 99,8 101,1 100,5 99,6 100,0 100,2 100,6 100,6 99,3 98,0 99,0 98,6 97,7 99,9
Магнезиохромит Мй0Сг203 38,63 33,62 54,74 45,58 41,65 40,60 28,94 34,13 38,75 37,53 27,22 22,27 26,93 64,30 26,58 55,34 28,79 45,02 10,84 17,79 24,01 19,95 29,78 4,45 8,07
Феррохромит Ре0Сг203 42,86 47,49 27,32 34,53 34,66 35,98 50,43 42,56 40,18 39,20 50,31 62,93 36,82 1,77 36,79 25,56 35,11 26,68 49,48 40,40 33,63 40,00 52,58 57,31 72,31
Шпинель Мй0А1203 12,15 3,56 13,41 13,79 15,98 16,58 3,06 3,28 17,14 18,86 7,73 6,87 33,13 15,96 34,20 9,17 33,97 10,56 32,33 32,33 33,34 31,58 8,72 29,54 16,71
Ульвит 2 БеО ТЮ2 0,51 0,51 0,48 0,63 0,34 0,37 0,28 0,23 0,34 0,28 0,42 0,28 0,83 0,70 0,76 0,78 0,92 0,89 1,11 1,07 0,94 1,05 0,51 0,86 0,48
Якобсит Мп0Ре203 1,88 2,25 0,59 1,36 1,05 1,13 2,20 1,92 0,91 0,85 1,82 2,41 0,74 0,91 0,62 1,04 0,68 1,13 0,74 0,72 0,70 0,69 1,19 0,73 0,81
Магнетит Ре0Ре203 3,95 12,54 3,44 4,07 6,32 5,28 15,09 17,73 2,68 3,27 12,50 5,24 1,54 16,36 1,05 8,10 0,52 15,71 5,50 7,68 7,34 6,73 7,20 7,06 1,62
0 3 §1
§ І
1
І Р >< ь
№ * Метаморфизм: «п» - хромшпинелид первично-магматический; «м» - хромшпинелид метаморфизованный.
і., Чернобровин В.П., О явлениях метаморфизма хромшпинелида
В.Н., Пашкеев И.Ю._____________________________________________________________________________________________________________хромовых руд на примере Урала...
Камбулатовское месторождение, хромшпинелид первично-магматический (анализ №6)
А1203
12%
ТЮ2 л
п 1 70/
МпО
0,34%
Сг203
58%
Верхне-Уфалейское месторождение, хромшпинелид первично-магматический (анализ №10)
А1203
14%
ТЮ2 л
0,10% Мё0 / 13%
МпО
0,26%
Сг203
56%
Варшавское месторождение, хромшпинелид первично-магматический (анализ №21)
ТЮ2 0,33%
А12Оз
24%
МиО
14%
МпО
0,21%
Камбулатовское месторождение, хромшпинелид метаморфогенний (анализ №7)
ТЮ
Ре203
12%
МпО
0,67%
Верхне-У фалейское месторождение, хромшпинелид метаморфогенный (анализ №12)
ТЮ,
МпО
0,74%
Сг2Оэ
60%
Варшавское месторождение, хромшпинелид метаморфогенный (анализ №23)
А12Оз
6%
ТЮ2 . . п 1 М80
МпО
0,36%
Сг203
60%
Рис. 3. Химический состав первично-магматического и метаморфогенного хромшпинелида (месторождения: Камбулатовское, Верхне-У фалейское, Варшавское)
Рис. 4. Метаморфогенные изменения первично-магматического хромшпинелида по трещинам и с краев зерен. Верхне-Уфалейское месторождение. 1 - первично-магматический хромшпинелид; 2 - метаморфо-генный хромшпинелид; 3 - хлорит. Отраженный свет
Рис. 5. Метаморфогенный хромшпинелид, участками замещающий первично-магматический хромшпинелид. Верхне-Уфалейское месторождение. 1 - первично-магматический хромшпинелид; 2 - метаморфогенный хромшпинелид; 3 - хлорит. Отраженный свет
Рис. 6. Реликты первично-магматического хромшпинелида в центральных зонах зерен метаморфогенного хромшпинелида. Варшавское месторождение. 1 - первично-магматический хромшпинелид; 2 - метаморфогенный хромшпинелид; 3 - магнетит {?); 4 -гематит; 5 - хлорит. Отраженный свет
Рис. 7. Метаморфогенный хромшпинелид Варшавского месторождения. 1 (2) - хромшпинелид, в различной степени метаморфизованный; 3 - магнетит (?); 4 -гематит; 5 - хлорит. Отраженный свет
держания феррохромитового и, частично, магнези-охромитового миналов. Содержание магнетитового минала изменяется без видимой закономерности.
Неравномерность отражательной способности свидетельствует о разнообразии химического состава образующегося метаморфогенного хром-шпинелида, что подтверждается при РСМА.
Метаморфические изменения хромшпинелида Варшавского месторождения сопровождаются появлением минералов железа в форме оксидов: магнетита (?) и гематита. «Магнетит» образует включения некристаллографической формы размером 0,001-
0,01 мм. По химическому составу «магнетит» содержит 2,85-3,52 % Сг203 (по данным РСМА). Отражательная способность хромсодержащего «магнетита» ниже окружающего хромшпинелида (более или менее метаморфизованного). Гематит образует редкие включения размером 0,001-0,02 мм, содержит, по данным РСМА, до 4,6 % Сг2Оэ и до 1,8 % А1203.
Химический состав хлорита хромовой руды Варшавского месторождения (по данным РСМА): БеО = = 0,49 - 3,19 %; М§0 = 27,7 - 37,0 %; Сг203 = 0,98 -
- 5,23 %; А1203 = 18,7 - 23,2 %; 8Ю2 = 25,7 - 33,6 %.
Рассчитанные кристаллохимические формулы позволяют отнести хлорит к разновидностям от хромсодержащего до хромового корундофиллита -прохлорита [7]:
№е '0,256 4,401) 4,658 (Сг 0,398 А1 0,965) 1,363
[А11,404 2,59б] 4,000 (ОН) а;
(Ге^~0,047 М8 4,915) 4,962 (Сг 0,069 А1 о,95в) 1,027
[А1 1,006 2,994] 4,000 (ОН) 8-
Обсуждение результатов и выводы
Хромшпинелид изученных проб хромовых руд Камбулатовского, Верхне-Уфалейского (Южно-Песчанская залежь) и Варшавского месторождений метаморфизован. Характер метаморфогенных изменений хромовых руд вследствие метаморфизма хромшпинелида в целом сходен с изменениями хромовых руд Верхне-Уфалейского (Волчьегорское и северо-западная залежь Песчанского месторождения) и Качкинского месторождений, отличаясь некоторыми особенностями:
1.При изменении химического состава зерен (участков) метаморфогенного хромшпинелида в сравнении с зернами (участками) первично-магматического хромшпинелида обогащение остаточным Сг203 происходит, вероятно, до определенной стадии метаморфизма, после чего Сг203 уже выносится
[2] (см. анализы № 1-8 в таблице).
2.Образованные в результате метаморфизма хромшпинелида метаморфогенные структуры хромовых руд сходны с описанными структурами руд Верхне-Уфалейского и Качкинского месторождений, отличаясь морфологическими и размерными характеристиками структурных элементов. Мета-морфогенный хромшпинелид формирует:
• каймы вокруг зерен и обломков первичномагматического хромшпинелида (каемчатая ме-таморфогенная структура)-,
• включения в первично-магматическом хром-шпинелиде (прожилково-вкрапленная метаморфогенная структура);
• сплошные замещения участков первичномагматического хромшпинелида (сплошная метаморфогенная структура');
• участки метаморфизма зерен и обломков первично-магматического хромшпинелида с образованием закономерных прорастаний хлорита в метаморфогенном хромшпинелиде {решетчатая метаморфогенная структура).
3.Наличие гематитизации (аналога мартити-зации магнетита [2]) хромшпинелида.
4. Наличие магнетитизации (?) хромшпинелида.
Факт магнетитизации хромшпинелида Варшавского месторождения в процессе метаморфизма нуждается в уточнении по двум причинам:
• исторически магнетитизация в процессе метаморфизма хромшпинелида была отвергнута А.Г. Бетехтиным [1];
• отражательная способность включений в метаморфогенном хромшпинелиде Варшавского месторождения, условно отнесенных нами к магнетиту, меньше вмещающего их хромшпинелида.
Данные исследователей относительно пределов вариаций отражательной способности хром-шпинелидов и магнетитов различного химического состава неполны, иногда противоречивы. Для хромшпинелида называются цифры значений отражательной способности К = 12 — 16 % [6], II = 13 -
— 17 % [8], Я = 10,0- 13,2 % [3, 5], Я = до 22,8 % (в метаморфизованных разностях, Абовян - 1957)
[3]. Для разновидностей магнетита называется не менее широкий спектр возможных значений: Л = = 14,8 - 20 % (в зависимости от содержания примесей Сг и А1) [8], II = 26,6 - 32,0 % (в зависимости от содержаний М§0 и А1203) [4]. Приведенные данные позволяют допустить возможность совместного нахождения метаморфогенного хромшпинелида и метаморфогенного магнетита с отмеченным соотношением отражательных способностей. Данные химического состава включений (РСМА) и результаты травления аншлифа в соляной кислоте (минерал травится в соляной кислоте с переходом в раствор железа и незначительного количества Сг3+) позволяют с большой долей уверенности диагностировать магнетит, возможно с примесью молекулы маггемита, однако нельзя исключить более сложный минеральный состав описанных существенно железосодержащих включений. Например, возможно присутствие гётита, с чем может быть связано понижение отражательной способности включений.
1 Термин «сплошной» употреблен при характеристике строения минеральных агрегатов в количественном отношении (в противоположность термину «вкрапленный»). Термин «массивный», употреблен для характеристики однородности (равномерности) строения мине-рального агрегата.__________________________________
С присутствием в хромовых рудах Варшавского месторождения свободных оксидных минеральных форм железа метаморфогенного происхождения связывается уменьшение температуры начала карботермического восстановления руд при их технологическом переделе. Вместе с химическим составом хромшпинелида и степенью его окисленно-сти (т.е. отношением Ре203/Ре0 в хромшпинелиде), оксидные минеральные формы железа повышают скорость и понижают температуру восстановления хромовых руд.
Из-за пониженного отношения Сг/Те в хромшпинелиде и, соответственно, в рудах, получается высокоуглеродистый (передельный) феррохром с пониженным содержанием хрома в металле.
За время практического использования хромовых руд уральского региона на ЧЭМК (1996— 1999 гг.) создан термин: уральские хромовые руды. Одним из результатов изучения вещественного состава хромовых руд различных месторождений Урала стало понимание относительной условности объединения хромовых руд разных месторождений Урала в одном термине. Хромовые руды уральских месторождений весьма неоднородны по составу и строению как при сравнении различных месторождений, так и в пределах одного отдельно взятого месторождения, что требует дифференцированного подхода при их технологической переработке.
Литература
1.Бетехтин А.Г. Шорджинский хромитоносный перидотитовый массив (в Закавказье) и генезис месторождений хромистого железняка вообще// Хромиты СССР. -М., 1937. - Т. 1. - С. 1-156.
2. Кашин С.А. Метаморфизм хромшптелидов в хромитовых месторождениях Верблюжьих гор (на Южном Урале)//Хромиты СССР. — М., 1937. -Т. 1.- С. 251-338.
3. Павлов Н.В., Кравченко Г.Г., Чупрынина И.И. Хромиты Кемпирсайского плутона. - М.: Наука, 1968. -197 с.
4.Пономарева МН., Павлов Н.В. Об отражательной способности минералов изоморфного ряда магнетит - магнезиоферрит// Геология рудных месторождений. -1964. -№ 1. - С. 99—101.
5.Пономарева М.Н., Павлов Н.В., Чупрынина И.И. Определение состава некоторых минеральных видов хромшпинелида по показателям отражения// Геология рудных месторождений. -1964. -№ 3.-С. 103-106.
6. Рамдор П. Рудные минералы и их срастания. -М.: ИЛ, 1962. -1132 с.
7.Сердюченко Д.П. Хлориты, их химическая конституция и классификация. - Труды Ин-та геол. наук АН СССР, Минералого-геохимическая серия. -1953. — Вып. 140. -№14,- 338 с.
8. Справочник-определитель рудных минералов в отраженном свете/ Т.Н. Чвилева, М.С. Безсмертная, Э.М. Спиридонов и др. - М.: Недра, 1988.-504 с.
