CC BY
88
Труды Карельского научного центра РАН № 3.2012. С. 37-55
УДК549.514 51 +553,623.7(470.22)
КАРЕЛО-КОЛЬСКАЯ КВАРЦЕНОСНАЯ ПРОВИНЦИЯ
Л. А. Данилевская
Институт геологии Карельского научного центра РАН
Приведены результаты изучения кварцевого сырья Карело-Кольского региона за последние 15 лет. Представлена систематизация генетических типов кварцевых образований региона. На основе детальных минералого-технологических исследований основных перспективных объектов кварцевого сырья сделаны выводы о качестве сырья и возможных областях применения. Определены наиболее важные задачи по дальнейшему изучению кварцевого сырья региона. Сделан вывод о перспективности освоения Карело-Кольского региона как кварценосной провинции.
Ключевые слова: кварцевое сырье, Карело-Кольская кварценосная провинция, генетический тип, минералого-технологические исследования, высокочистые концентраты.
L. A. Danilevskaya. KARELIAN-KOLA QUARTZIFEROUS PROVINCE
The results of studies of quartz raw material in the Karelian-Kola region over the past 15 years are reported. The genetic types of quartz formations in the region have been systematized. Having carried out detailed mineralogical and handling studies of the most promising sources of quartz raw material we drew conclusions about the quality of the raw materials, and their potential applications. The priority tasks for further investigation of quartz raw materials in the region are defined. It is argued that the Karelian-Kola region is a promising quartziferous province for the mining industry.
Key words: quartz raw material, Karelian-Kola quartziferous province, genetic type, mineralogical and handling studies, high purity concentrates.
Введение
Кварцевое сырье является одним из важнейших видов минерального сырья с широким диапазоном использования более чем в 20 отраслях промышленности. Кроме того, оно входит в четвертую группу перечня стратегических видов сырья, наряду с и, Мп, Сг. В целом под «кварцевым сырьем» следует подразумевать кварцсодержащие породы, которые могут рассматриваться как потенциальные источники получения кварцевых концентратов средней и
повышенной чистоты: мономинеральные
(жильный кварц, ядра и блоки пегматитового кварца - традиционные типы сырья); полими-неральные (кварциты, кварцсодержащие сланцы и т. п. - нетрадиционные типы сырья).
В настоящее время отечественная промышленность обеспечена на длительную перспективу рядовым кварцевым сырьем (для варки различных стекол, синтеза искусственных кристаллов) [Ярмак, Турашева, 1998; Борисов и др., 2004]. Наиболее дефицитным (с постоянным ростом потребления в среднем
0
5-8 % в год) является кварцевое сырье, пригодное для получения кварцевых концентратов высокой и ультравысокой чистоты (с суммарным содержанием элементов-примесей <100 ppm и <30 ppm), которые используются для производства плавленого кремнезема, поли- и монокристаллического кремния [Шат-нов, Тигетова, 2004; Белоусова, Петров, 2010 и др.]. Дефицит данных видов кварцевого сырья, наблюдающийся как в России, так и во всем мире, обусловлен возросшими требованиями к качеству кварцевых продуктов и существующей монополией в этой отрасли американской компании Unimin (90 % рынка) [Белоусова, Петров, 2010], запасы сырья у которой ограничены.
Россия по числу разведанных запасов кварцевого сырья является одной из лидирующих стран в мире - запасы гранулированного и прозрачного кварца составляют 4,6 млн т, однако отсутствие подготовленного фонда сырья для производства высокочистых концентратов (ВЧК) значительно снижает интенсивность их освоения [Турашева, 2004; Шатнов, Тигетова, 2004]. В связи с этим первоочередными задачами являются: переоценка существующей минеральносырьевой базы кварца с учетом современных требований промышленности к ВЧК; поиск новых, в том числе нетрадиционных, типов кварцевого сырья; совершенствование технологий переработки кварцевого сырья; разработка методик прогнозирования качества кварцевых продуктов на стадии проведения поисково-разведочных работ [Борисов и др., 2004; Серых и др., 2004 и др.]. На территории России выделяют четыре кварценосные провинции: 1 - Уральскую (с Приполярно-Уральской и Южно-Уральской субпровинциями), 2 -Карело-Кольскую, 3 - Прибайкальскую, 4 -Южно-Якутскую. Наибольшее количество разведанных запасов и ресурсов кварцевого сырья находится в пределах Уральской провинции. На долю Карело-Кольской провинции приходится около 6 % учтенных запасов и ресурсов кварцевого сырья для плавки прозрачного кварцевого стекла [Борисов и др., 2011].
Проводившиеся в последние 15 лет в Институте геологии работы по изучению кварцевого сырья на территории Карело-Кольской кварценосной провинции показали, что помимо традиционно известных месторождений пегматитов Беломорско-Лапландской пегматитовой провинции, жильного гранулированного кварца месторождения Перчатка и Кейвского кварцевожильного района, можно выделить целый ряд объектов кварцсодержащих пород, пер-
спективных для получения ВЧК и других востребованных кварцевых продуктов [Данилевская и др., 2004; Данилевская, Щипцов, 2007 и др.]. Ресурсный потенциал Карело-Кольской кварценосной провинции может быть значительно расширен за счет вовлечения в процесс освоения новых перспективных объектов, за счет комплексной оценки многокомпонентных руд, а также с использованием новых подходов в обогащении кварцевого сырья, в том числе нетрадиционных типов.
Генетические типы кварцевого сырья
Исследование генетической принадлежности проявлений кварцевого сырья является важным моментом в их изучении. Содержание этих исследований позволяет раскрыть понятие о природе кварцеобразующих растворов, их геохимической специфике, процессах вторичных изменений, что является важным фактором при разработке критериев прогноза и поисков месторождений кварцевого сырья, а также при оценке его минералого-технологиче-ских особенностей и обогатимости.
Классификации месторождений кварцевого сырья по генетическим признакам разрабатывались различными исследователями [Ермаков, 1958; Лазько, 1958; Гудков, 1967; Карякин, Смирнова, 1967; Минерагения..., 1977; Емлин и др., 1988]. Общая систематика кварцевых образований по формационному принципу была представлена Е. П. Мельниковым [Геология., 1988]. Онтогенический подход в классификации жильного кварца Урала предложен Ю. А. Поленовым [2008]. Детальная классификация природных типов жильного кварца, основанная на степени перекри-сталлизованности первичного кварца, была представлена Г. И. Крыловой [2001].
На основе исследованных геологических условий формирования кварцевых образований, их минералого-петрографических и геохимических особенностей впервые проведена систематизация всех изученных в разной степени кварцсодержащих пород Карело-Кольского региона, в основу которой были положены формационные принципы классификации эндогенных и экзогенных серий Е. П. Мельникова, а также онтогенические принципы, учитывающие полигенность развития кварцсодержащих пород и позволяющие проследить историю формирования кварца с учетом его генезиса и последующих преобразований в результате рекристаллизации и перекристаллизации, заложенные в классификации жильного кварца Ю. А. Поленова (табл. 1). Выделены разновидности кварца на основе особенностей его мик-
роструктуры, которые отражают степень деформации и перекристаллизации кварца, что в свою очередь определяет качественные характеристики сырья. На данный момент нет однозначных датировок возраста ряда кварцевых
образований, об их приуроченности к определенным геологическим процессам можно судить только по косвенным признакам, в связи с этим в систематизации кварцевых образований временной фактор не учитывается.
Таблица 1. Генетические типы кварцевого сырья Карело-Кольской кварценосной провинции
Генетический тип
Подтип
Степень деформации и перекристаллизации(разновидность)
Месторождение,
проявление
Пегматитовый
Метаморфогенно-
пегматитовый
Магматогенно-
гидротермальный (с
наложенными
метасоматическими
изменениями)
Метаморфогенно-
гидротермальный
Метаморфогенно-
метасоматический
Метаморфогенно-
осадочный
Эндогенная серия
Керамические пегматиты (первично-зернистый) Мусковит-керамические пегматиты (первично-и вторично-зернистые,частично перекристаллизованные) Мусковитовые пегматиты (вторично-зернистый перекристаллизованный) Мусковит-редкометалльные пегматиты (вторичнозернистый,
перекристаллизованный) Жильный золоторудный (первично-зернистый, частично
перекристаллизованный)
Жильный первично-зернистый (молочно-белый)
Жильный частично
перекристаллизованный
(переходный)
Жильный первично-зернистый
динамометаморфизованный
(стекловидный)
Жильный вторично-зернистый рекристаллизованный, в том числе гранулированный
Кварц-кианитовые
метасоматиты
Кварц-мусковитовые
метасоматиты
Кварцитовый
Перекристаллизованные
кварциты
Рекристаллизованный в условиях ЭАмФ
Слабо перекристализованный Перекристаллизованный в условиях ЗФ
Интенсивно перекристаллизованный в условиях ЭАмФ и АмФ Интенсивно перекристаллизованный с наложенной вторичной рекристаллизацией в условиях ЭАмФ Экзогенная серия
Эрозионно-осадочный | Прибрежно-морские россыпи |________________________________
Деформированный
Деформированный, слабо рекристаллизованный
Слабо деформированный, слабо рекристаллизованный Интенсивно деформированный Интенсивно деформированный, слабо рекристаллизованный в условиях ЭАмФ
Слабо деформированный, рекристаллизованный в условиях ЗФ
Слабо деформированный в условиях ЗФ Интенсивно деформированный и рекристаллизованный в условиях нижних ступеней ЭАмФ
Интенсивно деформированный и рекристаллизованный с наложенной кристаллизацией в условиях ЗФ Интенсивно деформированный, рекристаллизованный в условиях нижних ступеней ЭАмФ, минерализованный Интенсивно рекристаллизованный
Слабо деформированный
Гранулированный в условиях АмФ Гранулированный в условиях ЭАмФ
Рекристаллизованный в условиях ЭAмФ
Кюрьяла
Яккима
Хетоламбино
Левин Наволок
Риколатва
Слюда
Малиновая Варакка
Тэдино
Пиртима
Майское
Койкары
Корпиярви
Ихоярви
Семиостровский, Червуртский (Б. Кейвы) Фенькина Лампи
Меломайс
Б. Кейвы
Маягино (М. Кейвы) Б. Кейвы
Перчатка
Рухнаволок
Хизоваара
Кукасозеро
Шуерецкое
Б. Кейвы
Маягино (М. Кейвы) Хизоваара Семиостровский (Б. Кейвы)
Восточная Хизоваара
Метчангъярви
Семиостровский
(Б.Кейвы)
Кукасозеро
Степаново озеро
|Одинчижный и др.
Примечание. Фации метаморфизма: ЗФ - зеленосланцевая, ЭАмФ - эпидот-амфиболитовая, АФ - амфиболитовая.
Характерной особенностью является преобладание кварцевых образований метаморфо-генной группы, что обусловлено спецификой Ка-рело-Кольского региона как территории с длительной геологической историей развития и неоднократным проявлением процессов тектоно-магматической активизации и метаморфизма, в результате которых часто сформировавшиеся кварцсодержащие породы вовлекались в последующие геологические события и неоднократно испытывали процессы деформации и перекристаллизации. Разнообразие генетических типов кварцевых образований обусловлено развитием на данной территории различных геолого-фаци-альных комплексов пород, отличающихся по составу, геохимической специфике рудоконтролирующих растворов, РТ-условиям формирования. Все эти факторы определяют специфику ти-поморфных свойств кварца, которые уникальны не только для определенных типов кварцевого сырья, но и для конкретных месторождений и проявлений.
Изученность кварцевого сырья и перспективы использования
На данном этапе изучения кварцевого сырья Карело-Кольской кварценосной провинции в Институте геологии КарНЦ РАН проведен комплекс исследований: обобщены данные изученности кварцевого сырья по фондовым материалам (отчеты поисково-оценочных и разведочных работ); в наиболее перспективных районах проведены поисково-оценочные работы с предварительной оценкой качества кварцевого сырья (Костомукш-ский р-н, Хизоваара, Половина, Кукасозеро, Кор-пиярви, Койкары, Янисярви и др.); на отдельных объектах выполнены минералого-технологическое картирование и исследования по обогатимости кварцевого сырья (Фенькина Лампи, Меломайс, Степаново озеро, Восточная Хизоваара, Питкяние-ми и др.); по наиболее перспективным объектам разработаны технологические схемы с получением кварцевых продуктов различного качества и назначения (Меломайс, Восточная Хизоваара, Степаново озеро, Перчатка). Результаты исследований кварцевого сырья Карело-Кольского региона, позволяющие говорить о необходимости проведения дальнейших исследований как в целом по региону, так и на отдельных месторождениях и проявлениях, обобщены в различных публикациях [Щипцов и др., 2001; Данилевская и др., 2004, 2011; Данилевская, Щипцов, 2007а, б; Данилевская, Скамницкая,
2009, 2011].
Исследования кварцевого сырья Карело-Кольского региона основывались на принципах технологической минералогии, которая получила широкое развитие благодаря трудам
В. И. Ревнивцева, В. М. Изоитко, Б. И. Пирогова, О. Б. Дудкина и других [Подготовка., 1987; Пирогов, 1988, 2006; Дудкин, 1996; Изоитко, 1997 и др.]. Одним из главных подходов технологической минералогии является объединение минералогических и технологических исследований минерального сырья, основанное на двойственной природе технологических свойств минералов [Пирогов, 2006]: с одной стороны, они связаны напрямую с генезисом минералов, а с другой - определяют изменчивость свойств минералов в процессах рудоподготовки и обогащения. Поэтому комплексный подход в изучении типоморфных свойств минералов и одновременном проведении технологических исследований является определяющим моментом в понимании особенностей поведения минералов и возможности управления их свойствами в технологических процессах с целью разработки оптимальных схем обогащения. Данный подход в полной мере может быть применим и к кварцевому сырью, учитывая его специфические свойства [Данилевская, 2009].
В статье приведены последние данные, полученные по результатам исследований различных типов кварцевого сырья региона. Рассмотрены не все генетические типы кварца, приведенные в таблице, а наиболее перспективные на примере исследованных месторождений и проявлений. Схема размещения изученных объектов приведена на рис. 1.
Пегматитовый кварц
Долгое время (до конца 1990-х гг.) месторождения мусковитовых пегматитов БеломорскоЛапландской пегматитовой провинции считались основными объектами, пригодными для плавки прозрачного кварцевого стекла, синтеза искусственного кварца и варки многокомпонентного стекла. До начала 1990-х гг. ГОКом «Карелслюда» производилась добыча кварцевого сырья с рудника Малиновая Варакка, которая прекратилась в связи с ухудшением общей экономической обстановки и состоянием кварцевой отрасли промышленности в стране, а также ужесточением требований к кварцевым продуктам повышенной чистоты [Данилевская, Щипцов, 2007б]. Ревизионно-оценочные работы по отвалам месторождения мусковитовых пегматитов Риколатва, проводившиеся в конце 19951997 гг., и технологическое опробование в 2001 г. показали, что кварц из отвалов месторождения соответствует сортам плавочного кварца по ТУ-97, однако дополнительных технологических исследований не проводилось, и кварц не добывается [Данилевская, 2008].
Рис. 1. Схема размещения изученных перспективных объектов кварцевого сырья Карело-Кольского региона на геологической основе (по: [Бипмавап е1 а1., 1993]):
1 - инфракомплекс, включая саамские образования; 2 - лопийские зеленокаменные пояса; 3 - Беломорский подвижный пояс; 4 - протерозойские образования; 5 - платформенный чехол; 6 - месторождения и проявления кварцевого сырья. Изученные объекты кварцевого сырья: 1 - Риколатва, 2 - Слюда, 3 - Тэдино, 4 - Малиновая Ва-ракка, 5 - Левин Наволок, 6 - Хетоламбино, 7 - Пиртима, 8 - Кюрьяла, 9 - Яккима, 10 -Перчатка, 11 - Большие Кейвы (Семиостровское, Выхчуртское, Червуртское и Болло-уртинское кварцевожильные поля), 12 - г. Песцовая Кейва, 13 - Маягино (Малые Кейвы), 14 - Рухнаволок, 15 - Фенькина Лампи, 16 - Меломайс, 17 - Майское, 18 - Восточная Хизоваара, 19 - Хребет Серповидный (Большие Кейвы), 20 - Степаново озеро, 21 - Метчангъярви
На данном этапе проведенной предварительной минералого-технологической оценки пегматитового кварца различных типов Карело-Кольского региона в качестве перспективных можно выделить мусковит-кера-мические пегматиты месторождений Слюда, Риколатва, Левин Наволок, Хетоламбино. По данным содержаний элементов-примесей в кварцевых концентратах после предварительного обогащения кварц характеризуется наименьшими суммарными концентрациями примесей (табл. 2). Основные мине-
ральные примеси в кварце данных месторождений находятся в межзерновом пространстве (мусковит, кальцит, полевой шпат) и по микротрещинкам, т. е. могут быть удалены в процессе обогащения (рис. 2, А). Минеральные примеси, усложняющие технологическую обработку, - микровключения плагиоклаза и К-полевого шпата (20-30 мкм), находящиеся внутри зерен кварца (рис. 2, Б). Для очищения от таких включений необходим подбор технологий дробления-измельчения и обогащения.
Таблица 2. Содержания элементов-примесей в кварцевых концентратах из пегматитового кварца после предварительного обогащения, ppm
Месторож- Fe Ti Zr Al Mn Sr Zn B Mg Ca Ba Ni K Na L i Ge P
дение
Керамические пегматиты недифференцированные
Кюрьяла 8 5,5 0,08 370 1,1 0,45 0,32 2,6 0,67 31 0,4 0,03 70 200 18,7 2,8 0,1 711,75
Яккима 11 7,7 0,6 1800 0,64 1,1 0,16 2 0,28 500 0,8 0,05 780 2940 9,5 3,2 72 6129,03
Мусковит-керамические пегматиты дифференцированные
Хетолам-
бино 5,6 3,8 0,021 40 0,1 0,22 0,075 0,4 1,1 16 0,16 0,011 8,2 1,3 0,79 1 0,1 78,877
Левин
Наволок 1,3 3,6 0,01 60 0,047 0,12 0,058 0,87 0,2 9 0,038 0,011 5,5 27 7,3 2,2 0,1 117,354
Слюда 0,9 2,1 0,07 52 0,2 0,4 0,08 1,6 0,33 16 0,2 0,018 8,5 24 3,8 3,5 0,01 113,708
Риколатва 0,5 9,1 0,012 90 0,05 0,14 0,036 0,79 0,16 8,3 0,07 0,022 8,3 2,5 5,5 0,99 0,01 126,48
Мусковитовые пегматиты
Малиновая
Варакка 3,8 8,4 0,021 120 0,13 0,12 0,1 1,7 0,55 11 0,055 0,013 18,5 85 3,3 3,3 0,1 256,089
Тэдино 3,2 6,7 0,3 100 0,1 0,3 0,067 0,44 2,8 21 1,3 0,06 47 34 0,77 1,3 0,3 219,637
Мусковит-редкометалльные пегматиты
Пиртима 1,9 6 0,13 0 2 0,11 0,23 0,07 0,68 0,65 7,9 0,46 0,013 125 148 1,7 1,5 0,2 514,543
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории Курчатовского института (г. Москва) методом 1СР МБ.
В кварце месторождений мусковитовых пегматитов наблюдается большое количество микровключений (мусковит, плагиоклаз, К-полевой шпат) внутри зерен кварца, что значительно затрудняет получение чистых кварцевых концентратов из данного типа кварца. Характерной особенностью кварца из мусковитовых и мусковит-керамических пегматитов являются повышенные концентрации И, а также Ы в концентратах предварительной очистки. Коэффициент титани-стости (Кт = И/2 общ. эл.100 %) довольно высокий - от 2 (Слюда) до 7 (Риколатва), что в целом согласуется с общим повышенным содержанием Т1 в пегматитах БеломорскоЛапландского пояса [Слюдоносные пегматиты., 1976]. По всей видимости, Т1 присутствует в кварце в качестве структурной примеси, что связано с повышенными температурами образования и перекристаллизации кварца. Это подтверждает наличие большого количества газово-жидких включений (ГЖВ) с высоким содержанием газовой фазы, как в виде единичных включений, так и в виде скоплений по трещинкам залечивания (рис. 2, А). Кроме того, Т1 образует и само-
стоятельные твердые фазы в виде игловидных включений рутила. Влияние углекисловодных растворов при формировании кварца наблюдается практически во всех месторождениях - характерны цепочки ГЖВ с углекислотой по различным трещинам залечивания (рис. 2, Б).
Вариации концентраций Ы в кварце пегматитов связаны с диференцированностью расплава и степенью перекристаллизации кварца в ходе метасоматоза (в мусковитовых пегматитах) [Слюдоносные пегматиты., 1976]. В результате наибольшие содержания И наблюдаются в недифференцированных керамических пегматитах Южной Карелии (Якки-ма и Кюрьяла Улялегского пегматитового поля), а в мусковитовых, мусковит-керамиче-ских и мусковит-редкометалльных пегматитах они значительно варьируют (табл. 2). При этом наблюдается корреляция содержаний Ы с летучими, в частности с В (коэффициент корреляции 0,8).
Для керамических пегматитов в целом характерны высокие концентрации элементов-примесей в концентратах после предварительного обогащения, что связано с присутствием
©
большого количества минеральных примесей, особенно полевого шпата. Формирование кварца пегматитов проходило при высоких
температурах, о чем говорит присутствие ГЖВ с высоким процентным содержанием газовой фазы, и при участии водно-солевых растворов.
Рис. 2. Минеральные включения в кварце месторождения Риколатва (фото с микроскопа):
А - мусковит (МБ), кальцит (Са1) по трещинкам; Б - плагиоклаз (РІ), К-полевой шпат (Рів) внутри зерен кварца
Рис. 3. ГЖВ в кварце (фото шлифов, николи ||):
А - существенно газовые включения в кварце Левин Наволок; Б - углекисловодные включения в кварце Малиновая Варакка
В целом на данном этапе исследований можно сказать, что получение ВЧК из пегматитового кварца затруднительно. Это связано как с присутствием трудноудалимых минеральных включений, так и с высокими концентрациями в некоторых типах пегматитов таких элементов-примесей, как Li и Ti. Проводившиеся в 2001 г. в Кыштыме технологические испытания по глубокому обогащению кварца из отвалов месторождения Риколатва показали, что, несмотря на суммарные низкие концентрации элементов-примесей в концентратах (32-47 ppm), остаются высокие концентрации Ti (2-5 ppm) (по данным Отчета, Кыштым 2002).
Жильный кварц
Наиболее перспективными кварцевожильными площадями на территории Карело-Коль-ской кварценосной провинции традиционно считались Кейвский (Семиостровское, Вых-чуртское, Червуртское и Боллоуртинское кварцевожильные поля) и Енский (месторождение Перчатка, Енское кварцевожильное поле) районы [Данилевская, 2008], где распространены кварцевые жилы с гранулированным и стекловидным кварцем, которые долгое время считались практически единственными источниками кварцевого сырья для плавки прозрачного кварцевого стекла. Однако удаленность и труднодоступность Кейв не давала
©
возможности проведения детальных разведочных и добычных работ. А неоднородность кварцевого сырья месторождения Перчатка, несмотря на проводившуюся там добычу кварца с 1988 по 1992 г., а также несоответствие сырья возросшим требованиям потребителей стали одними из основных причин прекращения разработок месторождения.
Минералого-технологические исследования кварца месторождения Перчатка основаны на комплексной оценке месторождения, включая и минерализованные разности кварца, минуя стадию ручной рудоразборки, которая дает значительные потери (до 70 %) уже на начальном этапе добычи кварца [Данилевская, Скамницкая, 2010]. Кроме того, помимо указанных площадей на территории Кольского полуострова, жилы с гранулированным кварцем выявлены и на других территориях Карело-Кольского региона - участки Рухнаволок, Половина, Шуерецкое (Северная Карелия). Проведена предварительная оценка кварца данных участков [Данилевская и др., 2004], а также детальные ми-нералого-технологические исследования кварца участка Рухнаволок, как наиболее перспективного.
Особенностью жильного гранулированного кварца является повышенная химическая чистота и прозрачность исходного кварца, что обусловливает постоянный интерес к данному типу сырья как источнику получения концентратов для производства прозрачного кварцевого стекла. Жильный гранулированный кварц является вторично-зернистым агрегатом, образованным в результате метаморфизма или диафтореза первично-зернистого, как правило, стекловидного кварца. В зависимости от термодинамических условий метаморфизма первично-зернистых кварцевых жил формирование гранулированного кварца может происходить либо за счет а-р перехода с последующей рекристаллизацией и регенерацией (гранулитовая и амфиболи-товая фации метаморфизма), либо за счет катаклаза и рекристаллизации (амфиболито-вая, эпидот-амфиболитовая фация) [Геология., 1988].
В пределах Карело-Кольского региона жильный гранулированный кварц образовывался в различных геолого-фациальных и термодинамических условиях и, соответственно, имеет свои типоморфные особенности [Данилевская, Шпаченко, 2010].
Для кварца месторождения Перчатка, сформированного в результате грануляции при а-р инверсии и последующей рекристал-
лизации, происходивших в неспокойной тектонической обстановке в условиях амфибо-литовой и эпидот-амфиболитовой фаций дистен-силлиманитовой серии при высоком давлении (240-620 МПа) и температуре (630-720 °С), характерно проявление пластической деформации: единичные деформационные изгибы, пластинки деформации, линейно- и неравномерно-блоковая микроструктура, местами переходящая в неясноблоковую. Присутствие ксенолитов амфиболитов в пределах жильной зоны, интенсивное развитие трещиноватости и минерализации по трещинам внутри кварцевых жил обусловило присутствие большого количества разнообразных минеральных примесей в кварцевых жилах, основными являются: мусковит, плагиоклаз, К-полевой шпат, эпидот, амфибол (роговая обманка), кальцит (рис. 4). В подчиненном количестве присутствуют биотит, апатит, хлорит, кианит, сульфиды, рутил. Установлено, что основными минеральными примесями, затрудняющими процессы обогащения, могут быть мелкие включения внутри зерен кварца: плагиоклаза (20-50 мкм, по составу близкого к олигоклазу № 30), эпидо-та-клиноцоизита (разм. 10-50 мкм), реже амфибола (роговой обманки, разм. 20-30 мкм) и флогопита (50-100 мкм), а также иногда К-полевого шпата, пироксена (авгита) и мусковита (рис. 5).
В пределах Кейвской площади, по данным фондовых материалов, встречаются кварцевые жилы линзовидной и пластообразной формы с гранулированным кварцем различной зернистости, рекристаллизованным крупнозернистым и крупно-грубозернистым и рекристаллизованным кварцем с признаками грануляции, а также жилы, сложенные молочно-белым кварцем. Формирование жил с гранулированным кварцем в пределах Больших Кейв, локализованных в кварц-мускови-товых сланцах песцовотундровской свиты, и Малых Кейв (уч. Маягино), локализованных в зоне контакта кианит-мусковитовых сланцев червуртской свиты с метабазитами и породами Имандра-Варзугской зоны, связано с образованием зон сдвиговых деформаций на фоне регионального метаморфизма амфибо-литовой фации ставролит-биотит-кианит-мусковитовой субфации (повышенных давлений) [Бельков, 1963]. Интенсивное проявление стресс-метаморфизма обусловило образование катаклаз-гранулированного кварца, представленного крупнозернистым агрегатом зерен с гранобластовой неравновесной структурой.
0
Рис. 4. Основные минеральные примеси в кварце месторождения Перчатка (фото с микроскопа Tescan):
А - K-полевой шпат (FIs), амфибол (Amf); Б - мусковит (Ms)
Рис. 5. Микроминеральные включения в кварце месторождения Перчатка (фото с микроскопа Тевсап): А - эпидот (Ер); Б - плагиоклаз (Р1)
В качестве минералов-примесей присутствуют полевой шпат, мусковит, биотит, ильменит, хлорит, рутил, кианит, силлиманит, амфибол, ставролит, пирит, халькопирит, графит, карбонаты, циркон. Наиболее распространенными являются полевой шпат (для гнейсовых толщ) и мусковит (для сланцевых толщ), ильменит, биотит, рутил, кианит и силлиманит имеют второстепенное значение. Проводившиеся в 1993-1997 гг. исследования кварца различных типов в пределах кварцевожильных
полей Кейв показали, что вариации химического состава исходного кварца значительные, даже в пределах типов. Среднее суммарное содержание элементов-примесей в кварцевых концентратах после обогащения варьирует незначительно, наблюдаются вариации содержания отдельных элементов (табл. 3). Характерно высокое содержание Т1 (кроме молочно-белого кварца), что обусловлено присутствием рутиловых иголок в кварце данных типов Кейв.
0
Тип кварца Cu Ti Ca Mg Fe AI Mn Ni Cr Na K Li Сумма
Рекристаллизованный с грануляцией 0,08 4,24 2,47 0,24 0,71 31,7 0,07 0,1 0 3,46 7,41 1,04 51,45
Рекристаллизованный 0,05 5,8 5,6 0,45 0,63 23,9 0,06 0 0 3,23 2,78 1,01 43,60
Рекристаллизованный полупрозрачный 0,07 4,44 2,44 0,43 0,79 24,4 0,07 0 0,03 4,05 3,41 0,6 40,76
Стекловидный 0,05 6,61 1,22 0,49 1,01 36,4 0,03 0 0 4,2 4,07 1,59 55,71
Молочно-белый 0,03 2,6 0,8 0,25 0,54 18 0,03 0 0 24,2 3,8 1,6 51,85
Примечание. По данным Отчета о результатах геологоразведочных работ на прозрачный и гранулированный жильный кварц на Кейвской площади (Мурманская область) 1993-1996 гг. (Н. П. Костелов, Ю. А. Шатнов, Н. В. Казаков).
По предварительным данным минералоготехнологических исследований кварца некоторых жил Больших Кейв (уч. Семиостровский) и Малых Кейв (уч. Маягино) выявлено, что пластические деформации в кварце проявлены довольно интенсивно: полосы деформации, бло-кование. Основные минеральные примеси в кварце жилы г. Песцовой - мусковит, биотит,
* А
0 0,01мм
1______I
хлорит, сульфиды. Характерной особенностью является наличие рутиловых иголок внутри зерен кварца, которые значительно ухудшают качество сырья (рис. 6, А). Для гранулированного кварца участка Маягино основной минеральной примесью является мусковит, который развит по трещинкам и на границах зерен (рис. 6, Б).
Рис. 6. Минеральные примеси в кварце:
А - рутиловые иглы (И) в кварце из жил г. Песцовой (фото шлифа, николи ||); Б - включения мусковита (Мв) в кварце из жил уч. Маягино (фото с микроскопа Тевсап)
На участке Рухнаволок, расположенном в центральной части Северо-Карельского зеленокаменного пояса, жилы с гранулированным кварцем образовались в зоне интенсивного рассланцевания амфиболитов [Данилевская и др., 2004]. Формирование их происходило в условиях эпидот-амфиболитовой фации повышенных давлений с проявлениями перекристаллизации и грануляции кварца в процессе диафтореза. В результате сформировался среднезернистый гранулированный кварц с гранобластовой равновесной структурой. Характерно незначительное развитие пластических деформаций: факела и пластинки деформаций, блокование. Основные минеральные примеси - слюды, полевой шпат, амфибол. Характерной особенностью является наличие
единичных включений волосовидного рутила в зернах кварца.
Газонасыщенность жильного гранулированного кварца всех рассмотренных участков низкая. Коэффициент светопропускания в среднем составляет около 70 %. Газово-жидкие включения представлены несколькими генерациями - первично-вторичные существенно-газовые, вторичные жидко-газовые с разным процентным содержанием газовой фазы. Для кварца участка Рухнаволок характерно присутствие углекисловодных включений.
Предварительные минералого-технологиче-ские исследования показали, что содержание элементов-примесей в кварце после операций предварительной очистки (магнитная сепарация и кислотообработка) варьирует в зависи-
0
мости от наличия в кварце трудноудалимых минеральных включений, их количества и видов (табл. 4). Повышенный коэффициент титани-стости наблюдается в кварце участка г. Песцовой и Рухнаволок, что обусловлено наличием
рутиловых игл. Повышенное содержание И в кварце участка Рухнаволок связано с присутствием данного элемента в решетке. Наиболее чистый по содержанию элементов-примесей кварц участка Маягино.
Таблица 4. Среднее содержание элементов-примесей в кварцевых концентратах после предварительного обогащения, ppm
Участок Fe Ti Zr AI Mn Sr Zn B Mg Ca Ba Ni Cr Cu K Na Li Ge P Сумма
Перчатка * Песцовая К.* Маягино* Рухнаволок** 4,46 1,4 0,68 0,94 2,44 10 1 3,04 0,02 0,016 0,02 102,8 54 18 33,8 0,1 0,03 0,02 0,43 0,8 0,084 0,12 0,04 0,038 0,023 0,37 0,11 0,15 1,66 0,48 0,44 0,25 29,2 1,9 4,6 3,5 0,74 0,12 0,08 0,04 0,016 0,017 0,61 0,01 0,016 0,074 0,61 0,02 0,019 0,023 0,43 14,60 4,7 2,9 3,68 42,2 4,5 8,3 18,27 3,86 0,48 0,28 3,16 0,54 0,82 0,43 0,01 0,1 0,01 203,91 78,829 37,167 68,74
Примечание. Анализы выполнены * в лаборатории Курчатовского института (г. Москва) методом 1СР МБ, ** - в лаборатории Tatsumori Согр. (Япония).
Технологические исследования по глубокому обогащению были проведены на кварце месторождения Перчатка и участка Рухнаволок.
Для отработки технологии по глубокому обогащению кварца месторождения Перчатка были отобраны 2 штуфные пробы: ПРЧ-7 -стекловидный кварц из зоны трещиноватости, ПРЧ-15 - гранулированный кварц. Обогащение проводилось на исходном сырье без операций предварительной рудоразборки и отделения загрязненных минеральными примесями кусков, на фракции 0,315-0,1 мм, с использованием как стандартных методов
(магнитной сепарации, флотации и кислотного выщелачивания в НС1 и НР), так и методов направленного энергетического воздействия. В результате удалось значительно снизить содержание элементов-примесей, полученные концентраты близки по содержанию основных элементов-примесей независимо от типа кварца (табл. 5). Это позволяет говорить о возможности отработки единой комплексной технологии обогащения для кварца данного месторождения и, соответственно, значительно снизить потери кварца при технологической обработке.
Таблица 5. Содержание элементов-примесей в кварцевых концентратах после операций предварительного и глубокого обогащения (Перчатка), ppm
Обогащение | Ti | Fe | AI | Zr | Mn | Cu
Zn
B
Ni
Cr I Ca I Ba | Mg | Na | K | Li | P | Сумма
Предварит.
Глубокое
2,4
2,2
2,2
0,74
0,012
0,04
0,19
0,04
0,016
0,01
Стекловидный кварц
0,02
0,01
0,31
0,32
0,029
0,02
0,01
0,02
36
9
0,18
0,02
1,2
0,2
7,8
1,1
5,5
1,3
1,7
2,2
0,01
0,1
74,577
31,32
Гранулированный кварц
Предварит. 2,7 0,75 54 0,015 0,02 0,01 0,051 0,31 0,053 0,012 19 1,2 0,46 16 23 4,5 0,01 122,091
Глубокое 2,6 0,04 24 0,044 0,01 0,01 0,019 0,29 0,01 0,01 0,7 0,017 0,18 1,9 1,5 3,5 0,1 34,93
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории Курчатовского института (г. Москва) методом 1СР МБ.
Испытания по глубокому обогащению жильного гранулированного кварца участка Рухнаволок (жила 3) проводились в лаборатории ОАО «Полярный кварц» (г. Москва) по схеме обогащения, принятой для стекловидного жильного кварца месторождения Додо (Полярный Урал), а также в лаборатории Института геологии КарНЦ РАН.
В результате опытов по глубокому обогащению по схеме обогащения кварца месторо-
ждения Додо (Полярный Урал) установлено, что при существенном снижении общего числа примесей содержание таких примесей, как АІ и Ы, в кварце остается высоким. На долю АІ и □ в составе примесей приходится 71,92 %, в том числе АІ - 59 %, Ы - 12,92 %. Остаются также повышенные концентрации Ті, обусловленные присутствием неудалимых включений рутила (табл. 6).
Таблица 6. Содержание элементов-примесей в кварцевом концентрате (Рухнаволок) после глубокого обогащения в лаборатории ОАО «Полярный кварц», ppm
AI B Ca Cr Cu Fe K Li Mg Mn Na Ti Zr Сумма
20,00 0,11 0,07 0 0 1,71 0,11 4,34 0,03 0 4,33 3,2 0 33,9
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории ОАО «Полярный кварц» (г. Москва) методом 1СР МБ.
Проведенные технологические испытания кварца показали, что в целом по содержанию элементов-примесей полученный концентрат незначи-
тельно отличается от концентрата лаборатории ОАО «Полярный кварц» (табл. 7). Также повышенными остаются содержания А1, Т и и.
0
Fe Ti Al Mn Mg Ca K Na Zr Zn B Ba Ni Cr Cu Li Ge P Сумма
1,1 2,9 22 0,02 0,16 0,54 0,8 3,6 0,12 0,027 0,04 0,012 0,023 0,024 0,01 4,1 0,23 0,1 35,806
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории Курчатовского института (г. Москва) методом 1СР МБ.
На данном этапе исследований можно сказать, что получение ВЧК из традиционных типов кварцевого сырья (гранулированного и стекловидного) в ряде случаев может быть проблематично, что обусловлено минералогическими особенностями кварца, образованного в условиях повышенных температур и давлений. Из-за трудноудалимых минеральных включений и в ряде случаев структурных примесей в кварцевых концентратах после глубокого обогащения остаются высокие концентрации таких элементов, как А1, Д □.
В последнее время возрос интерес к нетрадиционным источникам кварцевого сырья -жильному кварцу с исходно низким качеством (молочно-белый, минерализованный), кварцитам и кварцсодержащим породам. Это обусловлено дефицитом сырья традиционных типов, существующим положительным опытом зарубежных стран (США, Норвегия) по получению высокочистых концентратов из подобных пород, возможностью комплексного использования сырья.
Оценка возможностей использования нетрадиционных типов пород как сырья для получения высоколиквидных кварцевых продуктов заключается, главным образом, в подборе эффективных технологий их обогащения с учетом геолого-минералогических факторов, определяющих технологическое значение особенностей данных комплексов. Исследования проводились по некоторым типам кварцевого сырья Карело-Кольского региона [Данилевская и др., 2006, 2011; Данилевская, Скамницкая, 2009, 2011].
В результате комплексного изучения минералогических особенностей молочно-белого кварца месторождения Фенькина Лампи (Центральная Карелия) и проведения технологических испытаний по улучшению качества кварцевых концентратов с применением методов направленного воздействия удалось значительно снизить концентрации элементов-примесей в
кварцевых концентратах из данного кварца в среднем с 215-273 ppm (в предварительно обогащенном кварце) до 95-106 ppm [Данилевская, Скамницкая, 2009].
Наиболее перспективным объектом нетрадиционного кварцевого сырья на территории Карелии является участок Меломайс в Западной Карелии, где наблюдается мощная (при длине до 1,5 км, мощности - 70-170 м) кварцевожильная зона субмеридионального простирания с огромными ресурсами [Данилевская, Щипцов, 2007а]. Жильная зона представлена интенсивно рассланцованным и минерализованным кварцем. Среднее содержание SiO2 в исходном сырье - 96,84 %. Проведенные детальные минера-лого-технологические исследования показали, что основная масса минеральных включений удаляется на стадии предварительного обогащения, но наиболее трудноудаляемыми при глубоком обогащении примесями являются микро-минеральные включения К-полевого шпата, плагиоклаза, мусковита, эпидота, расположенные внутри зерен кварца, а также мелкие газовожидкие включения [Данилевская и др., 2006; Данилевская, Щипцов, 2007а].
На основе разработанной технологической схемы получены кварцевые концентраты по двум классам крупности (табл. 8). Кварцевый концентрат крупности 0,315-0,1 мм соответствует требованиям сорта КГО-1 (глубокого обогащения) ТУ 5726-002-11496665-97 для плавки прозрачного кварцевого стекла. Кварцевые концентраты крупности 1-0,315 мм характеризуются более высокими суммарными содержаниями элементов-примесей, но низкими концентрациями В и Р и могут рассматриваться как сырье для получения кристаллического кремния. Материал крупностью -0,1 мм (шла-мы) может идти на керамику. Таким образом, кварцевое сырье участка Меломайс может рассматриваться как комплексное с получением трех кварцевых продуктов различного качества и назначения.
Таблица 8. Вариации содержаний элементов-примесей (минимум - максимум) в кварцевых продуктах разной крупности участка Меломайс, ppm
Крупн. мм Fe Ti Zr Al Mn Zn B Mg Ca Cu K Na Li Ge P Сумма
-0,315 -+0,1 -1 -+0,315 0,5-3,4 6,4-17 1,1- 4,9 1,8-2 0,36- 0,69 0,55- 0,74 13-23 32-36 0,014- 0,059 0,085- 0,53 0,01- 0,09 0,078- 0,25 0,05- 0,12 0,11- 0,16 0,24- 1,9 2,7-4 1,5-2,9 3,8-5,5 0,03- 0,05 0,06- 0,11 3-9 10-12 2,6- 4,1 6-7,3 0,22- 0,71 0,33- 0,4 0,1- 0,14 0,06- 0,1 0,1- 0,25 0,26- 0,42 28,366- 44,78 69,008- 76,16
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории Курчатовского института (г. Москва) методом 1СР МБ.
0
В качестве перспективного нетрадиционного источника кварцевого сырья на территории Карело-Кольского региона рассматривается также жильный золоторудный кварц месторождения Майское. По данным концерна «Техстек-ло» (1991 г.) хвосты обогащенной технологической пробы рудопроявления «Майское» не могут использоваться в промышленности оптического стекловарения и производстве кварцевого стекла, а концентраты, полученные в результате переработки кускового кварца, соответствуют II сорту кварца по ТУ-41-07-008-82 «Кварц жильный прозрачный для производства кварцевого стекла» [Данилевская и др., 2004]. Однако интерес к кварцу этого месторождения возник в результате анализа полученных данных по содержанию структурных примесей в кварце, которые характеризуются низкими концентрациями Al (3,5-6 ppm), Ge (0,05-0,15 ppm), Ti (0,1-0,3 ppm) [Войтеховский и др.,
2010].
Образование химически чистого кварца данного месторождения, по всей видимости, связано с многоэтапностью его формирования в условиях невысоких температур (350-300 °С) и влиянием метасоматической переработки на более поздних стадиях при общем снижении температур (до 220 °С), которая привела к перекристаллизации кварца [Вольфсон, 2004].
Проведенные предварительные минерало-го-технологические исследования кварца месторождения Майское показали, что кварц варьирует от молочно-белого сливного до всех оттенков серого зернистого кварца. Из минеральных примесей, кроме сульфидов и золота, присутствуют альбит, биотит, мусковит, акти-нолит, кальцит, анкерит, хлорит, олигоклаз, К-полевой шпат, рутил. В качестве трудноуда-лимых могут быть микровключения зерен кальцита (10-50 мкм), К-полевого шпата (10-50 мкм), мусковита (10-60 мкм), хлорита (10-60 мкм) (рис. 7).
Рис. 7. Микровключения в кварце месторождения Майское (фото с микроскопа Тевсап): А - кальцит (СаІ), Б - мусковит (Мв)
Технологические испытания по очистке исходного кварца месторождения Майское показали, что в результате глубокого обогащения с
применением методов направленного воздействия удается значительно снизить концентрации элементов-примесей в кварце (табл. 9).
Таблица 9. Содержание элементов-примесей в кварце месторождения Майское на различных стадиях обогащения, ppm
Ti Fe Al Zr Mn | Cu Zn | B | Ni | Cr 1 Со 1 Ca 1 Ba 1 Mg 1 Na K Li P 1 Сумма
85 800 2600 2,3 4,4 0 5 Исходный кварц 3,4 1 0 1 5,5 1 3,1 1 4,1 1 200 1 17 1 18 1 770 1000 1,5 14 1 6118,3
1,5 135 260 0,06 1,1 | 85 Концентрат после магнитной сепарации 2,2 | 0,5 | 1,2 | 0,3 | 1,2 | 40 | 1,1 | 13 | 300 40 0,13 0,8 1 883,09
0,4 35 16 0,018 0,055 Концентрат после магнитной сепарации и обработки в HF | 40 | 0,12 | 0,4 |0,07|0,012| 0,16| 5,5 | 0,34 | 1,1 | 11 7,5 0,05 0,11 1 117,84
0,32 2,3 10 0,01 0,026 1 0,9 Концентрат после глубокого обогащения 0,04 | 0,19 | 0,14 | 0,01 |0,16| 2,9 | 0,26 | 0,65 | 7,6 5 0,04 0,1 1 30,646
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории Курчатовского института (г. Москва) методом 1СР МБ.
0
Полученные данные позволяют говорить о перспективности кварца данного месторождения в качестве сырья для производства ВЧК и необходимости проведения дальнейших исследований.
Кварц-мусковитовые метасоматит и перекристаллизованные кварциты
Изучение кварцсодержащих пород как потенциальных источников кварцевого сырья прежде всего связано с возможностью их комплексного использования, а также с большими площадями их распространения и, соответственно, запасами кварца. Широко известна во всем мире компания Unimin (США), которая поставляет на мировой рынок Iota-кварц (мировой стандарт ВЧК), производимый из плагиопегматитов и аляскито-вых гранитов, получая также мусковитовый и полевошпатовый продукты. Норвежская фирма Elkem успешно перерабатывает кварциты месторождения Тана с получением кварцевых продуктов высокого качества для микроэлектроники. Кроме того, в качестве перспективных объектов кварцевого сырья для ВЧК в Норвегии рассматриваются месторождения кианитовых кварцитов [Muller et al., 2007].
На территории Карело-Кольской кварценосной провинции кварцсодержащие породы имеют довольно широкое распространение, включая толщи кварцитов ятулийского возраста, различные кварцсодержащие сланцы, гнейсы, кварцевые конгломераты и т. д. Из изученных к настоящему времени пород перспективными объектами на территории Северной Карелии в границах Хизоваарской структуры являются месторождения кианитовых руд Южная линза и
маложелезистого мелкочешуйчатого мусковита Восточная Хизоваара, образованные в процессе кислотного выщелачивания различных фаций метасоматоза. Здесь кварц рассматривается как попутно извлекаемый компонент [Данилевская и др., 2004].
Наиболее перспективными являются кварц-мусковитовые метасоматиты крупного месторождения Восточная Хизоваара, которое было выявлено и оценено на мелкочешуйчатый маложелезистый мусковит, пригодный для различных областей использования, в том числе и для высокотехнологичных перламутровых пигментов [Щипцов и др., 2003]. Помимо мусковита в качестве полезных компонентов могут быть рассмотрены кварц и кианит. Комплексная отработка месторождения позволит значительно повысить его рентабельность. Содержание кварца в породе составляет 10-71 %, мусковита - 8-42 %. Присутствуют также плагиоклаз - 1,5-28 %; кианит - 2-13,5 %; биотит - 0,1-8 %; рудные минералы - пирит, пирротин, сфалерит (1,5-11 %). В качестве акцессорных минералов встречаются турмалин, рутил, титанит, апатит, кальцит, циркон, монацит. Характерной особенностью является практически полное отсутствие газовожидких включений в кварце.
Технологические исследования по выделению кварцевых концентратов из хвостов муско-витового цикла [Данилевская, Скамницкая,
2011], проводившиеся на усредненных пробах, отобранных из керна скважин, позволили значительно снизить содержание примесей в кварце по сравнению с исходным (табл. 10, 11), остаются повышенными концентрации А1, И, Ыа, Са и Ре.
Таблица 10. Средний химический состав хвостов обогащения мусковитовых кварцитов месторождения Восточная Хизоваара
№ пр./фракция, мм SiO2 Ti02 AlA Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O H2O ппп PA
1/0,315-0,1 2/0,2-0,1 86,23 89,99 0,11 0,16 8,36 6,73 0,03 0,08 0,03 0,02 0,005 0,002 0,19 0,06 1,21 0,31 1,87 0,97 0,72 0,71 0,49 0,07 0,71 0,58 0,08 0,12
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории Института геологии КарНЦ РАН.
Таблица 11. Содержание элементов-примесей в кварцевых концентратах (Восточная Хизоваара), ppm
№ пр. /фракция, мм Fe Ti Zr Al Mn Sr Zn B Mg Ca Ba Ni Cr Cu K Na Li Ge P Co Сумма
1/0,315- 0,1 5,6 60 6,8 66 0,25 0,38 0,15 0,22 8 17 0,92 0,035 0,06 0,22 16 51 0,17 0,8 2,8 0,13 236,485
2/0,2-0,1 29 430 9,5 820 0,08 2,5 0,25 0,33 1 51 0,19 0,4 0,28 0,32 7,8 99 0,12 1,5 1 0,92 1455,19
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории Курчатовского института (г. Москва) методом 1СР МБ.
Кварцевые продукты соответствуют требованиям, предъявляемым к сырью для производства карбида кремния, динасовых изделий, стекла (по ГОСТ 22551-77) и керами-
ки. После помола пылевидный кварц пригоден для литья по выплавляемым моделям. Кроме того, кварцевый концентрат, полученный в результате глубокого обогащения по
0
пробе ПР-1 (крупность 0,315-0,1 мм), соответствует требованиям компании Элкем для производства технического (металлического) кремния специальных марок (Special grade Silicon metal), а концентрат, полученный по пробе ПР-2 (крупность 0,25-0,1 мм), соответствует требованиям компании Элкем для производства ферросилиция высоких марок (HP FeSi-low P and B).
В пределах Кольского региона известны кианитовые сланцы Кейв, образованные в результате полиметаморфизма осадочных толщ и прослеживающиеся в виде узкой (от нескольких сотен метров до первых километров) полосы более чем на сто километров [Бельков, 1963]. Разведано несколько месторождений на кианит, как перспективный вид сырья для производства силумина, огнеупоров и глинозема, однако перспективы использования кварцевого сырья как попутного компонента при комплексной разработке не рассматривались. Вместе с тем кварц, как правило, составляет от 50-60 об. % породы. Наряду с кианитовыми сланцами, составляющими в стратиграфиче-
Рис. 8. Минеральные примеси в мусковитовых к скопа Тевсап):
А - мусковит (Мв), К-полевой шпат (Пв); Б - акцессорный
ском разрезе, по данным И. В. Белькова, пачку Б, интерес могут представлять муско-витовые кварциты (пачка В), распространенные в пределах центральных и западных Кейв, содержание кварца в которых составляет 85-90 об. %, а также метасоматические кианитовые сланцы с голубым кианитом, которые образуют вытянутые линзы на контактах кварцитов и гранат-ставролитовых сланцев, содержание кварца достигает 70 об. % [Бельков, 1963].
Мусковитовые кварциты песцовотундров-ской свиты Хребет Серповидный (Большие Кейвы) по минеральному составу довольно однородны и значительно отличаются от мускови-товых кварцитов Восточной Хизоваары. В качестве второстепенных минералов, кроме мусковита, данные породы содержат К-полевой шпат, плагиоклаз, иногда хлорит, которые развиты в основном по границам зерен кварца вместе с мусковитом и по микротрещинкам внутри зерен (рис. 8, А). В качестве акцессорных наблюдаются рутил, эпидот, циркон, титанит и апатит (рис. 8, Б).
Хребта Серповидного (фото с микро-
(Ap) и микровключение К-полевого шпата (Fls)
Проведенные исследования по предвари- ния показали, что уже на данной стадии воз-
тельному обогащению этих пород с исполь- можно значительное очищение кварца от
зованием стандартных операций обогаще- примесей (табл. 12).
Таблица 12. Содержание элементов-примесей в кварцевых концентратах, полученных из мусковитовых кварцитов после операций предварительного обогащения
Фракция, мм Fe Ti Al Mn B Mg Ca Cu K Na Li Ge P Сумма
0,2-0,05 33 70 1400 3,9 5,4 8 22 1 1100 310 1,2 0,6 9,3 2964,4
0,315-0,1 41 30 2700 1,2 0,52 8,6 9,5 0,13 1300 150 0,93 0,9 3,5 4246,28
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории Курчатовского института (г. Москва) методом 1СР МБ.
Кварцевые концентраты после предваритель- компании Элкем для производства ферросилиция ного обогащения удовлетворяют требованиям (марки Std FerroSilicon и HP FeSi-low P and B).
0
На границе Северной Карелии и Мурманской области в пределах северной части Северо-Ка-рельского зеленокаменного пояса имеют распространение кварциты ятулийского возраста (Кука-созерский сегмент, участок Степаново озеро), которые претерпели переработку, вплоть до образования сливных кварцитов, в результате интенсивной тектонической активизации свеко-феннского возраста и связанного с ней метаморфизма эпидот-амфиболитовой и амфиболитовой фаций [Данилевская и др., 2004].
В результате проведенных минералого-пет-рографических исследований и минералоготехнологического картирования на участке Степаново озеро установлено, что кварциты данного участка характеризуются присутствием зональности, образованной в результате вторичных изменений в процессе метаморфизма и метасоматоза. Среднее содержание ЭЮ2 в
пробах сливных кварцитов из центральной части тела - 98,86 %. В приконтактовых частях кварцит более мелкозернистый и значительно минерализованный. Основные минеральные примеси - серицит, плагиоклаз, иногда кальцит (редко присутствует пироксен) - распределены вдоль границ зерен. Акцессорные минералы наблюдаются часто в виде мелкодисперсных включений внутри зерен кварца и представлены пиритом, апатитом, эпидотом, реже монацитом, ортитом, цирконом.
По результатам предварительного обогащения кварца данного проявления по различным типам установлены различия в качестве кварцевых продуктов из разных типов кварца на стандартной крупке размерами 0,1-0,5 мм (табл. 13) [Данилевская и др., 2004]. Наиболее обогатимыми являются центральные части кварцевого тела с интенсивной переработкой.
Таблица 13. Качественные характеристики концентратов предварительного обогащения по нескольким пробам (Степаново озеро), ppm
Тип кварца Al Fe K Na Ti Li Ca Mg Cu Cr Mn Ni Со Сумма
М/з кварцит (1 проба) 200 18 30,5 374 29,1 0,15 10 16,1 0,2 1 0,2 1 1 681,3
Сливной кварцит (сред. по 2 пробам) 72 3,75 11,9 39,5 7,65 0,23 6 4,7 0,2 1 0,2 1 1 149,1
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории ВНИИСИМС (г. Александров).
Проведенные эксперименты по дообогаще-нию данного кварца, с включением методов направленного воздействия и использованием более мелкого материала двух фракций -
0,313-0,1 мм и 0,2-0,02 мм, позволили значительно улучшить качество кварцевого концентрата, особенно по более мелкой фракции (табл. 14).
Таблица 14. Содержание элементов-примесей в кварцевых концентратах двух фракций после глубокого обогащения (Степаново озеро), ppm
Фракция, мм Fe Ti Al Mn Mg Ca K Na Zr Sr Zn B Ba Ni Cr Cu Li Ge P Со Сумма
0,313-0,1 16 5 31 0,05 0,9 2,6 10 5 2,1 0,035 0,052 0,11 0,22 2,2 0,1 0,048 0,07 0,6 1,2 0,08 77,667
0,2-0,02 0,5 3,9 35 0,04 0,23 0,6 2,8 1,0 0,05 0,1 0,037 0,21 0,017 0,01 0,025 0,06 4,1 0,7 0,2 0,01 49,496
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории Курчатовского института (г. Москва) методом 1СР МБ.
После проведенных технологических исследований наблюдается значительное снижение содержания Ре, Мд, Zr, Ва, Р в кварцевом концентрате, вместе с тем содержание А1, Т1 практически не изменяется. Существенные отличия по содержанию И могут быть связаны с неоднородностью состава кварца по фракциям.
Кварцевые концентраты после проведенных операций обогащения на разной крупности и по различным схемам, в том числе и с применением направленных воздействий, в целом не соответствуют высокочистому кварцу (сортам КГО), в основном из-за высокого содержания А1. По-видимому, с проведением дополнительных исследований по отработке режимов очистки можно повысить качество кварцевых концентратов с учетом исходно низкого содержа-
ния в кварце структурных примесей [Данилевская, Раков, 2006].
Определенный интерес вызывают кварциты палеопротерозойского возраста нижнего яту-лия, имеющие широкое распространение в центральной части Карелии. Интерес, прежде всего, вызывают исходно чистые разновидности кварцитов, которые могут рассматриваться как сырье для производства «металлургического кремния» (MG-Si), который является востребованным продуктом на рынке и исходным сырьем для производства поликремния для солнечных батарей и электроники (solar & electronic grade). В частности, кварциты месторождения Метчангъярви характеризуются многоцелевым комплексным использованием (исходное сырье - огнеупорный порошок, декора-
0
тивный щебень, наполнители в бетон, стекольная промышленность, некоторые разновидности - металлургический кремний; кварцевая крупка после процессов обогащения - стекольная промышленность, кристаллический кремний) [Данилевская и др., 2007].
Заключение
Карело-Кольский регион является одной из четырех кварценосных провинций на территории России, имеет выгодное территориальное расположение. Проводившиеся в Институте геологии КарНЦ РАН в последние 15 лет исследования кварцевого сырья в пределах данной территории позволили значительно расширить перечень перспективных типов кварцевого сырья, включая нетрадиционные разновидности (кварциты, кварцевые метасоматиты, жильный кварц с исходно низким качеством и др.). Кроме того, была произведена переоценка уже известных объектов с учетом современных требований, расширением спектра исследованных элементов-примесей и с применением новых подходов к обогащению, что позволило улучшить качество кварцевых концентратов, расширяя тем самым спектр их возможного применения.
На данном этапе исследований можно сказать, что среди изученных разновидностей кварцевого сырья наиболее перспективными типами являются кварцевые образования, сформированные в результате метаморфизма и перекристаллизации, протекавших при невысоких температурах и стрессовой нагрузке.
Минералого-технологические исследования кварца показали, что наиболее перспективными объектами кварцевого сырья на данный момент на территории Карело-Кольской кварценосной провинции для производства ВЧК, требующими дальнейших детальных исследований, можно считать: жильный кварц месторождения Майское, участка Маягино (Малые Кейвы), участка Меломайс.
Важными задачами дальнейших исследований кварцевого сырья данного региона являются: подбор технологий обогащения кварцевого сырья месторождения Перчатка с целью улучшения качества кварцевых концентратов; проведение детальных минералого-технологиче-ских исследований жильного кварца Больших Кейв и поиск наиболее обогатимых разновидностей кварца; разработка новых подходов к очистке кварца от трудноудалимых микровключений и ГЖВ и отработка технологий обогащения нетрадиционных типов кварцевого сырья (молочно-белого жильного кварца, сливных кварцитов, кварцевых метасоматитов и т. д.); проведение поисково-оценочных работ по
кварцитам с целью поиска наиболее чистых разновидностей для производства металлургического кремния; выявление новых нетрадиционных типов кварцевого сырья, пригодных для производства востребованных кварцевых продуктов.
Карело-Кольский регион является перспективной для освоения кварценосной провинцией. Расширение и углубление исследований в области изучения геологических условий формирования кварцевого сырья, его минералоготехнологических свойств и обогатимости позволят в дальнейшем значительно повысить интерес к региону со стороны кварцпотреб-ляющей промышленности, что в целом улучшит его инвестиционную привлекательность.
Автор выражает искреннюю признательность проф., д. г.-м. н. В. В. Щипцову и Л. С. Скамницкой за помощь и поддержку в проведении исследований, а также автор благодарен проф., д. г.-м. н. Ю. Л. Войтеховскому и к. г.-м. н. А. К. Шпаченко за помощь в предоставлении фактического материала и фондовой литературы по кварцевому сырью Кольского п-ова.
Литература
Белоусова Е. Б., Петров И. М. Мировой рынок высокочистого природного кварца // Рынок минерального сырья. 2010. № 1. С. 62-65.
Бельков И. В. Кианитовые сланцы свиты Кейв. М., 1963. 320 с.
Борисов Л. А., Серых Н. М., Федотов В. К. и др. Минерально-сырьевая база кварцевого сырья России - состояние и основные направления ее развития // Неметаллические полезные ископаемые России: современное состояние сырьевой базы и актуальные проблемы научных исследований: Материалы конф. М.: ИГЕМ РАН, 2004. С. 41-44.
Борисов Л. А., Серых Н. М., Федотов В. К. Ресурсный потенциал кварцевого сырья для плавки // Современные проблемы изучения и использования минерально-сырьевой базы кварцевого сырья: Сб. ст. по материалам Всерос. совещ. Миасс, 24-27 мая 2011 г. С. 18-20.
Войтеховский Ю. Л., Лютоев В. П., Чернявский
А. В. Золоторудный кварц из проявлений Пана-Куо-лаярвинской структуры // Золото Кольского полуострова и сопредельных регионов: Тр. Всерос. (с междунар. участием) науч. конф., посвящ. 80-летию Кольского НЦ РАН. Апатиты, 26-29 сент. 2010 г. Апатиты: ООО К & М, 2010. С. 4-7.
Вольфсон А. А. Геолого-генетические особенности золото-кварцевого месторождения «Майское» (Северная Карелия): Дис. ... канд. геол.-минер. наук. М., 2004. 165 с.
Геология, генезис и промышленные типы месторождений кварца / Сост. Е. П. Мельников. М.: Недра, 1988. 216 с.
0
Гудков А. С. Пьезооптический кварц - условия кристаллизации и промышленно-генетическая классификация месторождений // Геология рудных месторождений. 1967. № 5. С. 90-97.
Данилевская Л. А. Кварцевое сырье Кольского полуострова (обзор фондовых материалов и перспективы) // Проблемы рудогенеза докембрийских щитов: Тр. всерос. науч. конф. Апатиты, 2008. С. 29-33.
Данилевская Л. А. Основные принципы технологической минералогии в применении к кварцевому сырью // Тр. VI Всерос. (с междунар. участием) Ферсмановской науч. сессии. Апатиты: ООО К & М,
2009. С. 252-256.
Данилевская Л. А., Раков Л. Т. Структурные примеси в кварце как важный критерий оценки качества кварцевого сырья и прогноза его технологических свойств // Результаты фундаментальных и прикладных исследований по разработке методик технологической оценки руд металлов и промышленных минералов на ранних стадиях геологоразведочных работ: Сб. науч. ст. по материалам I Рос. семинара по технологической минералогии. Петрозаводск, 2006. С. 119-124.
Данилевская Л. А., Скамницкая Л. С. Повышение качества концентратов из молочно-белого жильного кварца // Обогащение руд. 2009. № 5. С.21-25.
Данилевская Л. А., Скамницкая Л. С. Месторождение жильного кварца Перчатка: история освоения, геолого-минералогические особенности, новые подходы к оценке сырья // Геология и полезные ископаемые Кольского полуострова: Тр. VII Всерос. Ферсмановской науч. сессии, посвящ. 80-летию Кольского НЦ РАН (Апатиты, 2-5 мая 2010 г.). Апатиты: ООО К & М, 2010. С. 39-44.
Данилевская Л. А., Скамницкая Л. С. Перспективы получения кварцевых продуктов из нетрадиционных источников кварцевого сырья // Обогащение руд. 2011. № 6. С. 29-34.
Данилевская Л. А., Шпаченко А. К. Особенности жильного гранулированного кварца Карело-Коль-ского региона // Современная минералогия: от теории к практике: Материалы XI Съезда РМО. СПб.,
2010. С. 332-334.
Данилевская Л. А., Щипцов В. В. Прогноз перспективности нового кварценосного объекта Мело-майс в Карелии // Разведка и охрана недр. 2007а. № 10. С. 33-36.
Данилевская Л. А., Щипцов В. В. Состояние и ресурсы минерально-сырьевой базы кварца Республики Карелия // Разведка и охрана недр. 2007б. № 10.
С.29-33.
Данилевская Л. А., Скамницкая Л. С., Щипцов
В. В. Кварцевое сырье Карелии. Петрозаводск: Карельский НЦ РАН, 2004. 226 с.
Данилевская Л. А., Скамницкая Л. С., Щипцов
В. В. Минералого-технологическая оценка и перспективы использования сырья кварцевой жилы Меломайс (Карелия) // Обогащение руд. 2006. № 3. С. 11-15.
Данилевская Л. А., Гаранжа А. В., Щипцов В. В. Возможности комплексной переработки и исполь-
зования кварцитов месторождения Метчангъярви (Карелия) // Материалы Междунар. совещ. Современные методы комплексной переработки руд и нетрадиционного минерального сырья. Апатиты, 2007.
С.85-89.
Данилевская Л. А., Скамницкая Л. С., Щипцов
B. В. Нетрадиционные типы кварцевого сырья Каре-ло-Кольского региона: новые подходы и перспективы использования // Современные проблемы изучения и использования минерально-сырьевой базы кварцевого сырья: Сб. ст. по материалам Всерос. совещ. Миасс, 24-27 мая 2011 г. С. 54-61.
Дудкин О. Б. Технологическая минералогия комплексного сырья на примере месторождений щелочных плутонов. Апатиты: КНЦ РАН, 1996. 133 с.
Емлин Э. Ф., Синкевич Г. А., Якшин В. И. Жильный кварц Урала в науке и технике. Свердловск: Сред.-Урал. кн. изд-во, 1988. 272 с.
Ермаков Н. П. Генетические обоснования классификации месторождений пьезооптического кристал-лосырья // Тр. ВНИИП. 1958. Т. 11, вып. 1. С. 5-12.
Изоитко В. М. Технологическая минералогия и оценка руд. СПб.: Наука, 1997. 582 с.
Карякин А. Е., Смирнова В. А. Структуры хрусталеносных полей. М.: Недра, 1967. 240 с.
Крылова Г. И. Изучение физико-химических свойств основных типов кварцев Приполярного Урала с целью разработки рекомендаций по их рациональному обогащению: Отчет ВНИИСИМС. Александров, 2001. 175 с.
Лазько Е. М. О генезисе хрусталеносных образований и промышленных типах месторождений пьезокварца // Тр. ВННИП. 1958. Т. 2, вып. 1. С. 13-24.
Минерагения метаморфогенных месторождений горного хрусталя и гранулированного кварца / Соколов Ю. М., Мельников Е. П., Маханек Е. К., Мельникова Н. И. Л.: Наука, 1977. 113 с.
Пирогов Б. И. Теоретические основы технологической минералогии // Теория минералогии. Л.: Наука, 1988. С. 127-134.
Пирогов Б. И. Методология технологической минералогии и природа технологических свойств минералов // Результаты фундаментальных и прикладных исследований по разработке методик технологической оценки руд металлов и промышленных минералов на ранних стадиях геологоразведочных работ. Петрозаводск: Карельский НЦ РАН, 2006. С. 6-19.
Подготовка минерального сырья к обогащению и переработке / Ревнивцев В. И., Азбель Е. И., Баранов Е. Г. и др. М.: Недра, 1987. 307 с.
Поленов Ю. А. Эндогенные кварцево-жильные образования Урала. Екатеринбург: УГГУ, 2008. 269 с.
Серых Н. М., Борисов Л. А., Гулин Е. Н., Федотов В. К. Проблемы воспроизводства минерально-сырьевой базы особо чистого кварца на современном этапе // Руды и металлы. 2004. № 1.
C.51-52.
Слюдоносные пегматиты Северной Карелии / Гордиенко В. В., Богданов Ю. Б., Бойцова Ю. Н. и др. Л.: Недра, 1976. 366 с.
Турашева А. В. Состояние и проблемы минерально-сырьевой базы кварцевого плавочного сырья Российской Федерации // Кварц. Кремнезем:
0
Материалы Междунар. семинара. Сыктывкар, 2004. С.178-181.
Шатнов Ю. А., Тигетова И. С. Особенности состояния и перспективы развития ресурсной базы кварцевого сырья // Там же. С. 177-178.
Щипцов В. В., Данилевская Л. А., Гаранжа А. В., Родионов В. С. Прогнозно-минерагеническая оценка кварценосности Карелии // Геология и полезные ископаемые Карелии. Петрозаводск: Карельский НЦ РАН,2001. С. 71-78.
Щипцов В. В., Скамницкая Л. С., Бубнова Т. П. и др. Мусковитовые кварциты Карелии - новый промышленный тип слюдяного сырья // Геология и полезные ископаемые Карелии. Вып. 6. Петрозаводск: Карельский НЦ РАН, 2003. С. 67-77.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ:
Данилевская Людмила Александровна
старший научный сотрудник, канд. геол.-минер. наук Институт геологии Карельского научного центра РАН ул. Пушкинская, 11, Петрозаводск, Республика Карелия, Россия, 185910
эл. почта: danileve@krc.karelia.ru тел.: (8142) 768092
Ярмак М. Ф., Турашева А. В. К вопросу переоценки запасов месторождений кварцевого сырья для плавки // Синтез минералов и методы их исследования: геология месторождений пьезооптического и камнесамоцветного сырья. Труды ВНИИСИМС. Т. XV. Александров, 1998. С. 269272.
Muller A., Ihlen P. M., Wanvik G. I., Flem B. High-purity quartz mineralisation in kyanite quartzites, Norway // Miner Deposita. 2007. Vol. 42. P. 523-535.
Srinivasan R., Naha K., Bhaskar Rao Y. J. et al. Middle to late Archean geology of the eastern Baltic shield, with a note on its similary and contrast with the Archean of southern India // Earth and Planetary Sciences. 1993. Vol. 102, N 4. P. 567-585.
Danilevskaya, Lyudmila
Institute of Geology, Karelian Research Centre, Russian Academy of Sciences
11 Pushkinskaya St., 185910 Petrozavodsk, Karelia, Russia e-mail: danilevs@krc.karelia.ru tel.: (8142) 768092
