CC BY
39
УДК 549.731.15+553.461
О ЯВЛЕНИЯХ МЕТАМОРФИЗМА ХРОМШПИНЕЛИДА ХРОМОВЫХ РУД НА ПРИМЕРЕ УРАЛА. ВЕРХНЕ-УФАЛЕЙСКАЯ ГРУППА МЕСТОРОЖДЕНИЙ И КАЧКИНСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ
О.А. Толканов, В.П. Чернобровин, В.Н. Ослоповских,
А.В. Речкалова \, И.Ю. Пашкеев
Явления метаморфизма рудного и акцессорного хромшпинелида известны давно [1, 4-6, 11]. Будучи впервые понята А.Г. Бетехтиным, природа метаморфизма хромшпинелида детально изучалась в хромовых рудах Верблюжьегорского месторождения С.А. Кашиным и в хромовых рудах месторождений Закавказья (А.А. Луйк). С вводом в эксплуатацию Кемпирсайского месторождения высококачественных хромовых руд утилитарный интерес к явлениям метаморфизма хромшпинелида упал, метаморфические изменения хромшпинелида характеризовались либо попутно с минералогической характеристикой руд месторождения [7, 9, 11], либо с точки зрения генетических интерпретаций процессов магматизма и метаморфизма хромовых руд [2, 3, 8, 12-14, 17]. Так как решение общетеоретических геологических вопросов (генезис хромитового оруденения, геотермометрия) требовали изучения «первичного» (магматического, неметаморфизованного) хромшпинелида, слабая топоминералогическая изученность метаморфических изменений хромшпинелида конкретных месторождений закладывалась уже в методике исследования [9].
В настоящее время в силу ряда причин ферросплавная промышленность России лишена своей прежней рудной базы в Казахстане. Однако в 30-е годы производство феррохрома на Челябинском заводе ферросплавов основывалось на рудах уральских месторождений. Эти месторождения разбросаны и сравнительно невелики, но в целом, по данным Челябинского геологического комитета, прогнозные ресурсы Верхне-Уфалейского, Варшавского и Верблюжьегорского месторождений по категориям Р! и Р2 оцениваются в 2,9 млн т. Челябинский электрометаллургический комбинат с успехом использует в производстве феррохрома руды уральских месторождений в сочетании с импортируемыми. Изменившийся и постоянно меняющийся вещественный состав поступающего сырья потребовали корректировки технологии металлургического передела. При этом в работе металлургов возникли затруднения из-за отсутствия информации по свойствам хромитов других месторождений вследствие узконаправленного изучения хромитовых руд только Кемпирсайского месторождения. Перенос сложившейся десятилетиями практики работы с хромитовыми рудами Казахстана на уральские руды оказался некорректным. Геологи-ческая служба оказалась не готова отвечать на
многочисленные вопросы технологов-практиков, касающихся вещественного состава хромовых руд ранее неиспользуемых месторождений.
Метаморфические изменения хромшпинелида Верхне-Уфалейской группы месторождений (Северо-западная залежь Песчанского месторождения, Волчьегорское месторождение, штуфные пробы ручной рудоразборки Верхне-Уфалейской группы) и Качкинского месторождения описаны в минералого-технологических пробах хромовых руд, поступающих на ЧЭМК. Исследования проводились Центральной заводской лабораторией ЧЭМК и кафедрой физической химии ЮУрГУ с целью выявления минералого-петрографических критериев оценки металлургических свойств хромового сырья Уральского региона. Всего изучено 29 штуфных проб хромовой руды весом 5-6 кг каждая. Производственно-технологический характер исследования обусловил привязку исследуемой пробы хромовой руды к месторождению в целом (что не решает задач минералогического картирования месторождений).
Песчанское месторояадение
(Северо-Западная залежь)
Сплошная хромовая руда массивной текстуры, иногда содержит шлиры размером до 30-50 мм, соответствующие густовкрапленной руде. Главные минералы руды - хромшпинелид и хлорит. Перовскит, кальцит и хизлевудит встречаются в виде единичных зерен. Зерна первичномагматического хромшпинелида размером 0,2-4 мм (преимущественно 1-2 мм, что соответствует мелко-среднезернистой структуре), ретроспективно имеют индукционные ограничения относительно друг друга и нерудных минералов. Хромшпинелид неравномерно катаклазирован. Встречаются «тошные участки хромшпинелида со слабо выраженной трещиноватостью (рис. 1а) и линейные взаимно пересекающиеся зоны тонкого дробления хромшпинелида (шириной 0,5-1 мм и длиной до 5-10 мм).
Хромшпинелид руд в разной степени мета-морфизован. Метаморфизм хромшпинелида проявляется в развитии по первично-магматическому хромшпинелиду метаморфогенного хромшпинелида, имеющего характерные отличительные признаки. Морфологически метаморфогенный хромшпинелид об!разует:
б)
Рис. 1. Метаморфогенный хромшпинелид Песчанско-го месторождения (Северо-западная залежь): а) про-жилково-вкрапленные включения метаморфогенного хромшпинелида в сплошном агрегате первично-магматического хромшпинелида; 6) решетчатая метаморфогенная структура метаморфогенного хлорита в мета-морфогенном хромшпинелиде. 1 - первично-магма-тический хромшпи-нелид; 2 - метаморфогенный хромшпинелид; 3 - хлорит; 4 - хизлевудит. Отраженный свет
• прожилково-вкрапленные включения вдоль ослабленных зон и нераскрытых трещин в сплошных агрегатах зерен первично-магматического хромшпинелида (см. рис. 1а);
• характерные решетчатые метаморфоген-
ные структуры прорастания метаморфогенного хромшпинелида метаморфогенным хлоритом (см. рис. 16);
• неравномерно метаморфизованные с краев участки обломков и нацело обломки первично-магматического хромшпинелида в структурах дробления агрегатов хромшпинелида и хлорита.
Отражательная способность метаморфогенного хромшпинелида обычно повышена в сравнении с первично-магматическим хромшпинелидом, отличается неравномерностью. Неравномерность отражательной способности метаморфогенного хромшпинелида по видимому связана с неоднородностью его химического состава. Тенденции изменения химического состава хромшпинелида при метаморфизме по данным рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) представлены в таблице1 и на рис. 2. Метаморфогенный хромшпинелид в сравнении с первично-машатическим хромшпинелидом содержит меньше шпинелевой и больше магнетитовой составляющих. Содержание М§0 в метаморфоген-ном хромшпинелиде чаще уменьшается, однако доля магнезиохромитовой составляющей увеличивается за счет перераспределения М£0 шпинелевого минала. Поведение компонентов-примесей: МпО и, особенно, ТЮ2 заметно при определении их содержания методом РСМА в зернах первично-магматического и метаморфогенного хромшпинелидов, находящихся в непосредственном контакте-срастании друг с другом. Содержание якобситовой составляющей в ме-таморфогенном хромшпинелиде возрастает, а ульви-товой уменьшается2.
Относительно всего хромшпинелида доля метаморфогенного хромшпинелида в изученных пробах колеблется от 15-20 % до 100 %.
В изученных образцах хромовых руд из нерудных силикатных минералов нами встречен только хлорит, оливина и серпентина не обнаружено. Хлорит заполняет межзерновые промежутки дробленых агрегатов хромшпинелида, сопутствует вкрапленникам метаморфогенного хромшпинелида (см. рис. 1а) или образует закономерно-ориентированную решетку в метаморфогенном хромшпинелиде (см. рис. 16). По данным РСМА (14 определений) хлорит содержит: БеО = 0,46 -
- 1,29 %; МёО = 29-38 %; Сг203 = 1,56 - 2,63 %; А1203= 17,8-26,1 %; 8Ю2= 23,2 - 34,8 %. Рассчитанные для двух анализов кристаллохимические формулы3 позволяют отнести хлорит к хромовым разновидностям корундофиллита-прохлорита:
(?е 0,070 М§4 928)4 998 (Сг0іі22 А1і_о47)ідб9
[А1і,504 8і2і49б]4,ооо (ОН)8;
(Ре 0,104 М§4і774)4>878 (Сг0,128 А1о,97о)і,097
[-А!1,048 $І2і952]4,000 (ОН)*.
Перовскит встречен в виде единичных зерен в четырех пробах, не встречен в пробе с почти полностью метаморфизованным хромшпинелидом и метаморфогенным хлоритом, образующими решетчатую структуру. Зерна перовскита размером
0,03-0,25 мм пространственно тяготеют к скопле-
Серия «Металлургия», выпуск 5
Таблица
Химический состав хромшпинелида Песчанского, Волчьегорского, Качкинского месторождений и проб ручной рудоразборки
Верхне-Уфалейской группы месторождений (масс. %) по данным РСМД
Месторождение Верхне-Уфалейская группа месторождений Качкинское
Песчанское (Северо-Западное проявление) Волчьегорское Пробы ручной рудоразборки
№ пробы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12
Метаморфизм* п м п м п м п м п м п м п м п м п м м м п м
Компоненты
Сг2Оз 46,6 46,7 47,2 48,6 51,7 52,8 46,3 53,3 48,6 52,4 44,2 54,3 39,5 45,2 42,4 51,6 44,5 52,5 58,2 53,8 43,6 56,3
А1203 21,8 9,25 22,0 8,40 13,2 5,20 21,0 12,8 19,8 14,0 24,8 7,35 27,8 21,4 25,0 11,2 25,0 13,7 6,01 5,21 23,4 7,39
Ре203 3,39 16,02 3,76 14,4 6,54 16,7 3,54 4,68 3,65 6,65 4,93 12,3 4,23 7,33 3,88 9,33 3,55 4,81 7,26 14,2 5,26 6,70
РеО 12,4 15,0 12,8 17,4 10,5 7,72 13,0 14,9 13,4 15,6 10,0 5,24 9,20 9,50 9,81 13,2 11,5 14,0 16,2 11,5 9,3 16,4
МёО 15,1 11,8 15,2 10,3 14,7 16,0 14,3 12,0 14,3 12,3 17,1 17,3 17,5 17,0 16,7 13,1 16,2 12,7 10,4 13,6 17,0 10,4
МпО 0,22 0,32 0,20 0,36 0,29 0,33 0,19 0,24 0,23 0,27 0,17 0,36 0,14 0,25 0,14 0,26 0,14 0,24 0,69 0,30 0,21 0,31
тю2 0,37 0,30 0,33 0,42 0,18 0,25 0,23 0,11 0,31 0,10 0,05 0,03 0,20 0,17 0,17 0,17 0,15 0,12 0,22 0,30 0,20 0,23
Сумма 99,88 99,39 101,49 99,88 97,11 99,00 98,56 98,03 100,29 101,32 101,25 96,88 98,57 100,85 98,10 98,86 101,04 98,07 98,98 98,91 98,97 97,73
Магнезиохромит Мй0Сг,0, 30,32 39,08 30,53 33,35 46,52 67,21 29,0 33,75 30,76 31,83 34,49 70,80 31,47 40,37 33,11 41,76 29,80 35,41 38,67 55,63 37,33 36,36
Феррохромит РеОСг2Оз 32,68 23,75 32,92 32,89 24,18 0,34 35,40 40,77 35,54 39,09 24,18 0,07 22,37 19,01 25,09 28,22 30,17 37,61 41,60 15,32 21,47 42,47
Шпинель Mg0•Al20з 30,44 12,99 30,24 11,74 18,95 7,33 29,72 18,22 27,55 19,28 34,11 10,58 39,35 29,61 35,55 15,84 34,52 19,49 8,48 7,35 32,92 10,54
Ульвит 2 РеОТЮ2 1,04 0,84 0,91 1,18 0,52 0,71 0,65 0,31 0,86 0,28 0,14 0,09 0,57 0,47 0,48 0,48 0,42 0,34 0,62 0,85 0,57 0,66
Якобсит Мп0Ре203 0,72 1,05 0,64 1,17 0,97 1,08 0,63 0,80 0,75 0,87 0,55 1,21 0,46 0,81 0,46 0,85 0,45 0,80 2,27 0,99 0,69 1,03
Магнетит Ре0Ре203 4,20 22,32 4,73 19,67 8,78 23,31 4,58 6,12 4,53 8,65 6,51 17,6 5,75 9,73 5,26 12,82 4,64 6,31 8,35 19,85 7,02 8,90
* Метаморфизм: «п» - хромшпинелид первично-магматический; «м» - хромшпинелид метаморфизованный.
Толканов О.А., Чернобровин В.П., О явлениях метаморфизма хромшпинелида Ослоповских В.Н., Речкалова А.В., Пашкеев И.Ю.____________________________________________________________________________________________хромовых руд на примере Урала...
Песчанское месторождение, хромшпинелид первичный А, п Ті°2 М80 А120з 0,33 Г15Л Песчанское месторождение, хромшпинелид метаморфогенний А1203 Т‘°2 м _ * 4 0,42 .М§° \ ^ / 10>3 Р 0 «щ||||^РЄ0 48,6
Волчьегорское месторождение, хромшпинелид первичный ТЮ2 мё° 0,05 "\. А 17,1 А1203 I ВМк. 24,8 —Г ' г™ 44,2 Волчьегорское месторождение, хромшпинелид метаморфогенный тю2 АІ2°з 0,03 МеО 7,35 \ ^ [17’3 Ре203 гРе0 “4ИЬ(“ 54,3
Качкинское месторождение, хромшпинелид первичный Ті°2 МёО А1203 Г 0,20 17 о рЙг Качкинское месторождение, хромшпинелид метаморфогенный А1 п ТЮ2 2 Ч 0 24 М§° 7,39 \ 323х10,4 Ре2°3 ^<1т> РеО 6>70 16,4
Рис. 2. Химический состав первично-магматического и метаморфогенного хромшпинелида. Месторождения: Песчанское (Северо-Западное проявление), Волчьегорское и Качкинское
О явлениях метаморфизма хромшпинелида хромовых руд на примере Урала...
ниям метаморфогенного хромшпинелида, нередко в ассоциации с мелкими зернами кальцита, иногда имеют идиоморфные ограничения по отношению к хлориту. По данным РСМА перовскит содержит
0,53 % Сг203.
Хизлевудит является сквозным минералом для всех проб, встречается в виде мелких (0,01 --0,1мм) единичных зерен состава (по данным РСМА): Бе = 0,09 - 0,33 %; № = 69-72%; Со = = 0,07 - 0,09 %; Б =30 - 32 %. Расчетные кристаллохимические формулы хизлевудита показывают избыток серы в сравнении со стехиометрическим составом [20]:
(Ре0(014 №2>85 Со0і004)2,87 §2,13;
(ГЄ0,004 N12,7, СОо,ооз)2,72 $2,28-
Волчьегорское месторождение
Всего изучено 14 проб хромовой руды Волчь-егорского месторождения. Руда преимущественно густовкрапленная (70-85 % хромшпинелида), реже средневкрапленная (50-70 % хромшпинелида), сплошная (нерудных минералов меньше 1 %) или редковкрапленная (около 30 % хромшпинелида). Текстура руды массивная. Главные минералы руд -хромшпинелид и хлорит. Хромшпинелид как правило интенсивно и неравномерно катаклазирован. Метаморфизм хромшпинелида различных проб отличается количественным соотношением первично-магматического и метаморфогенного хром-шпинелидов, морфоструктурными характеристиками метаморфогенного хромшпинелида. Доля метаморфогенного хромшпинелида высока, в половине проб приближается к 100 %, лишь иногда составляя 20-25 %. Морфология метаморфогенного хромшпинелида разнообразна, он образует:
• прожилково-вкрапленные включения и каймы метаморфогенного хромшпинелида внутри и вокруг обломков первично-магматического хромшпинелида (рис. За);
• губчато-пористые структуры, замещающие зерна и обломки хромшпинелида нацело (см. рис. 36) или в виде кайм, с реликтами первично-магматического хромшпинелида в центре (рис. 4а);
• губчато-пористые и решетчатые структуры замещения сплошных агрегатов хромшпинелида нацело, с закономерной [16] и без видимой закономерности ориентировкой включений метаморфогенного хлорита в хромшпинелиде.
Основные тенденции изменения химического состава хромшпинелида при метаморфизме (уменьшение доли А1203 и увеличение доли общего железа) аналогичны вышеописанным для Песчанского месторождения. Не отмечено понижения содержания MgO, имеет место перераспределение железа из закисной формы в окисную4.
В половине изученных проб хромовых руд обнаружена неизвестная минеральная фаза, по данным РСМА5 содержащая: MgO = 37-38 %; БеО =18-22 %; Сг203 = 9,8 - 10,7 %; А1203 = 0,96 -
- 1,06%. Минерал образует длиннопризматические, шестоватые, ромбические в поперечном се-
чении кристаллы (см. рис. 36, 4а), нередко цементирующие метаморфогенный хромшпинелид. Отражательная способность хромово-железо-магние-вой фазы значительно меньше метаморфогенного хромшпине
б)
Рис. 3. Метаморфогенный хромшпинелид Волчьегор-ского месторождения: а) каймы метаморфогенного хромшпинелида вокруг обломков первично-магматического хромшпинелида; б) реликты обломков метаморфогенного хромшпинелида губчатой структуры в агрегате хлорита и Мд-Яе-Сг-содержащей фазы. 1 - первично-магматический хромшпинелид; 2 - метаморфогенный хромшпинелид; 3 - хлорит; 4 - Мд-Ре-Сг-содержащая фаза. Отраженный свет
б)
Рис. 4. Губчатая метаморфогенная структура метаморфогенного хромшпинелида: а) Волчьегорское месторождение; б) Качкинское месторождение. 1 - первично-магматический хромшпине-лид; 2 - метаморфогенний хромшпи-нелид; 3 - хлорит; 4 - Мд-Ре-Сг-содержащая фаза. Отраженный свет
лида, и немного меньше первично-магматического хромшпинелида. В скрещенных николях в отраженном свете минерал анизотропен, с изменением цвета от серого до буровато-серого. В проходящем свете хромово-железо-магниевая фаза характеризуется положительным удлинением, характерным
плеохроизмом от красно-коричневого (бурожелтого) цвета по оси с большим показателем преломления до изумрудно-зеленого по оси с меньшим показателем преломления. Погасание прямое или близкое к прямому. Показатель преломления хромово-железо-магниевой фазы выше 1,767, точное его значение не определено. Относительная твердость хромово-железо-магниевой фазы составляет 6,5-7 по шкале Мооса. С разбавленной соляной кислотой (50 %) слабо реагирует с образованием и ростом газовых пузырьков. Хро-мово-железо-магниевая фаза образует кристаллы размером до 2-3 мм в длину, однако практически всегда заключает (цементирует) зерна хромшпинелида и хлорита. Распределение хромово-железо-магниевой фазы в руде неравномерное, общее ее количество в некоторых пробах достигает 3-5 %.
Нерудная силикатная составляющая хромовых руд представлена хлоритом. Хлорит заполняет межзерновые промежутки агрегатов хромшпинелида, образует сростки с метаморфогенным хром-шпинелидом в решетчатых и губчатых структурах. По данным химического анализа хлорит содержит: БеО = 1,20 %; МёО = 33,83 %; Сг203 = 0,53 %; А12Оэ = = 21,45%; 8Ю2 = 29,00%, что соответствует кристаллохимической формуле хромсодержащего прохлорита:
(Ре 0,095 ^^§4,771)4,866 (СГ(),040 А1111Э5)1>175
[А11,256 ^12,744]4,000 (ОН)*.
Верхне-У фал ейская группа месторождений
(пробы ручной рудоразборки)
Изучены 6 проб хромовых руд, отобранных со склада ручной рудоразборки Верхне-Уфалейской группы месторождений. В период отбора проб на склад поступала хромовая руда Песчанского месторождения (Северо-западное проявление), Волчьегор-ского месторождения и безымянных рудопроявлений Верхне-Уфалейского ультраосновного массива.
Три пробы представлены сплошной, массивной текстуры хромовой рудой, сложенной агрегатом катаклазированного хромшпинелида (90-95 %), сцементированного хлоритом. Метаморфогенный хромшпинелид составляет от 4-5 % до 30-35 %, морфологически образуя вкрапленники, прожилки в первично-магматическом хромшпинелиде и каймы вокруг обломков первично-магматического хромшпинелида. Пробы руды аналогичны вышеописанным хромовым рудам Песчанского месторождения (см. рис. 1а). В таблице им соответствуют образцы № 7, 8,9.
Одна проба представляет собой дробленый, в дальнейшем метаморфизованный агрегат мета-морфогенного хромшпинелида (100%) и мета-морфогенного хлорита, образующих решетчатую структуру. Проба руды аналогична вышеописанной хромовой руде Песчанского месторождения с решетчатой структурой агрегатов метаморфоген-ных хромшпинелида и хлорита (см. рис. 16), в таблице она представлена образцом №11.
Одна проба представлена густовкрапленной хромовой рудой массивной текстуры. Структура руды разнозернистая, обусловлена большой неоднородностью размера зерен первично-магматического хромшпинелида (0,1-3 мм, в среднем 1-2 мм). Ограничения зерен первичного хромшпинелида ярко выраженные индукционные. Нерудный минерал представлен хлоритом, цементирующим зерна первичного хромшпинелида. Хлорит также образует изометричные включения (с индукционными ограничениями) в первично-магматическом хром-шпинелиде размером 0,04-0,12 мм. Трещиноватость зерен первично-магматического хромшпинелида высокая, обломки размером 0,02-0,3 мм сцементированы хлоритом. Метаморфогенний хром-шпинелид составляет до 5 % общего количества хромшпинелида, образует характерные пятна, каймы, скопления в первично-магматическом хром-шпинелиде размером 0,02-0,2 мм. Каймы метаморфогенного хромшпинелида имеют губчатую структуру взаимного прорастания с метаморфогенным хлоритом, наблюдавшуюся ранее в пробах руд Волчьегорского месторождения (см. рис. 4а).
Последняя из описываемых проб не имеет встреченных ранее аналогов, представляет собой средневкрапленную хромовую руду с неоднородной, пятнистой текстурой. Ретроспективно зерна первично-магматического хромшпинелида (размером 0,05-
1 мм) имеют индукционные ограничения по отношению к нерудным минералам. Неоднородная пятнистая текстура руды обусловлена разнозернистостью зерен первично-магматического хромшпинелида (и их обломков), сгруппированностью их в пятна-шлиры сложной формы, размером 1-4 мм. Нерудный минерал цементирует зерна и обломки хромшпинелида, представлен хлоритом бесцветного и (местами) розоватого цветов. Ограничения зерен первичномагматического хромшпинелида по отношению к нерудным минералам индукционные. Зерна первично-магматического хромшпинелида имеют сложное внутреннее строение, по существу представляя собой зернистый агрегат перекристаллизованного6 (метаморфогенного) хромшпинелида и хлорита (рис. 5). Метаморфизм хромшпинелида полный (100 %), реликтов неизмененного, неперекристализованного хромшпинелида не наблюдается, хотя агрегат метаморфогенного хромшпинелида и хлорита сохраняет внешние очертания зерен (обломков) первичномагматического хромшпинелида (см. рис. 5а). В таблице метаморфогенному хромшпинелиду соответствует образец № 10. Хлорит в интерстициях между макро-зернами «первично-магматического» хромшпинелида имеет сложное строение, представляет собой агрегат разноориентированных пластинчатых выделений размером 0,001-2 мм. По данным РСМА (4 определения) хлорит содержит РеО=1,14--1,54%; М§0 = 35,5-35,8%; Сг203 = 2,97-3,52 %; А1203= 15,0- 17,3%; 8Ю2 =31,4-34,2%, что соответствует кристаллохимическим формулам хромового кпинохлора:
(Ре 2одоо 915)5,015 (СГо,25б А1о,77о)1,()26 [А^юя
З^декооо (ОН)а;
(Ре+20,088 М^4,87з)4,961 (Сг0,21б А1о,764)0,979 [А1<),860 81з,140]4,000 (ОН)8.
Из других минералов следует отметить хизле-вудит, как сквозной минерал, и перовскит, встреченный в первых трех описанных пробах в условиях, аналогичных Песчанскому месторождению.
Рис. 5. Метаморфогенная структура перекристаллизации хромовой руды. Верхне-Уфалейская группа месторождений, проба ручной рудоразборки: а) агрегат метаморфогенного хромшпинелида и метаморфогенного хлорита, сохранивший контуры зерна первично-магматического хромшпинелида; б) метаморфогенная структура агрегата перекристаллизованного хромшпинелида и метаморфогенного хлорита. 1 - метаморфо-генный хромшпинелид; 2 - хлорит. Отраженный свет
Качкинское месторождение
Изучено 4 пробы хромовой руды, преимущественно пятнистой текстуры. Пятнистая текстура обусловлена шлирами размером 3-6 мм желтоватобелого, серо-зеленоватого хлорита в сплошном агрегате катаклазированного хромшпинелида. Хром-шпинелид составляет 85-95 % в разных пробах руды, зерна его ретроспективно имеют индукционные ограничения между собой и относительно нерудных минералов. Хромшпинелид метаморфизован, содержит от следов до 20-30 % метаморфогенного хромшпинелида. Морфологически метаморфоген-ный хромшпинелид образует губчато-пористые агрегаты с метаморфогенным хлоритом, замещающие сплошной первично-магматический хромшпинелид вдоль трещин (см. рис. 46) и обломки первично-магматического хромшпинелида в виде кайм и нацело.
Изменение химического состава хромшпинелида в основном повторяет общую тенденцию, описанную выше (см. таблицу). Значительное понижение содержания М§0 одновременно с АЬ03 и увеличение железистости обусловило значительное повышение доли феррохромита, при некотором снижении доли магнезиохромита.
Обсуждение результатов и выводы
Хромшпинелид изученных проб хромовых руд Песчанского месторождения (Северо-Запад-ного проявления), Волчьегорского и Качкинского месторождений, проб ручной рудоразборки Верх-не-Уфалейской группы месторождений, метаморфизован. Метаморфизм хромшпинелида сопровождается следующими изменениями хромовых руд:
1. Увеличение отражательной способности метаморфогенного хромшпинелида в сравнении с первично-магматическим хромшпинелидом.
2.Изменение химического состава зерен (участков) метаморфогенного хромшпинелида в сравнении с зернами (участками) первично-магмати-ческого хромшпинелида:
• вынос А1203 и, несколько в меньшей степени, М§0;
• обогащение остаточными Сг203, БеО и (или) Ре2°з-
3.Образование метаморфогенного хлорита в межзерновых промежутках агрегата хромшпинелида, по трещинкам и в виде закономерно ориентированных включений в хромшпинелиде.
4. Образование различных морфологических разновидностей метаморфогенного хромшпинелида с образованием метаморфогенних структур хромовых руд (отличных от структур хромовых руд, содержащих только первично-магматический хромшпинелид):
• каемчатая структура обусловлена каймами метаморфогенного хромшпинелида вокруг зерен и обломков первично-магматического хромшпинелида;
• прожшково-вкратенная структура обусловлена прожилково-вкрапленными включения метаморфогенного хромшпинелида в первичномагматическом хромшпинелиде;
• губчатая и решетчатая структуры образуются при метаморфизме зерен и обломков первично-магматического хромшпинелида нацело с образованием закономерных и без видимой закономерности прорастаний метаморфогенного хлорита в метаморфогенном хромшпинелиде.
5.Наложение метаморфогенных структур на предшествующие им первично-магматические и кластические структуры [15].
Встреченной в хромовых рудах Волчьегорского месторождения метаморфогенной хром-железо-магниевой минеральной фазе авторы не смогли сопоставить ни один из известных хромовых или хромсодержащих минералов, что представляет интерес с минералогической точки зрения и требует ее дальнейшего изучения.
В таблице приведены результаты расчета составляющих хромшпинелид миналов, произведенного при условном допущении стехиометричности хромшпинелида, с принудительным распределением Ре-общего на РеО и Ре203. Изучение хромшпи-нелидов некоторых месторождений Урала методом ЯГР-спектроскопии в валовых пробах показало как правило варьирующее соотношение Ме2+/Ме3+, его зависимость от формационной принадлежности хромшпинелида, его химического состава, железистости [2]. Изучение в дальнейшем стехиометричности первично-магматических и метаморфогенных разностей хромшпинелида представляется весьма актуальным с научной и практической точек зрения.
Поведение компонентов-примесей в процессе метаморфизма хромшпинелида хромовых руд изучено недостаточно. Сейчас достоверно наблюдается повышение содержания МпО в метаморфогенном хромшпинелиде в сравнении с первично-магма-тическим. Факт уменьшения содержания ТЮ2 в процессе метаморфизма хромшпинелида требует дополнительной проверки. В случае подтверждения наличия выноса ТЮ2 в процессе метаморфизма хромшпинелида происхождение перовскита в хромовых рудах получает генетическое объяснение.
Практическое значение изучения метаморфических изменений хромшпинелида хромовых руд в масштабе месторождения отметил С.А. Кашин [4]: «При изучении вещественного состава хромитовых руд, при опробовании месторождений, а также при обработке руд необходимо учитывать степень метаморфизма хромшпинелидов, так как при этом процессе происходит сильное изменение цифр содержания отдельных окислов, что не может не влиять на поведение метаморфизованных руд при технологических процессах».
Отличия химического состава хромшпинелида уральских месторождений изменяют физикохимические характеристики карботермического восстановления хромшпинелида. Изучение кине-
тики восстановления хромшпинелида различного состава позволит более детально понять механизм восстановления хромовых руд. С особенностями механизма восстановления хромшпинелида связываются повышенная скорость и пониженная температура восстановления уральских хромовых руд, а также повышенное содержание кремния в получаемом металле.
«Рыхлые» метаморфогенные структуры взаимного прорастания хромшпинелида и хлорита способствуют повышенной газопроницаемости уральских хромовых руд при нагревании. Тесный контакт в метаморфогенных структурах мелкодисперсных хромшпинелида и хлорита способствует протеканию физико-химических реакций.
Более широкий (в сторону высокотемпературной области) интервал обезвоживания и структурного распада хлорита в сравнении с серпентином влияет на условия протекания паро-фазных и газо-фазных реакций при восстановлении руд, и также может способствовать увеличению содержания кремния в металле.
Для геологической службы метаморфические изменения хромовых руд являются потенциальными характеристиками для м инералого-технологического картирования хромитовых месторождений. Для заводских лабораторий - потенциальными критериями качества хромового сырья, контролирующими технологию их металлургического передела (в дополнение к имеющимся критериям оценки качества хромовых руд: содержаниям Сг203 и БЮг, отношениям содержаний Сг/Те и М^О/АЬОз).
Литература
1.Бетехтт А.Г. Шорджинский хромитоносный перидотитовый массив (в Закавказье) и генезис месторождений хромистого железняка вообще// Хромиты СССР. - М., 1937. - Т.1. - С. 1-156.
2. Окситермобарометрия хромитоносных ультрамафитов (на примере Урала). 1. ЯГР-спектроскопия хромшпинепидов и проблемы оли-вин-хромшптелевой геотермометрии/ С.Л. Вотяков, КС. Чащухин, С.Г. Уймин, В.Н. Быков// Геохимия. -1998. -№ 8. - С. 791-802.
3.Джексон Э.Д. Вариации химического состава сосуществующих хромита и оливина в хромитовых зонах комплекса Стиллуотер// Магматические рудные месторождения. — М.: «Недра», 1973. - С. 43-66.
4. Кашин С. А. Метаморфизм хромшпинелидов в хромитовых месторождениях Верблюжьих гор (наЮжном Урале)//Хромиты СССР. - М., 1937. — Т. 1. - С. 251-338.
5. Кашин С.А., Федоров В.Л. Хромитовые месторождения Хабарнинского ультраосновного массива// Хромиты СССР. - М.—Л., 1940. - Т. 2. -С. 199-283.
6. Луш. А.А. О явлениях метаморфизма хромшпинелида некоторых месторождений Закавказья// Хромиты СССР. -М.-Л., 1940. -Т. 2.-С. 363-373.
7. Макеев А.Б., Перевозчиков Б.В., Афанась-
ев А.К. Хромитоносность Полярного Урала. -Сыктывкар: Коми фил. АН СССР, 1985. -152 с.
8. Малахов И.А. Использование хромшпинелидов как термобарометров и индикаторов условий становления и метаморфизма ультрамафитов Урала различных формационных типов// Материалы Уральской летней минералогической школы. - Екатеринбург, 29 июля - 2 августа 1997 г., УПТА, 1997. - С. 19-24.
9. Павлов Н.В., Кравченко Г.Г., Чупрынина И.И. Хромиты Кемпирсайского плутона. — М.: Наука, 1968.-197 с.
10. 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.
11. Соколов Г.А. Хромиты Урала, их состав, условия кристаллизации и закономерности распространения. - Труды Ин-та геол. наук АН СССР, сер. Рудных месторождений. — 1948. - Вып. 97. — № 12. —128 с.
12. Процессы преобразований первичных хромшпинелидов гипербазитов Баженовского, Карабаш-ского, Шабровского, Сарановского, Нуралинского, массивов, мелких тел Березовского и Гумбейского месторождений Урала/ Э.М. Спиридонов, НС. Барсукова, И.А. Бакшеев и др.// Материалы Уральской летней минералогической школы. -Екатеринбург, 29 июля - 2 августа 1997 г. - УПТА. -1997. - С. 24-28.
13. Спиридонов Э.М., Барсукова Н.С., Чаплыгина Н.Л. Изменение состава хромшпинелидов при превращении шпинелевых лерцолитов в тагиокла-зовые лерцолиты. Нуралинский массив. Южный Урал// Материалы Уральской летней минералогической школы. - Екатеринбург, 20-24 июля 1999 г. -УПТА. -1999. - С. 218-222.
14. Строение, эволюция и минерагения гипер-базитового массива Рай-Из. - Свердловск: УрО АН СССР, 1990.-С. 149-194.
15. Особенности вещественного состава уральских хромовых руд/ О.А. Толканов, В.П. Чернобровин, Г.Г. Михайлов и др.// Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Уральская металлургия на рубеже тысячелетий».
- Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1999. - С. 56-58.
16. Проявления метаморфизма хромшпинелида в хромовых рудах месторождений Урала: Кам-булатовского, Верхне-Уфалейского, Варшавского, Рай-Из/ О.А. Толканов, В.П. Чернобровин, В.Н. Ослоповских и др.// Материалы Уральской летней минералогической школы. - Екатеринбург, 20-24 июля 1999г., УПТА, 1999.-С. 223-225.
17. Царицын Е.П. Состав акцессорных и рудных хромшпинелидов в гипербазитах// Генезис ультрабазитов и связанного с ним оруденения. -Свердловск, 1977. -С. 83-95.
18. Справочник-определитель рудных минералов в отраженном свете/ Т.Н. Чвилева, М.С. Без-смертная, Э.М. Спиридонов и др. - М.: Недра, 1988.-504 с.
1 Химический состав минералов здесь и далее по тексту приведен по данным рентгеноспектрального микроанализа (РСМА). Анализ произведен в УГГТА (г. Екатеринбург), на микрозонде «Сатеса МБ-46», аналитики В.Н. Ослоповских и О.А. Тол-канов.
2 Содержание минала ульвита в метаморфогенном хромшпинелвде иногда получали выше чем в первичномагматическом хромшпинелиде, при этом анализируемые зерна располагались в разных частях образца, относительно далеко друг от друга.
3 Кристаллохимические формулы хлорита рассчитаны по методу Д.П. Сердюченко «на сухое вещество» [10].
4 Пересчет химических составов хромшпинелида по данным РСМА на содержание в них миналов группы
шпинели произведен исходя из условного допущения стехиометричности хромшпинелида, отмечавшейся исследователями хромитов [9]. В настоящее время установлен факт нестехиометричности хромшпинелидов отдельных месторождений [2].
5 Рентгеноспектральный микроанализ хром-железо-магниевой фазы произведен в Институте Минералогии УрО РАН (г. Миасс), на микрозонде .ГСХА-733. Аналитик В. А. Муфтахов.
6 Термин «перекристаллизация» употреблен в значении «бластез» (Ь^аэу - англ., Ыайевв - нем., ЫавЙБе -франц.) - процесс кристаллизации вещества образующейся метаморфической породы за счет вещества исходной первичной породы.
