CC BY
295
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2009 Геология Вып. 11(37)
УДК 553.08:552.321.5+552.323.5
Предварительный обзор пригодности базитов северной части Тагильской зоны Урала для высокотехнологичного производства базальтового волокна
Б.В. Перевозчиков
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15.
E-mail: [email protected]
Дается предварительная оценка базитов северной части Тагильской зоны Урала (территория Ханты-Мансийского АО) в качестве сырья для производства базальтового волокна. Установлено широкое распространение базальтоидов и габброидов, удовлетворяющих требованиям базальтовых технологий, что позволяет на местном сырье организовать производство базальтового волокна и продукции из него, необходимой для теплоизоляции зданий, строительства трубопроводов, бурения скважин на нефть и газ в Западной Сибири.
Ключевые слова: базальтовое волокно; Приполярный Урал; базиты; петрография.
лов началась со шлаковаты, стандарт на характеристики которой был введен в 1937 г. Базальтовые теплоизоляционные изделия для нужд военно-морского флота и аэрокосмической промышленности стали производиться в 1969 г. в г. Ирпень Украинской ССР. В 1970-е гг. в СССР освоено производство непрерывного базальтового волокна. Показательно, что отечественное базальтовое волокно было использовано в конструкции американского пилотируемого корабля «Apollo», который 17 июня 1975 г. произвел стыковку с советским космическим кораблем «Союз-19» [5, 8]. В наступившем столетии производство каменного волокна развивается бурными темпами.
По действующему ГОСТу 4640-93 признается единый термин для ваты, произведенной из различных видов природного каменного сырья и смесей на их основе, - «вата минеральная». Этот термин обозначает вату, полученную из горных пород габбро-базальтового состава, вулканических туфов, доменных шлаков, осадочных пород. По мнению А.Н. Земцова [4], наряду с использованием введенного ГОСТом термина «вата минеральная» целесообразно сохранить термины, различающие каменные ваты по типу сырья, используемого для их производства, - «шлако-
Введение
В наступившем столетии важнейшим технологическим материалом является базальтовое волокно, широко используемое в строительстве и различных отраслях промышленности благодаря своим уникальным свойствам - низкой теплопроводности, высокой термической и химической стойкости, звукоизоляции, сопротивляемости гниению.
В настоящей работе рассматриваются результаты изучения магматических пород основного состава в пределах северной части Тагильской зоны (территория Ханты-Мансийского АО) с целью предварительной оценки их пригодности для производства базальтового волокна.
1. Значение базальтовых технологий в промышленном производстве
Успешные опыты по получению искусственных волокон из горных пород были впервые осуществлены в Англии в 1840 г. В США в 1935 г. был выдан первый патент на получение минеральной ваты, а в 1939 г. было принято решение об оснащении всех новых судов ВМФ негорючей минераловатной теплоизоляцией. В СССР разработка искусственных термостойких теплоизоляционных материа-
© Перевозчиков Б.В., 2009
вата», «стекловата», «базальтовая (каменная) вата».
Из габбро-базальтового сырья разного качества и при различных технологиях получают следующие основные виды продукции: непрерывные базальтовые волокна (БНВ) -ровинг; штапельные тонкие базальтовые волокна (БТВ) - вату; супертонкие базальтовые волокна (БСТВ); базальтовую чешую (БЧ); монокристаллическое базальтовое литье (МБЛ).
Наибольшую ценность представляет БНВ, которое производится в России на двух предприятиях: в Московской области и в Пермском крае. Из него получают трубы, ткани, армирующую сетку, конструкционные изделия, фибробетон и др.
БТВ обладает меньшей длиной волокон, для скрепления которых так же, как при производстве шлако- и стекловаты, используются специальные связующие на органической основе (фенол-формальдегидные смолы и др.). Базальтовая вата разного качества выдерживает температуру 700-1000оС. По объему производства БТВ является доминирующей.
БСТВ отличается большей длиной и высокой эластичностью волокон, что обеспечивает их прочное переплетение и сцепление между собой, поэтому не требуются связующие материалы. По технологическим свойствам изделия из БСТВ намного превосходят продукцию из шлаковаты. Они более термостойки (от 900 до 1100-1200оС), не горят, а только плавятся без выделения вредных газов. Продукция из БСТВ значительно легче, чем из базальтовой ваты.
БЧ используется в качестве очень стойкого и прочного базальтового покрытия и для производства газобетона.
МБЛ применяется для производства труб, плит, желобов, конструкционных деталей др.
Область применения базальтовых изделий огромна и постоянно расширяется. Это тепло-и звукоизоляция зданий, теплоизоляция теплотрасс, тепло- и звукоизоляция промышленного оборудования, турбин ГРЭС и ТЭЦ; это захоронение промышленных отходов путем остекловывания, в том числе радиоактивных и токсичных; это фильтры для газов и жидкостей, носители катализаторов в химических реакторах и мн. др. БСТВ находит применение в авиа-, судо-, и автостроении. Непрерывное базальтовое волокно и выполненные из него ткани и другие композитные материалы
успешно заменяют металлы в различных агрессивных средах и областях высоких температур. Изделия из базальтового волокна, как более прочные и не подверженные коррозии, с успехом заменяют металлоконструкции в опорах мостов и других строительных сооружениях. При строительстве дорог базальтовое волокно позволяет прочно связать щебень, что не дает развиваться морозным трещинам и значительно продлевает срок эксплуатации дорог. В недалеком будущем, по мере совершенствования технологий, появится возможность покрывать поверхности металлических труб тканью из базальтового волокна, что намного увеличит их прочность и долговечность. Кроме того, развитие технологий позволит полностью заменить металлические трубы на трубы из базальтового волокна в водопроводных и канализационных трассах, в нефте- и газопроводах, при обсадке геологоразведочных и эксплуатационных скважин, что увеличит их долговечность и экологическую безопасность.
Наиболее важной сферой для широкого применения волокнистых материалов является теплоизоляция. В России и мире одна треть всей энергии расходуется на отопление жилых и производственных зданий. Высокое потребление энергии сопровождается огромным выбросом СО2 в атмосферу, что является главной причиной возникновения парникового эффекта. В последние годы в западных странах теплоизоляции зданий уделяется большое внимание: в частности, в США это позволило сократить потребление энергии на отопление более чем в два раза. В России теплоизоляция зданий пока осуществляется низкими темпами. Особенно качественная теплоизоляция зданий важна для Сибири и северных районов нашей страны, которые характеризуются суровой и продолжительной зимой.
2. Состояние сырьевой базы для производства базальтового волокна
В настоящее время развитие базальтовых технологий и производство изделий из каменного литья (вата, волокно, непрерывное базальтовое волокно) намного опередили изученность и подготовку базальтового сырья. В стране отсутствуют нормативные требования к минеральному базальтовому сырью, разведанные и утвержденные его запасы. При производстве каменного волокна используются
промышленные отходы (доменные шлаки, бой битых кирпичей), строительный щебень разнообразных горных пород (базальты, габб-роиды, мергели. известняки, доломиты) и природные строительные материалы
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что повышение качества каменного волокна и изделий из него (плит, матов, цилиндров) дает использование магматических пород основного состава или сырьевых композиций (шихт) на их основе. Производство волокна из некачественного сырья переменного состава требует постоянной корректировки шихты путем добавления карбонатов и других компонентов в количестве 10-30%, а ряде случаев более, что приводит к осложнению процесса плавления, к удорожанию готовой продукции и снижению ее качества. В частности, нагревание шихты с карбонатными добавками требует дополнительного потребления энергии на декарбонизацию (разложение на CaO, MgO и CO2) известняков, доломитов, магнезитов и на взаимодействие выделившихся CaO и MgO с другими окислами при плавлении силикатов и алюмосиликатов.
Основная геологическая задача при подготовке качественного сырья для производства каменного волокна заключается в детальном изучении широкого ряда вулканических и плутонических пород основного состава и продуктов их метаморфического преобразования с целью оценки их качества и пригодности для получения того или иного вида базальтового волокна. Решение такой задачи, несмотря на очень важное ее значение, не ставится ни в федеральных, ни в территориальных программах геологического изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы. С другой стороны, следует отметить, что по мере развития базальтовых технологий предприятия по производству базальтового волокна проявляют серьезную озабоченность по поводу отсутствия высококачественного сырья.
3. Базиты северной части Тагильской зоны
Первая сводка по магматизму Приполярного и Полярного Урала опубликована Н.А. Сириным [13]. В Центрально-Уральском поднятии базитовый магматизм представлен жильными телами диабазов и габбро-диабазов, частично превращенных в амфибо-
литы, и вулканитами, перешедшими при метаморфизме в сланцы и амфиболиты.
Наиболее широко и разнообразно породы основного состава представлены в Тагильской зоне.
3.1. Базальтоиды
Вулканиты основного состава вмещают массивы интрузивных пород и характеризуются преимущественно порфировой, реже афировой микродиабазовой структурой. Базальты с шаровой отдельностью, испытавшие низкотемпературный метаморфизм в океанических условиях, отнесены к спилитам, среди которых доминируют разности с афировой структурой и редко - с порфировой. Вторичные изменения спилитов выражены в альби-тизации плагиоклаза и замещении пироксенов хлоритами и актинолитом. Сопоставление по химическому составу пироксен-плагиоклазо-вого порфирита и спилита показывает, что в спилите ниже содержание CaO и выше количество щелочей и флюидов (п.п.п.), что обусловлено вторичными изменениями породы (табл.1).
Основным показателем пригодности каменного сырья для производства базальтового волокна является модуль кислотности [1]:
Мк = (SiO2 + AI2O3) / (CaO + MgO).
Считается, что чем выше модуль кислотности, тем более устойчиво каменное волокно к воздействию воды и влаги и, следовательно, тем более долговечно. С другой стороны, возрастание модуля кислотности за счет увеличения SiO2 и Al2O3 приводит к повышению температуры плавления, повышению вязкости расплава и, в конечном счете, к увеличению затрат на плавление и снижению производительности плавильного агрегата. Практикой установлено, что модуль кислотности должен составлять не менее 1,5-1,8, а для базальтовых однокомпонентных шихт может подниматься до 4. Температура переработки расплава в тонкое волокно - 1320-1400оС, в су-пертонкое - 1420-1460оС, в непрерывное -1200-1280°.
В литературе в качестве эталонных для производства каменного волокна приводятся составы базальта месторождений Берестов-ское и Барнеульское (табл. 1). Пироксен-плагиоклазовые порфириты Приполярного Урала близки к эталонным базальтам по со-
Таблица 1. Химический состав базальтов (тіп-тах/среднее)
Окислы Химический состав, вес. %
1* 2 3 4
SiÖ2 TiÜ2 A12O3 Fe2Ü3 FeÜ MnÜ MgÜ CaO Na2Ü K2Ü P2Ü5 П. п. п. 46,35-53,26/50,85 0,5-1,11/0,77 13,93-20,65/17,52 0,45-5,16/3,31 3,75-9,21/5,90 0,04-0,12/0,09 2,97-6,89/5,38 7,46-12,00/9,40 1,66-3,97/3,01 0,09-1,52/0,99 2,08-6,85/2,28 49,13-55,00/52,57 0,31-1,11/0,67 16,11-19,98/17,32 1,63-7,34/3,42 2,32-7,95/5,46 0,02-0,22/0,14 2,87-8,38/5,79 3,14-7,19/5,00 2,89-6,39/4,57 0,14-2,62/0,89 3,28-7,40/4,18 48,0-51,9/49,95 2,7-2,9/2,80 12.2-16,5/14,35 3,9-7,6/5,75 7,5-10,2/8,85 0,2-0,3/0,25 4.1-6,9/5,50 8.2-12,1/10,15 2,3-2,6/2,45 0,3-0,6/0,45 0,3-0,5/0,40 1.1-2,6/1,85 47,5-52,5/50,00 0,2-2,0/1,10 14,0-18,0/16,00 j- 7,0-13,5/10,25 0,1-0,2/0,15 3,5-8,5/6,00 8,0-11,0/9,50 j- 2,5-6,0/4,25 до 4,00
Модуль кислотности 3,44-6,56/4,77 4,29-8,67/6,82 3,2-4,9/4,0 3,6-5,4/4,3
* 1, 2 - силурийские базальты северной части Тагильской зоны Урала [13]: 1 - пироксен-плагиоклазовый порфирит (5 анализов); 2 - спилит (6 анализов); 3 - базальт Берестовского месторождения (Украина) [1]; 4 - базальт Барнеульского месторождения (Грузия) [1]..
ставу и по модулю кислотности и могут быть использованы в качестве сырья для производства базальтового волокна как в виде однокомпонентных шихт, так и с добавками карбонатных пород. Спилит характеризуется существенным изменением как минерального, так и химического состава, что находит отражение и в высоком модуле кислотности, поэтому не может рекомендоваться в качестве рассматриваемого сырья.
Интрузивные породы основного состава в северной части Тагильской зоны представлены массивами северного окончания Платиноносного пояса. С юга на север на территории Ханты-Мансийского АО выделяются массивы Ялпинг-Нерский, Вольинский, Хорасюрский, Сертыньинский и Щекурьинско-Маньинский [13]. Габброиды различаются по структурнотекстурным особенностям, минеральному и химическому составу, генезису, вторичным изменениям и по вхождению в естественные ассоциации плутонитов. Всего автором выделены пять видов габброидов: оливиновое габбро, габбронорит, роговообманковое габбро, уралитизированное габбро и габбро-амфиболит [9, 11].
3.2. Оливиновое габбро
Этот вид габбро ассоциирует с клинопи-роксенитами, верлитами и мелкими телами дунитов и отнесено к ранней офиолитовой ассоциации. Для него характерны хорошая со-
хранность, типичная габбровая структура, массивная, реже полосчатая текстура (рис. 1). Корочка выветривания пород бугристая, с рельефными выделениями зеленовато-черных кристаллов клинопироксена и ожелезненных бурых зерен оливина. Зернистость и количественные соотношения минералов изменяются в значительных пределах. Наиболее распространены мезократовые средне-, крупнозернистые разности.
Рис. 1. Массивная текстура и габбровая структура оливинового габбро
Главными породообразующими минералами оливиновых габбро являются плагиоклаз, оливин, клинопироксен, роговая обманка, титаномагнетит, редко в небольшом количестве встречается ортопироксен. Минералогиче-
ским анализом искусственных шлихов определены шпинель, апатит, циркон, рутил, пирит.
Плагиоклаз содержится в количестве 2565%, представлен чистыми незональными зернами короткотаблитчатой, полигональной формы. По составу относится к битовнит-анортиту, анортиту Ап75_98. Редко замещается эпидотом, цоизитом, соссюритом.
Оливин с железистостью 20-27% находится в количестве до 20%, имеет свежий облик, разбит петельчатыми трещинами, выполненными магнетитовой пылью, иногда замещается серпентином, иддингситом. Вокруг оливи-новых зерен на границе с плагиоклазом образуются каймы амфибола или амфибола и зеленой шпинели, находящихся в симплектито-вом срастании.
Клинопироксен составляет от 8 до 53 % объема породы, по оптическим свойствам относится к авгиту с железистостью 10-36% (чаще 18-30%). Минерал под микроскопом бесцветен или имеет бледный зеленоватый оттенок. Вдоль спайности по (010) в пироксене развиваются пластинчатые вростки рудного минерала. Роговая обманка замещает пироксен и имеет железистость 12-28%. Содержание ее составляет от 3 до 18%.
Титаномагнетит образует сидеронитовые выделения, пластинчатые вростки вдоль спайности (010) в пироксене и каплевидные, изометрические включения в плагиоклазе и пироксене. С сидеронитовыми зернами пространственно связана зеленая шпинель. Содержание титаномагнетита 0,9-10,8%. При значительном содержании титаномагнетита возникает сидеронитовая структура. Химический состав оливинового габбро характеризуют низкое содержание 8Ю2, щелочей и повышенное количество СаО. Изменчивость соотношения темных и светлых минералов объясняет широкие вариации в содержании А1203, £Те203+Ре0, MgO. Модуль кислотности имеет самые низкие значения из всех видов габброидов и позволяет рассматривать оливиновое габбро как высококачественное сырье для производства каменного волокна (табл.2).
3.3. Габбронорит
Габбронорит слагает г. Хорасюр, а также небольшие участки в районах рек Волья, Тал-тма, Хомес. Порода имеет лейкократовый облик, среднезернистое строение, трахитоид-
ную, реже массивную текстуру, офитовую, фитовую структуру. Трахитоидность обусловлена субпараллельным расположением лейст плагиоклаза (рис. 2). Последний имеет свежий вид, полупрозрачен и окрашен в сиреневатые тона, благодаря чему габбронорит приобретает характерный пепельно-серый, сиреневато-серый цвет. Г аббронорит является характерной магматической породой острово-дужных комплексов.
Рис. 2. Трахитоидная текстура и офитовая структура габбронорита
Главными породообразующими минералами габбронорита являются плагиоклаз (5579%), клинопироксен (5-15%), ортопироксен (3-10%), роговая обманка (до 32%), титаномагнетит (0,5-4,0%); кроме того, периодически встречаются биотит, апатит. По результатам минералогического анализа протолочек в габбронорите установлены ильменит, пирит, халькопирит, апатит, циркон, рутил.
Плагиоклаз имеет призматически-вытянутую форму длиной от 2 до 6 мм, редко достигая 1 см. Состав изменяется в пределах 48-73% Ап, в среднем отвечает лабрадору. В зернах зонального строения неравновесность состава достигает 20% Ап.
Пироксены по характеру выделения образуют два типа: в первом - ортопироксен и клинопироксен наблюдаются как самостоятельные призматические зерна, во втором типе оба пироксена находятся в виде смешанных агрегатов мелких изометричных и короткопризматических зерен. По оптическим свойствам пироксены двух типов выделения неотличимы. Железистость ортопироксенов изменяется в пределах 33-37%, что позволяет отнести минерал к гиперстену. Клинопироксен по железистости (28-33%) и оптическим свойствам относится к авгиту. Отношение железистости сосуществующих гиперстена и
Таблица 2. Химический состав габбоидов Хорасюрского и Вольинского массивов
(т1п-тах /среднее)
Окислы Химический состав, вес %
1* 2 3 4 5
8і02 ТІО2 АІ2О3 РЄ2Оз БеО МпО МяО СаО №2О К2О Р2О5 П.п.п. 42,30-45,50/44,43 0,30-0,41/0,36 7,72-22,90/16,71 2,21-4,17/3,14 4.02-7,84/5,86 0,10-0,21/0,14 9,88-18,99/13,39 12,20-13,84/13,15 0,40-1,38/0,86 0,01-0,24/0,09 0,01-0,06/0,04 1.02-2,83/1,71 44,70-50,97/48,93 0,32-0,95/0,75 16,43-21,00/18,88 2,62-7,38/4,81 3,15-7,54/5,44 0,16-0,21/0,18 4,84-8,21/6,18 8,19-11,90/10,41 2,40-3,54/2,86 0,08-0,45/0,18 0,05-0,29/0,17 0,46-2,30/1,39 40,83-44,47/42,03 0,35-0,96/0,64 18,21-21,25/20,71 4,39-6,81/5,50 5,17-6,41/5,68 0,08-0,18/0,14 7,87-9,14/8,35 11,11-14,85/13,32 0,52-1,44/0,92 0,02-0,25/0,13 0,05-0,12/0,08 1,75-2,98/2,18 46,25-50,90/48,45 0,27-0,48/0,36 14,78-22,52/17,45 1,32-3,08/2,63 1,53-5,01/3,67 0,06-0,16/0,11 4,88-11,91/9,79 11,99-15,92/14,00 0,71-2,50/1,47 0,01-0,15/0,05 0,03-0,12/0,05 1,00-2,52/1,69 49,84-51,85/51,26 0,75-1,25/0,89 17,50-19,10/18,34 3,19-5,78/4,63 2,65-5,71/4,81 0,12-0,18/0,15 4,80-6,15/5,22 9,21-10,52/9,68 2,25-4.04/3,11 0,08-0,46/0,31 0,16-0,28/0,23 1,07-1,45/1,34
Мк 1,61-2,96/2,50 3,43-5,01/3,98 2,61-3,19/2,91 2,36-3,62/2,80 4,46-4,98/4,69
* 1 - оливиновое габбро (5 анализов); 2 - габбронорит (6 анализов); 3 - роговообманковое габбро (4 анализа); 4 - уралитизированное габбро (13 анализов); 5 - габбро-амфиболит (5 анализов).
Мк - модуль кислотности
авгита равно 1,1, что совпадает с данными по габброноритам Кытлымского массива на Северном Урале [2]. Гиперстен в крупных призматических зернах отчетливо плеохроирует в бледно-розовых тонах. Параллельно плоскости (100) в нем содержатся тонкие вростки моноклинного пироксена, которые протягиваются вдоль всего зерна-хозяина. Такие ор-топироксены рассматриваются как продукты распада высокотемпературного, обогащенного кальцием ортопироксена. В мелкозернистых агрегатах гиперстен плеохроирует очень слабо и не содержит тонких пластинчатых выделений моноклинного пироксена.
Роговая обманка замещает пироксен, она густо окрашена и плеохроирует от буроватозеленого, темно-зеленого по Ng до светложелтого по ^. Железистость ее колеблется от 17 до 52%, изменяясь даже в одном образце на 10-25%, что связано с длительностью процесса амфиболизации при последовательном понижении температуры.
Титаномагнетит содержится в среднем в количестве 3,6%, находится в зернах изомет-ричной или каплевидной формы, включенных в плагиоклаз и пироксены, а также в виде си-деронитовых выделений, ассоциирующих с роговой обманкой.
По химическому составу габбронорит Приполярного Урала имеет большое сходство со средним габброноритом Валенторской ассоциации Кытлымского массива [2]. Модуль
кислотности габбронорита существенно выше, чем в оливиновом габбро (табл. 2), что объясняется преобладанием в габбронорите плагиоклаза над темноцветными минералами и его более кислым составом (лабрадор). По модулю кислотности габбронорит имеет большое сходство с базальтом Берестовского и Барнеульского месторождений (табл. 1), что указывает на их кристаллизацию из расплава близкого состава.
Габбронорит, учитывая его состав, хорошую сохранность и модуль кислотности, может быть рекомендован для производства каменного волокна.
3.4. Роговообманковое габбро
Этот вид габбро приурочен к периферии тел оливинового габбро и габбронорита. Ро-говообманковое габбро изменчиво по соотношению главных породообразующих минералов и по структурно-текстурным признакам. Преобладает крупнозернистое габбро с переходами к среднезернистому и пегматоид-ному. Текстура массивная, реже шлировая и полосчатая. Структура габбровая, гранобла-стовая. Меланократовые разности имеют пой-килитовая структуру, образованную крупными кристаллами роговой обманки, в которые заключены многочисленные зерна плагиоклаза. По соотношению плагиоклаза и темноцветных минералов наблюдаются переходные разности габбро к анортозитам и горнбленди-
там. В основном роговообманковое габбро представлено мезократовой разностью.
Главными породообразующими минералами являются плагиоклаз (27-60%), авгит (до 16%), роговая обманка (23-59%), титаномагнетит (3-7%). Из акцессорных минералов присутствуют ильменит, пирит, халькопирит, лейкоксен, апатит, циркон. Плагиоклаз замещается эпидотом, цоизитом, соссюритом; клинопироксен - роговой обманкой, позднее -уралитовой роговой обманкой.
Плагиоклаз представлен чистыми свежими незональными зернами битовнитового и анор-титиового состава с низкой величиной нерав-новесности. Очень редко встречаются зерна лабрадора. Преобладают полигональные зерна плагиоклаза, реже встречаются таблитчатые и призматически-вытянутые кристаллы.
Авгит в основном замещен роговой обманкой, которая образует по нему полные псевдоморфозы или гранобластовый агрегат. Же-лезистость пироксена низкая - 15-27%. Роговая обманка с резким плеохроизмом: Ng -травяно-зеленый, Nm - буровато-зеленый, Np - светло-желтый, бледно-желтый. Желези-стость ее 26-43%, содержание кальция и щелочей низкое. Температура образования ассоциации роговой обманки такого состава и анортита оценивается в метаморфических породах в 600° [12].
Титаномагнетит распределен крайне неравномерно, образует сидеронитовые скопления и шлировые выделения, овальные зерна его встречаются в плагиоклазе и амфиболе, а также образует пластинчатые вростки по трещинам спайности в пироксене и амфиболе.
По химическому составу роговообманко-вое габбро содержит больше СаО, но меньше SiO2 и щелочей по сравнению с габбронори-том, а по отношению с оливиновым габбро -больше TiO2 и меньше MgO (табл. 2). В целом, роговообманковое габбро сформировалось в основном по габбронориту в процессе высокотемпературного метаморфизма в по-стмагматическую стадию.
По модулю кислотности роговообманковое габбро вполне отвечает требованиям к сырью для производства базальтового волокна.
3.5. Уралитизированное габбро
Уралитизацией в той или иной мере охвачены габбронориты, оливиновые и роговооб-манковые габбро. Широкое площадное развитие процессов уралитизации отмечается в
южной и западной частях Вольинского массива, в западной части Хорасюрского массива.
Под уралитизированным габбро автором понимается габбро, испытавшее метаморфические преобразования замещения пироксе-нов и зеленой роговой обманки низкотемпературной уралитовой роговой обманкой, но с сохранением почти без изменения основного плагиоклаза. Метаморфизм габброидов такого типа мог происходить, как показал А. Мияси-ро и др. [7], только в условиях высокого температурного градиента и низкого давления. При обычных параметрах зеленосланцевой фации основной кальциевый плагиоклаз замещается эпидотом и цоизитом. Но эти минералы имеют плотность выше, чем плагиоклаз, поэтому в условиях зеленосланцевой фации с низким давлением они не могут его заместить, и высокотемпературный плагиоклаз сохраняется свежим. Условия такого метаморфизма возникают в глубоководных частях океанов, где при низком давлении проявляются высокие значения температурного градиента в океанической коре.
Уралитизированное габбро окрашено в темно-серо-зеленый цвет и трудно диагности-уется в полевых условиях. На свежем сколе плагиоклаз и роговая обманка имеют близкий цвет и почти неотличимы друг от друга. Лишь на выветрелой поверхности, где плагиоклаз становится белым, а роговая обманка серозеленой, удается увидеть структуру породы, которая при уралитизации обычно сохраняя-ется без изменения.
Уралитизированное габбро имеет простой минеральный состав: это - уралитовая роговая обманка, актинолит, основной плагиоклаз, частично минералы группы эпидота, соссю-рит. Иногда сохраняются реликты клинопи-роксена. Минералогическим анализом установлены магнетит, ильменит, пирит, халькопирит, апатит, циркон, рутил, шпинель.
Плагиоклаз при уралитизации редко остается совершенно свежим. По нему уже в континентальной коре частично развивались минералы группы эпидота, соссюрит. Зерна плагиоклаза насыщены иголочками актинолита, образующими структуру наполнения. Свежие разности плагиоклаза состоят по многочисленным замерам из лабрадора-битовнита (6586% Ап). При увеличении степени эпидотиза-ции, соссюритизации основность плагиоклаза понижалась до олигоклаза и даже альбита.
Уралитовая роговая обманка образует псевдоморфозы по пироксену или зеленой роговой обманке. По удлинению она имеет занозистые ограничения и переходит в актино-лит. Окраска уралитовой роговой обманки бледно-зеленая (по ^) с плеохроизмом до бесцветного по ^. Изучение амфибола в иммерсии позволило по максимальным значениям показателя преломления Ng' определить верхний предел железистости уралитовой роговой обманки - от 14 до 40, в среднем 28%. Минимальные значения показателя преломления ^' отвечают нижниму пределу желези-стости актинолита - от 5 до 28, в среднем 15%. По химическому составу амфибол, сосуществующий с плагиоклазом Ап52, содержит мало А1203, №20, К20 и приближается по составу к актинолиту с железистостью 29%.
Клинопироксен сохраняется в виде реликтов внутри зерен уралитовой роговой обманки. Минерал бесцветен, имеет хорошо выраженную диаллагоновую отдельность. Желе-зистость клинопироксена в процессе уралити-зации понижается до минимальных значений (2-17%). По оптическим свойствам минерал относится к диопсиду. Обращает внимание следующая особенность: по форме выделения клинопироксен представляет реликт высокотемпературного пироксена, а по составу является равновесным с низкотемпературной минеральной ассоциацией, возникающей в процессе уралитизации.
Эпидот в уралитизированном габбро представлен пистацитом. Магнетит или отсутствует, или содержится в очень незначительных количествах в виде распыленных зерен, что указывает на восстановительные условия процесса уралитизации в глубоководных океанических условиях.
Детальное изучение уралитовых габбро было проведено в разрезе по р. Талтма. Анализ полученных данных показывает, что существует прямая зависимость между свойствами всех породообразующих минералов (рис. 3). Железистость уралитовой роговой обманки, актинолита и основность плагиоклаза прямо пропорционально связаны с содержанием в породе железа (Ре0'=Ре0+0,9Ре203) и общей железистостью пород С
содержанием Mg0 эти величины находятся в обратной зависимости. Тот факт, что желези-стость уралитовой роговой обманки зависит от содержания в породе Ре и Mg, позволяет
Рис. 3. Разрез уралитизированного габбро по р. Талтма
считать эти элементы экстенсивными факторами равновесия [6]. По химическому составу уралитизированное габбро незначительно отличается от исходных габбро (табл. 2). В нем уменьшается содержание железа, титана, марганца, щелочей и увеличивается количество магния и кальция.
Уралитизированное габбро развито достаточно широко. Автором эти породы были изучены при геолого-съемочных работах в южном обрамлении массива Рай-Из [10] и Щучьинской зоне на Полярном Урале.
Модуль кислотности уралитизированного габбро очень близок к модулю кислотности роговообманкового габбро и имеет оптимальное значение, что позволяет рекомендовать эти породы в качестве сырья для производства каменного волокна.
3.6. Габбро-амфиболит
Габбро-амфиболит развит в западных, наиболее погруженных частях интрузивных массивов и сформировался по ранним видам габбро. Он слагает субмеридиональные зоны высокотемпературного метаморфизма и пластического течения вещества габброидов и их разгнейсования, согласные с простиранием Главного Уральскогом разлома.
Для габбро-амфиболита характерна гнейсовая текстура. Зернистость пород довольно выдержанная - 2-4 мм. Структура гранобла-стовая с переходами к порфиробластовой и
кумулобластовой. Прорастание амфибола многочисленными червевидными зернами кварца создает ситовидную структуру.
Минеральный состав представлен в основном плагиоклазом и зеленой роговой обманкой с добавлением кварца, биотита, микроклина. Комплекс акцессорных минералов включает титаномагнетит, ильменит, пирит, апатит, циркон, рутил, лейкоксен.
Плагиоклаз имеет свежий облик, зонален, имеет изометричную полигональную форму зерен и образует кумулобластовые скопления. В ядерных частях содержание анортитовой молекулы 47-56%, в узкой краевой кайме зерен понижается до 25-45%.
Роговой обманка образует кумулобласто-вые скопления короткопризматических зерен, насыщенных мелкими округлыми или червевидными зернами кварца. В кристаллах роговой обманки встречаются реликты пироксена. Плеохроизм роговой обманки резкий: Ng -травянисто-зеленый, Nm - буровато-зеленый, N - светло-желтый. Железистость ее изменчива как между пробами, так и внутри отдельных проб от 29-43 до 42-55% и в целом незначительно повышена по сравнению с роговой обманкой габбро.
Содержание магнетита в габбро-амфиболите ниже по сравнению с габброидами. Магнетит тяготеет к скоплениям роговой обманки, тесно связан с апатитом и представлен зернами неправильной формы и пластинчатыми вростками в амфиболе вдоль спайности.
Кварц и биотит пространственно связаны с роговой обманкой. Кроме включений в зернах роговой обманки, кварц образует прерывистые жилки и гранобластовые скопления. Биотит замещает роговую обманку; чешуйки его имеют отчетливый плеохроизм: Ng=Nm -буровато-красный, красновато-бурый, N -светло-желтый.
В целом, процесс образования габбро-амфиболита характеризовался деанортитиза-цией плагиоклаза, амфиболизацией пироксена, биотитизацией, микроклинизацией, оквар-цеванием. Уменьшение количества темноцве-тов, деанортитизация плагиоклаза привели к уменьшению плотности (среднее значение 2,88 г/см3) по сравнению с роговообманковым габбро (среднее значение 3,05 г/см3).
Относительно исходных габброидов габбро-амфиболит содержит несколько больше 8Ю2 (но менее 52%), щелочей и меньше Са0, Мg0, железа. Модуль кислотности превышает
4 и варьирует в узком пределе (табл. 2). При таком модуле габбро-амфиболит не рекомендуется в качестве однокомпонентного сырья для производства каменного волокна, но не исключено, что может быть использован в двухкомпонентном сырье.
Заключение
Оценка базитов в качестве сырья для производства базальтового волокна только по модулю кислотности является довольно приблизительной, так как остаются неучтенными многочисленные факторы, влияющие на производство каменного волокна и его качество. Из физхимии известно, что 8Ю2, А1203, Ре203, Mg0 являются стеклообразователями, повышающими вязкость расплава и способствующими образованию вулканического стекла, а К20, №20, Ре0 относятся к модификаторам, разжижающим расплав и повышающим его подвижность. На плавление базитов и свойства расплава также влияют содержание щелочей, состав и количество флюидов, отношение Ре203/Ре0, текстурно-структурные особенности горных пород, их минеральный состав, степень выветрелости, вторичные изменения и др. Все эти факторы практически не учитываются ввиду отсутствия кондиций на данный вид сырья. В настоящее время, чтобы оценить пригодность сырья для производства базальтового волокна, проводится его испытание методом пробной плавки с последующей подшихтовкой карбонатными породами. Поэтому давно назрела необходимость создания на государственном уровне требований к качеству сырья для производства базальтового волокна. Решение этой проблемы принесет огромную экономию как в технологии процесса плавки, так и в расходе энергии и позволит получать стабильно высокое качество готовой продукции. Для решения этой проблемы первоочередной задачей является всестороннее изучение магматических горных пород основного состава с целью разработки кондиций на данный вид сырья.
Подводя итоги предварительного анализа пригодности габброидов северной части Тагильской зоны в качестве сырья для производства базальтового волокна, можно однозначно утверждать, что в пределах Ханты-Мансийского АО имеются огромные ресурсы высококачественного сырья для производства базальтового волокна, потребность в котором в Западной Сибири очень велика.
Библиографический список
1. Габбро-базальтовое сырье для производства минерального волокна: аналитический обзор. Сер. 6. Промышленность полимерных, мягких кровельных и теплоизоляционных строительных тельных материалов. Москва-Пермь, 2003. Вып. 1-2. 95 с.
2. Ефимов А.А., Ефимова Л.П. Кытлымский платиноносный массив. М.: Недра, 1967. 336 с.
3. Земцов А.Н. Минеральная вата на основе горных пород, перспективы развития производства и применения в гражданском строительстве // Базальтовая вата: история и современность: сб. материалов. Пермь, 2003. С. 40-44.
4. Земцов А.Н. О номенклатуре теплоизоляционных изделий на основе горных пород // Там же. С. 46-48.
5. Земцов А.Н. Плавление и диспергирование расплавов горных пород в промышленности (историко-петрологический аспект) // Там же. С. 64-68.
6. Коржинский Д.С. Физико-химические основы анализа парагенезисов минералов. М.: Изд-во АН СССР, 1957.
7. Миясиро А., Сидо Ф., Юинг М. Метаморфизм в пределах Срединно-Атлантического хребта близ 24 и 30о с.ш. // Петрология изверженных и метаморфических пород дна океана. М.:
Мир, 1973. С. 140-153.
8. Огарышев С.И. Базальтовое волокно - ценный материал из природного камня // Базальтовая вата: история и современность: сб. материалов. Пермь, 2003. С. 85-89.
9. Перевозчиков Б.В. Петрохимия и генезис габб-ровых пород Вольинского района на Приполярном Урале // Магматизм, метаморфизм и металлогения Севера Урала и Пай-Хоя: тез. докл. Сыктывкар: ИГ Коми ФАН СССР, 1972. С. 28-30.
10. Перевозчиков Б.В. Генетические типы габб-роидов южного обрамления массива Рай-Из // Геология и полезные ископаемые Приполярного и Полярного Урала. Тюмень: Тр. За-пСибНИГНИ. 1974. Вып. 74. С. 49-58.
11. Перевозчиков Б.В. Петрология Вольинского интрузивного комплекса (Приполярный Урал) // Магматизм, метаморфизм и оруденение в геологической истории Урала: тез. докл. III Уральского петрогр. совещ. Т. II. Ультрабази-ты. Граниты. Метаморфизм. Свердловск, 1974. С. 59-61.
12. Перчук Л.Л. Равновесие породообразующих минералов. М.: Наука, 1970. 391 с.
13. Сирин Н.А. Магматизм и его металлогениче-ские особенности на Приполярном и Полярном Урале. М.: Госгеолтехиздат, 1962. 288 с.
The preliminary review of suitability of base rock in the northern part of the Tagil zone of the Urals for hi-tech manufacture of a basalt fiber
B.V. Perevozchikov
Perm State University. 614990, Russia, Perm, Bukirev st., 15.
E-mail: [email protected]
In a number of high-tech industries is one of leading positions occupied by basaltic technologies to obtain ecologically clean products with unique properties and a wide range of application. In the article was given a preliminary assessment of base rock of the northern part of the Tagil zone of the Urals (the territory of the Khanty-Mansi District) as raw material for production of basalt fibers. Widespread of basalts and gabbros satisfying the requirements of basalt technology is established. It allows organizing on local raw materials the production of a basalt fiber and production from it that may be need for the industrial buildings, building of pipelines, drilling wells for oil and gas in the Western Siberia.
Key words: basalt fiber; Subpolar Urals; basalts; petrography.
Рецензент - доктор геолого-минералогических наук Ф.А. Курбацкая
