CC BY
71
УДК 549. 67 корр
ТИТАНОВЫЕ МИНЕРАЛЫ СОВРЕМЕННОЙ ПРИБРЕЖНП-МОРСКОИ РОССЫПИ О. СТРАДБРОУК (ВОСТ. АВСТРАЛИЯ] И ПИЖЕМСКОЙ ПАЛЕОРОССЫПИ СРЕДНЕГО ТИМАНА (РОССИЯ]
И. И. Голубева1, О. Б. Котова1, С. А. Рубцова2
1Институт геологии Коми НЦ УрО РАН 2Институт химии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар [email protected]
Комплексом минералого-аналитических методов проведено сравнительное изучение особенностей минерального состава, морфоструктурных характеристик и степени измененности титановых минералов современной прибрежно-морской россыпи о. Страдброук (Вост. Австралия) и Пижемской палеороссыпи Среднего Тимана (Россия). Представлены физические свойства основных минералов указанных месторождений.
Ключевые слова: титановые минералы, россыпные месторождения.
TITANIUM MINERALS OF MODERN COASTAL-MARINE PLACER IN STRADBROKE ISLAND (EAST AUSTRALIA] AND PIZHEMSKAYA PALEOPLACER IN MIDDLE TIMAN (RUSSIA]
1.1. Golubeva1, O. B. Kotova1, S. A. Rubtsova2
institute of Geology of Komi SC of UD of RAS 2Institute of Chemistry of Komi SC of UD of RAS, Syktyvkar
Comparative study of composition features, morphological characteristics and alteration degree of titanium minerals in the modern coastal-marine placer in Stradbroke Island (East Australia) and Pizhemskaya paleoplacer in Middle Timan (Russia) has been carried out by the complex of mineralogical and analytical methods. Physical properties of the basic minerals of the specified fields are presented.
Keywords: titanium minerals, coastal-marine placer.
Введение. Остров Страдброук (Вост. Австралия, штат Квинсленд) — один из самых больших в мире островов песка (285 км2) с богатыми растительностью дюнами, огромными запасами рудного и чистого кварцевого песка, добыча которого ведется около Национального парка. Песчаные дюны сформировались в четвертичный период.
Рудные и кварцевые пески в настоящее время добываются поверхностным способом. Энтерпрайз — самый большой рудник, в 2011 г. его выработ-
ка составила 60 % от всей добычи на острове. Полезные минералы используются главным образом в стекольном производстве, а также в цифровых устройствах, в частности iPad, а также для производства красок, пластмасс, металлов, косметики и в биотехнологиях.
Добыча песка на острове Страдброук началась в 1949 году австралийской компанией ACI (Australian Consolidated Industries). В 2009 австралийская горнорудная компания полезных ископаемых Unimin Australia
Limited приобрела контрольный пакет акций и изменила свое название на Australia Sibelco (2011) [1].
Изменчивость титановой руды и ее дальнейшее поведение при переработке и обогащении напрямую связаны с ее составом и генезисом. Нами были изучены титановые минералы и этапы их преобразования в экзогенных условиях современных прибреж-но-морских россыпей Австралии. Необходимость в этом возникла в связи с исследованием подобной, но погребенной Пижемской палеороссыпи на
Среднем Тимане (Россия), в которой по прошествии времени некоторые процессы затушеваны.
Результаты и их обсуждение. В
табл. 1 представлены физические свойства и химические формулы основных минералов песков прибреж-но-морской россыпи Австралии. Так, ильменит обладает высокой магнитной проницаемостью и электрической проводимостью по сравнению с цирконом, а рутил — низкой магнитной проницаемостью и высокой электрической проводимостью. Минералы рудных песков месторождения имеют высокую плотность и, как правило, образуют концентрат во время шторма, отделяясь от более легких минералов, в частности кварца, формируя оффшорные их скопления в сильном прибрежном течении.
Оптико-минералогическим анализом (аналитик И. В. Голиусова, ВИМС, Москва), установлен следующий состав песков о. Страдброук, мас. %: Циркон 0.532 Ставролит 0.006 Рутил 0.473 Гранаты 0.007 Анатаз 0.007 Кварц 97.439 Ильменит 0.956 Эцидот 0.065 Лейкоксен 0.180 Корунд 0.002 Турмалин 0.307 Амфибол 0.006 Монацит 0.018 Пироксен 0.002
Основным компонентом песков является кварц (более 97 %). Менее 3 % приходится на такие минералы, как ильменит, циркон, рутил, турмалин, лейкоксен, на остальные — не более 0.1 %. В электромагнитной фракции преобладают ильменит (39 %)
Таблица 1
Физико-химические свойства минералов рудныгх песков (о. Страдброук)
Минерал Промы-шленно ценный Магнитная проницаемость, отн. ед. Проводимость, отн. ед. Плотность, г/см3 Химическая формула
Циркон да низкая низкая 4.7 ЪхЪ Ю4
Ильменит да высокая высокая 4.5-5.0 Ре.ТЮз
Рутил да низкая — « — 4.2^.3 ТЮ2
Лейкоксен да средняя — « — 3.5—4.1 Fe.TiO3.TiO2
Монацит нет — « — низкая 4.9-5.3 (Се,Ьа,ТЬ,Ш,У)Р04
Гранат нет - « - - «— 3.4-4.2 (Ре,Мп,Са)3.А12(8Ю4)3
Кварц нет низкая — « — 2.7 БЮ2
и амфибол (28 %). Остальной объем включает пироксен, гранат, эпидот, хромшпинелиды и ставролит. В неэлектромагнитной фракции титановые минералы представлены рутилом ( 50 %) и лейкоксеном (20 %), присутствуют турмалин (14 %) и циркон (7 %). В знаковом количестве встречаются монацит, анатаз, титанит, ксе-нотим и силлиманит (аналитик 3. П. Двойникова, ИГ Коми НЦ УрО РАН). Ильменит представлен округлыми пластинчатыми зернами размером около 0.3—0.4 мм с характерными признаками вторичных изменений. В ходе гипергенного воздействия постепенно менялись химический состав и физические свойства минерала в два четко выраженных этапа: на первом этапе происходили окисление и вынос железа с одновременным обогащением титаном, на втором — кристаллизация рутила [2, 3, 4].
Процесс постепенного преобразования ильменита в рутил прекрасно иллюстрируется на примере Австралийской титановой россыпи (рис.1).
Преобразование ильменита в одном случае проходит вдоль трещин отдельности (рис.1, а), в другом начинается с краевых участков зерна (рис.1, б). На снимке ильменита в электронном излучении (рис. 1, в) хорошо просматривается кайма с повышенным содержанием титана (аналитик В. Н. Филиппов, ИГ Коми НЦ УрО РАН). Количество ТЮ2 в данном случае увеличивается от 48.86 % в центральной части зерна до 53.37 % в краевой (табл. 2) за счет выноса трехвалетно-го железа. Ильменит замещается вторичными титановыми минералами и превращается в агрегат, главным минералом которого является псевдорутил (рис. 1, г, д) [ 5 ].
Развитие рутила по псевдорутилу до полного его замещения также идет постепенно. На рис. 1, е в рути-ловом агрегате еще отмечаются отдельные небольшие реликтовые участки псевдорутила, а на рис. 1, д представлена полная псевдоморфоза рутила с хорошо выраженной сагенитовой решеткой (рис. 1, ж, з). Замещение
Рис. 1. Замещение ильменита титановыми минералами в прибрежно-морских россыпях Восточной Австралии. Обозначения: 1 — псевдорутил, 2 — рутил, 3 — ильменит.
а — замещения ильменита псевдорутилом (показан стрелкой) (обр. 7а); б — пятнистое распределение зон, обогащенных титаном (обр. 2а); в — периферийные зоны ильменита (серая кайма), обогащенные титаном (обр. 6а); г, д — зернистый агрегат псевдорутила (обр. 4а); е — реликтовые участки псевдорутила в рутиловом агрегате (обр. 4а); ж, з, и — сагенитовый рутил (обр. 5а)
ильменита рутилом через переходную фазу псевдорутила сопровождается выносом Мп и V. Их концентрация относительно объема пластинки минерала резко варьирует. Эта особенность объясняется индивидуальным химическим составом каждого зерна псевдорутила, образующего агрегат (табл. 2).
Например, в обр. 4а в зернах псевдорутила содержание ТЮ2 колеблется от 60.1 до 66.46 %, отмечается
резкое сокращение количества оксидов марганца (до 0.41 %) и ванадия (до 0.86 %). При этом надо отметить, что австралийский ильменит и его разности в целом характеризуются весьма высоким содержанием МпО — от 5.24 до 11.08 % (табл. 2). Неравномерное распределение оксидов железа, титана и марганца в зернах измененного ильменита хорошо демонстрируется на снимках, произведенных в режиме характеристического рентгено-
Таблица 2
Химический состав и кристаллохимические формулы титановых минералов
Номер Компонент, мае. % Кристаллохимическая
образца точки ТЮ, МпО РеО* у2о5 формула
Титановые минералы современной россыпи о. Страдброук
1 52.30 5.24 38.43 0.69 Ре 2.0 Мп о.з Т1 2.7 О 9
1а 2 52.66 5.28 35.66 0.0 Ре 1.9 Мп 0.32 Т1 2.8 О 9
3 (рутил) 87.09 0.0 2.18 1.37 Ре о.оз Т1 0.9 О 2
1 59.35 3.55 37.00 0.72 Ре 18 Мп 0.2 Т1 2.9 О 9
2а 2 49.06 11.08 41.77 0.89 Ре 2.1 Мп 0.63 Т1 2.5 О 9
3(рутил) 72.55 0.5 22.46 1.25 Ре 0.24 -Л 0.8 О 2
4 (рутил) 76.42 0.9 19.65 1.04 Те 0.2 Т1 0.8 О 2
За 1 54.78 0.51 30.85 0.76 Ре , 7 Мп о.оз Т13., О 9
1 61.18 2.19 32.68 1.08 Ре 1.6 Мп 0.1 Т'\ 3 07 о 9
4а 2 66.46 0.41 27.01 0.86 Ре 1.4 Мп 0.02 Т1 3.4 О 9
3 60.21 2.59 36.57 0.0 Ре 1.85 Мп 0.1 Т13.06 О 9
5а 1 (рутил) 87.85 0.0 0.83 1.08 Ре 0.01 0.9 о 2
центр 48.86 0.58 51.02 0.77 Ре 0.85 Мп 0.01 Т1 0.8 О 3
6а кайма 53.37 0.72 51.39 0.0 Ре 0.7 Мп 0.01 Т1 0.9 О з
кайма 53.26 0.69 42.14 0.93 Ре 0.7 Мп 0.01 Т\ 0.9 о з
Титановые минералы Пижемской палеороссыпи
1 (рутил) 55.41 0.7 17.33 0.0 Ре 0.23 Т1 0.73 О 2
2 55.25 0.51 37.55 0.0 Ре2 .0 Мп 0.03 Т1 2.9бО 9
1П 3 55.06 1.11 34.07 0.0 Ре, .9 МП 0.07 Т1 3.05О 9
4 50.83 4.5 28.95 0.0 Ре, .64 МП о.З Т\ 2 90 9
5 56.70 0.57 37.85 1.05 Ре, ,64 МП о.З Т\ 2.9О 9
1 55.13 1.59 34.07 0.0 Ре, .89 МП о., Т\ з.ОбО 9
2п 2 53.04 5.22 30.14 1.01 Ре, .69 МП о.З Т'\ 2.97О 9
3(рутил) 92.66 0.0 1.1 1.1 Ре 0.01 Т1 0.97 О 2
Зп 1 51.99 4.08 30.45 0.0 Ре, .76 МП о.26 Т1 3.2О 9
4п 1 53.70 2.11 33.31 0.0 Ре .86 Мп 0.1 т\ 3 0 О 9
5п 1 54.93 3.45 36.39 0.0 Ре, .93 Мп 0.2 Т1 2.9 О 9
2 56.45 2.82 37.50 0.0 Ре, .95 МП 0.16 Т1 2.9 О 9
6п 1 55.02 1.57 34.92 0.0 Ре 93 МП о.09 Т1 з 04 О 9
1 53.80 5.57 33.79 0.0 Ре, .8 МП о.34 Т\ 2.9 О9
2 53.88 4.5 32.66 0.65 Ре, .8 МП 0.28 Т1 з.о О,
7п 3 54.08 4.47 33.58 0.72 Ре, 82 МП 0.27 Т1 2.9 О9
5 54.61 1.85 34.09 0.0 Ре .86 МП о., Т1 2.98 О9
6 55.23 2.01 34.62 0.0 Ре, .86 МП о.1 Т1 2.9809
8 п 1 (рутил) 92.17 0.0 0.0 0.0 Ре 0.02 Т1 0.9 О 2
вского излучения (рис. 2). В участках замещения ильменита псевдорутилом концентрации указанных элементов резко варьируются из-за разных количественных соотношений основных компонентов в каждом его зерне, тогда как в области развития рутила эти соотношения почти одинаковые.
Гораздо сложнее ситуация с титановыми минералами Пижемской россыпи на Среднем Тимане. Дело в том, что лейкоксен, поступивший в девонскую прибрежно-морскую россыпь, не подвергался процессам ги-пергенеза (рис. 3, а, б). Источником титановых минералов в пижемской россыпи являются широко распространенные ильменитсодержащие мета-пелиты, образовавшиеся в разных условиях метаморфизма [6]. Однако генезис лейкоксена в метаморфических породах трактуется неодинаково. Одни специалисты предполагают, что он развивался по ильмениту в условиях диафтореза как вторичный агрегат титановых минералов [7], а другие считают, что образование лейкоксена происходило еще на стадии диа- и катагенеза и заканчивалось на низкотемпературных стадиях регионального метаморфизма до появления биотита [8]. При этом никто не оспаривает метаморфогенную природу лей-коксена.
Пижемская палеороссыпь, расположенная в среднем течении р. Печорской Пижмы на Среднем Тимане, приурочена к нижней толще малору-чейской свиты (Б 2 шгс) и залегает с угловым и стратиграфическим несогласием на метаморфических сланцах верхнего протерозоя [9]. Рудовмеща-ющие породы представлены ритмично переслаивающимися олигомикто-выми песчаниками, гравелитами, алевролитами и глинами. Основной объем тяжелой фракции составляет лейкоксен, который является агрегатом. Также отмечаются псевдорутил, ильменит и рутил, которые могут входить в его состав. Встречаются циркон, анатаз, куларит, монацит [9]. В песчаниках наше внимание привлек-
1"* .*•••» >
У с Ч - С
Д- * '
и.*-
Рис. 2. Концентрация элементов (Т1, Бе, Мп) в зернах титановых минералов из россыпи Вост. Австралии (обр. 2, а); снимки сделаны в режиме характеристического рентгеновского излучения
^ее&Мис, сентябрь, 2013 г., № 9
п
Рис. 3. Пойкилобласты титановых минералов в рифейских сланцах. а — пластинки лейкоксена с пойкилитовыми включениями кварца в сланце покьюс -кой свиты, шлиф снят без анализатора; б — замещение рутилового агрегата ильменитом (1 — рутил, 2 — ильменит, 3 — кварц)
ли выделения титанового минерала (черного цвета), имеющие форму, близкую к пластинчатой. Микрозон-довое исследование показало, что они, по существу, являются рыхлым титановым агрегатом с многочисленными пойкилитовыми включениями кварца (рис. 4, а). По химическому составу он отвечает псевдорутилу, развивающемуся по ильмениту в Пижем-ской россыпи. Псевдорутил ранее был выявлен рентгено-дифрактометри-ческим методом [10]. Но нашими рентгеновскими исследованиями подтвердить наличие этого минерала не удалось (аналитик Б. А. Макеев). В редких случаях встречается ильменит в кварцевой «рубашке» без каких-либо вторичных изменений (рис. 4, г). Титановые минералы характеризуются повышенным содержанием марганца (до 5.22 %). Высокое содержание оксидов марганца в тиманских титановых минералах является их особенно-
стью, что отмечалось другими и нашими исследованиями по отношению к таким же минералам из метаморфических сланцев, являющихся коренными источниками для палеороссы-пи Пижемского месторождения [11]. Повышенное количество марганца характерно и для современных австралийских титановых россыпей, что может указывать на одинаковый генетический тип коренного источника для сравниваемых россыпей, а именно метаморфогенный. По количеству ванадия Пижемская россыпь значительно (в несколько раз) уступает Австралийской (табл. 2). По результатам микрозондового анализа в пижемс-ком псевдорутиле количество оксидов железа достигает 17.3, марганца 0.7 и ванадия 1.1 %. В зернах минерала отмечается неравномерное распределение оксидов железа, титана и марганца. При исследовании зерен псевдорутила микрорентгеноспектральным
(зондовым) методом в режиме характеристического рентгеновского излучения проявились значительные колебания количества марганца и железа на фоне относительно равномерного распределения титана: в краевых участках псевдорутилового агрегата содержание марганца возрастает, тогда как содержание железа падает.
Заключение. Комплексом мине-ралого-аналитических методов было проведено сравнительное изучение минерального состава, морфострук-турных характеристик и степени из-мененности минералов современной прибрежно-морской россыпи о. Страдброук (Вост. Австралия) и Пи-жемской палеороссыпи Среднего Ти-мана (Россия).
Установлено, что в рудных песках о. Страдброук преобладает ильменит, а в Пижемском титановом месторождении — лейкоксен. Палеороссыпи Пижмы представляют более трудно -обогатимые руды вследствие преобладания в них сложных титановых (и не только) образований, наряду с главными рудными компонентами присутствуют другие металлы, форма нахождения которых может быть различная (изоморфная примесь, самостоятельные минеральные фазы).
Для указанных россыпей характерен комплексный характер полезных минералов. Кроме основных рудных концентратов можно получить попутную нерудную продукцию, что повышает эффективность освоения россыпей.
Особенности минерального состава песков определяют выбор методов первичной переработки и после-
Рис. 4. Титановые минералы — псевдорутил (1), кварц (2), рутил (3), ильменит (4) — Пижемской палеороссыпи: а — в — псевдорутил с пойкилитовыми включениями кварца (обр. 3 п, 4 п, 6 п); г — сагенитовая решетка рутила с включениями кварца, обр. 8 п; д — ильменит в кварцевой «рубашке», в центре зерна включение циркона ярко-белого цвета (обр. 9 п); е — псевдорутил и сагенитовая решетка рутила (обр. 1 п); ж — и — картины концентрации титана, железа и марганца в титановых минералах (обр. 1 п), снятые в режиме характеристического рентгеновского излучения
^е&кМис, сентябрь, 2013 г., № 9
дующих способов разделения минералов. Технологические свойства рудо-образующих минералов, в первую очередь плотностные и магнитные, указывают на близость рассматриваемых россыпей и требуют проведения дальнейших исследований для разработки методов направленного изменения физико-химических параметров для повышения их контрастности. Полученные нами результаты исследования физических свойств, особенностей минерального состава, морфост-руктурных характеристик и степени измененности титановых минералов из россыпей, указывают на перспективность использования физических методов обогащения (флотации, гравитационной и магнитной сепарации) и на возможность применения комбинированных методов.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта программы РАН № 12-М-35-2055.
Литература
1. Асхабов А. М, Козырева И. В., Котова О. Б. Песчаные замки на востоке Брисбена // Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. Сыктывкар: Геопринт, 2012. № 11. С. 39-40.
2. Дядченко М. Г., Хатунцева А. Я. Стадийность процесса изменения ильменита в гипергенных условиях // Вопросы минералогии осадочных образований. Львов: Изд-во Львовского гос. ун-та, 1961. С. 18-206.
3. Жердева А. Н, Абулевич В. К. Минералогия титановых россыпей. М: Недра, 1964. 237 с.
4. Методические рекомендации по оценке измененности ильменита при изучении титановых руд и продуктов их переработки / Сост. И. Ф. Кашкаров, Ю. А. Полканов. Симферополь, 1976. 97 с.
5. Бонштедт-Куплетская Э. М. Новые минералы // Зап. ВМО, ч. ХСУП, вып. 1. 1968. С. 64-80.
6. Калюжный В. А. Геология новых россыпеобразущих метаморфических формаций. М.: Наука, 1982. 261 с.
7. Швецова И. В. Минералогия лейкоксена Ярегского месторождения Л: Наука, 1975. 125 с.
8. Кочетков О. С. Акцессорные минералы в древних толщах Тимана и Канина. Л.: Наука, 1967. 119 с.
9. Тиманский кряж. Т. 2. Литология и стратиграфия, геофизическая характеристика земной коры, тектоника, минерально-сырьевые ресурсы: Монография / Под ред. Л. П. Шилова, А. М. Плякина, В. И. Алексеева. Ухта: УГТУ, 2010. 437 с.
10. Игнатьев В. Д., Бурцев И. Н. Лей-коксен Тимана. СПб.: Наука, 1997. 213 с.
11. Голубева И. И., Махлаев Л. В. Элементы-примеси в метаморфогенном ильмените // Минералогия Урала — 2011: Материалы VI Всерос. совещ. Миасс— Екатеринбург: УрО РАН, 2011. С. 27-32.
Рецензент д. г.-м. н. Е. Г. Ожогина
