CC BY
61УДК 669.712.2; 661. 862. 32; 628.335
У.Ш. Мусина1, В.В. Самонин2
В настоящее время в Казахстане выявлены месторождения шунгитовых пород, среди которых промышленное освоение с 2002 года получило только Коксуское месторождение, открытое в 1986 году в 250 км от г. Алматы [1, 2].
Известно, что группа разнообразных по химическому и минералогическому составу углеродсодержащих докембрийских пород получила название шунгитовые породы [1]. Геологический возраст пород почти 2 миллиарда лет. По содержанию углеродистого вещества, которое колеблется от 0,5 до 98 %, шунгитовые породы условно делят на бедные и богатые. Шунгитовые породы условно разделяют на [1]: шунгитсодержащие -бедные шунгитовые породы, которые содержат от 0,5 до 5 % углеродистого вещества; шунгитистые - бедные породы с содержанием от 5 до 20 % углеродистого вещества; шунгитовые - породы с содержанием углеродистого вещества от 20 до 55 %. По другой классификации [3] шунгитовые породы с силикатной минеральной основой подразделяются на малоуглеродистые шунгитсодержащие (углерода до 5 %), среднеуглеродистые шунгитистые с содержанием углерода 5-25 % и высокоуглеродистые шунгитовые (углерода 25-80 %).
Промышленная продукция из коксуских шунгитовых пород поставляется на рынок под торговой маркой «Таурит» (в отличие от российской шунгитовой продукции, поставляемой под торговой маркой «Шунгит»): ТС - таурит сланцевый; ТК - таурит карбонатный; ТКС - таурит карбонатно-сланцевый - смешанный; ТСД - таурит сланцевый дезинтеграционный; ТФС - таурит флотационный сланцевый; ТКД - таурит карбонатный дезинтеграционный; ТФК - таурит флотационный карбонатный.
Практика показала, что многовекторное
промышленное применение получили сланцевый (ТС) и карбонатный (ТК) казахстанские шунгиты (тауриты), которые могут получить широкое применение в решении экологических проблем, и в частности, для очистки природных и сточных вод. Ранее проведенные исследования [4] показали наличие в образцах широкого спектра
УГЛЕРОД-МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ШУНГИТОВЫХ ПОРОД КОКСУСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЗАХСТАНА
Казахский национальный технический университет имени К. И. Сатпаева
050013 Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26
В работе представлены результаты физико-химических исследований состава и свойств природных шунгитовых проявлений в горных породах.
Ключевые слова: шунгит, минеральный состав, физико-химические свойства, углерод
элементов. В данной работе представлены результаты более представительных исследований, в результате чего получены расширенные интервалы содержания компонентов и приведено усредненное значение этих характеристик для коксуских шунгитовых пород - тауритов ТС, ТК и российских зажогинских шунгитов (таблица).
В состав шунгита входят микропримеси: И; К; №; Мп; Ва; 2г; Бг; V; В; 2п; N1; У; Бс; Р; Сг; Со; Мо; и; РЬ; Си; 1\1Ь; Са; Бп; Ве; W; Аб; В (содержание по убывающей от
0,5 % до 0,5 ррт перечисленного ряда микропримесей). Коксуские шунгиты (тауриты) экологически безопасны, и в частности, по содержанию мышьяка ([Аб] =1 ррт [4]), могут применяться для очистки природных и сточных вод.
Таблица. Содержание макрокомпонентов в составе коксуских шунгитовых пород - тауритов ТС (таурит сланцевый), ТК (таурит _____________карбонатный) и российских зажогинских шунгитов
ТС, % ТК, % Российский шунгит, % [1]
Компоненты, % диапазон значений предста- вительная проба диапазон значений предста- вительная проба
С 4,0-6,0 6,0 6,0-12,0 9,17 3,0-30,0
SiÜ2 50,0- 75,0 65,02 29,0- 42,0 40,0 40,0- 47,0
AI2O3 5,0-13,0 13,2 5,0-9,0 7,51 9,0-12,0
CaO 2,0 0,26 32,0 29,29 1,7-7,0
K2O 1,0-2,0 4,04 1,5-3,0 1,5 0,2-1,2
Na2Ü - 0,26 - 0,68 -
ТІО2 - 0,2 - 0,39 -
FeO - 2,5 - 4,52 -
MgO - 1,5 - 2,32 -
ппп - 7,02 - 4,62 -
Из данных таблицы видно, что по макрокомпонентам тауриты близки к российским
1 Мусина Умут Шайхисламовна, канд. техн. наук. доцент Казахского гос. у-та им. Сатпаева, докторант СПбГТИ(ТУ), e-mail: 07061960@mail.ru
2 Самонин Вячеслав Викторович, д-р техн. нак, профессор, зав. каф. химии и технологии материалов и изделий сорбционной техники СПбГТИ(ТУ), e-mail: samonin@technolog.edu.ru
Дата поступления - 18 февраля 2013 года
шунгитам, но по содержанию углерода менее богаты, содержат повышенное содержание кальция.
Известно, что шунгиты занимают промежуточное место между аморфными и кристаллическими формами углерода, обнаруживая признаки и тех и других веществ [1].
Ранее [4], согласно рентгенографическим исследованиям, в составе коксуских шунгитовых пород марки ТС идентифицированы, %: мусковит К20,ЗА120з,6БЮ2' 2Н2О - 42, кварц БЮ2 - 16; гетит РеООН; -1; графит С -17; энстатит МдБЮз - 7; прочие - 17; в составе коксуских шунгитовых пород марки ТК, %: кальцит СаСОз - 32;
кварц Б1О2 -18; мусковит КА!зБ1з0ю(0Н)2 -17; углерод С -22; прочие - 11.
Для изучения минералогического и химического состава, структуры и текстуры углеродистой составляющей горной породы, был проведен минералогопетрографический анализ образцов породы.
Образец 1 - коксуская порода марки ТС. Макроскопический анализ показал плотную, местами пористую породу черного цвета, слабо сажистые свежие сколы (мажут руки). Микроскопический анализ обнаружил слоистосланцеватые текстуры с многочисленными мерцающими включениями мельчайших чешуек светлой слюды.
В шлифах 45-50 % занимает тонко рассеянный (1) углеродистый материал, который через 1,3-1,5 мм собран в шнуровидные плотные агрегаты мощностью менее 0,5 мм. В отраженном свете цвет черный матовый (рисунок 1).
Рисунок 1. Шлиф образца а (ТС). Увеличение 50.
На фотографии также видны прожилковидные выделения углеродистого вещества (2). Промежутки между «шнурами» заполнены гранулированным микрозерни-стым кварцем и мусковитом (3). В отраженном свете в образцах присутствуют буро-красные окрашенные раздробленные псевдоморфозы лимонита по сульфидам железа (4).
Изучение образцов в отраженном свете под микроскопом (в аншлифах) позволяет хорошо различить цвет минералов, определить его твёрдость, электропроводность и, по характеру отражения света, определить анизотропность.
В аншлифе образца а (ТС) (рисунок 2) присутствует 2,5 % рудных минералов: пирит - редкие реликты, гетит + гидрогетит - 2,0 %, лейкоксен - 0,5 %. Углеродистое вещество находится в тонком срастании с кварцем и мусковитом. Текстура меняется от аморфной, темносерого цвета с отражением ниже, чем у кварца (Я = 4,4 %) до крипточешуйчатой (размером до 0,001 мм), коричневато-серого цвета с отражением Я = 7-8 %. Крипточе-
шуйчатое углеродистое вещество (шунгит) неравномерно распределяется среди аморфного.
3
Рисунок 2. Аншлиф пробы а (ТС). Увеличение 160.
Таким образом, углеродистое вещество представлено двумя разновидностями: 1 -
субпараллельные «шнуровидные» темные аморфные выделения, расположенные по сланцеватости; 2 -
крипточешуйчатые (шунгитовые) рельефные более светлые выделения с отражением Я = 7-8 %. Среди углеродистого вещества наблюдаются псевдоморфозы лимонита по пленочному пириту (3).
Образец 2 - коксуская порода марки ТК. Макроскопический анализ показал, что сланец внешне аналогичен предыдущему, но отсутствуют или единичны слюдистые включения, вместо которых присутствуют линейно направленные нитевидные жилочки карбоната в виде кальцита (рисунок 3).
з з
Рисунок 3. Шлиф пробы/ б (ТК). Увеличение 50
На рисунке 3 видны элементы линейной, микролин-зовидной текстуры, а также шнуры углеродистого вещества - 1; промежутки между шнурами заполнены муско-вит-кварц-карбонатным составом - 2; линзовидные кварцевые образования с включениями окисленного пирита -3; крипточешуйчатые углеродистые образования - 4; прожилки кальцита - 5.
На рисунке 4 представлен аншлиф пробы б (ТК). Карбонат кальция представлен кальцитом двух разновидностей. Первая разновидность представляет тонко- и мик-розернистый кальцит, который замещает слюдистый (му-сковитный) компонент между «шнурами» и образует нитевидные прожилки. Вторая разновидность представлена крупнокристаллическим кальцитом, заполняющим крупные трещины, секущие как «шнуры», так и крипточешуй-
чатые углеродистые образования. Аншлифы рудных минералов аналогичны первому типу сланцев. Углеродистое вещество представлено прожилками мощностью 0,05-0,5 мм крипточешуйчатого углеродистого вещества, секущими породу почти перпендикулярно к слоистости (рисунок 4).
Рисунок 4. Аншлиф пробы б, увеличение 160. Прожилковидное выделение крипточешуйчатого углеродистого вещества - шунгита
Прожилки углеродистого вещества секут также прожилки кальцита мощностью до 1,0 мм. Его отражение (Я) примерно составляет 15-16 % и в нем наблюдается слабая анизотропия. Данное вещество можно отнести к шунгиту.
Заключение
На основании комплекса проведенных исследований установлено, что породы Коксуского месторождения представляют собой природный композит, представленный тауритом сланцевым (ТС) - сланцем, состоящим из кварца, мусковита и углеродистого вещества и тауритом карбонатным (ТК) - сланцем, состоящим из кварца, мусковита, углеродистого веществ и карбоната кальция. В составе сланцев присутствуют рудные минералы.
Показано, что в образцах ТС и ТК углеродистое вещество представлено двумя разновидностями: субпараллельными «шнуровидными» темными аморфными выделениями, расположенными по
сланцеватости и крипточешуйчатыми (шунгитовыми) рельефными более светлыми выделениями с отражением Я = 7-8 %. В образцах ТК присутствует карбонат кальция в виде кальцита, а в углеродистом веществе наблюдаются псевдоморфозы лимонита (смеси гидроксидов
трехвалентного железа) по пленочному пириту. В образце ТС углеродистое вещество идентифицировано как графит, что объясняется тем, что шунгиты занимают промежуточное место между аморфными и кристаллическими формами углерода, обнаруживая признаки и тех и других веществ. Методом минералого-петрографического анализа в составе углеродистого вещества выявлен также крипточешуйчатый углерод (шунгит). На основании этого минеральные кремнистые коксуские породы можно отнести к среднеуглеродистым шунгитистым, т.к. содержание в них углерода в среднем находится в пределах 5-25 %. Главное различие всех видов шунгитовых пород заключается в составе и соотношении минералов-примесей.
Литература
1. Рафиенко В.А. Технология переработки шунгитовых пород. М.: Гео, 2008. 214 с.
2. Мусина У.Ш, Щербинин В. П., Шпаков АЮ, [и др.]. Коксуский шунгит как природный регулятор баланса геотехнических экосистем // Экология урбанизированных территорий. Материалы II Экологического форума 18-20 мая, 2010 г., г. Усть-Каменогорск, 2010. С. 27-31.
3 Колокольцев С.Н. Углеродные материалы. Свойства, технологии, применения. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2012. 296 с.
4 Мусина У.Ш. Изучение физико-химических свойств коксуских шунгитистых пород // Вестник КазНТУ. 2010. № 6 (82). С. 3-7.
^
