Промышленные типы месторождений полезных ископаемых

В современной практике поисковых и разведочных работ существенное значение имеют рудно-формационные и геолого-промышленные классификации месторождений.

Рудные формации — группы месторождений и рудопроявлений, однотипные по элементному и минеральному составу руд и геологической обстановке нахождения, которая определяется принадлежностью к конкретной геологической формации (либо сочетанию геологических формаций) и структурными условиями накопления рудного вещества.

Рудно-формационные классификации учитывают многообразие геологических обстановок месторождений, определяемое различием геотектонических позиций месторождений и отвечающих этим обстановкам закономерным сообществам горных пород и руд, что определяет специфику поисковых критериев и признаков. Они отвечают целям поисков.

Среди многообразия природных типов месторождений лишь сравнительно небольшая часть играет существенную роль в экономике. Основная масса минерального сырья в мире добывается из весьма ограниченного числа природных типов.

Под геолого-промышленными типами месторождений полезных ископаемых понимаются такие, которые зарекомендовали себя как основные поставщики данного вида минерального сырья для промышленности. Далеко не все рудные формации могут иметь промышленное значение и включать геолого-промышленные типы месторождений.

Принято считать, что к основным мировым геолого-промышленным типам следует относить такие, на долю которых приходится не менее 1 % мировой добычи. Значение отдельных геолого-промышленных типов месторождений в сырьевой базе тех или иных полезных ископаемых разное, в связи с чем среди них выделяются главные, на которые приходится выше 5 — 10 % запасов (или добычи) соответствующего полезного ископаемого, и второстепенные — обычно менее 2 — 2,5%. При этом нужно иметь в виду, что в минерально-сырьевой базе отдельных государств ведущими геолого-промышленными типами могут служить такие, которые в мировом балансе запасов и добычи существенной роли не играют, и наоборот. Например, если в мировой минерально-сырьевой базе на долю стратиформных свинцово-цинковых месторождений в карбонатных формациях приходится 15,6 % запасов свинца и 17 % цинка, то в России только около 2,5 % запасов как свинца, так и цинка.

По В.И. Смирнову, при классификации промышленных типов рудных месторождений следует принимать во внимание четыре основных признака:

• генетический класс;
• структуру месторождения, определяющую участки локализации рудных тел и их морфологию;
• минералогический состав руды;
• состав вмещающих пород.

Подобный подход используется и при типизации других классов месторождений.

Классификация геолого-промышленных типов месторождений базируется также на требованиях промышленности к минеральному сырью и результатам собственно разведочных работ. Поэтому рудно-формационные и геолого-промышленные типы месторождений могут не совпадать друг с другом. Если рудно-формационные типы отвечают целям поисков месторождений, то геолого-промышленные типы имеют огромное значение при проведении поисковых и особенно поисково-оценочных и разведочных работ.

Роль всех геолого-промышленных типов с течением времени меняется. Одни из них утрачивают свое значение основных поставщиков минерального сырья в связи с полной отработкой, как это случилось с железорудными месторождениями типа «железных шляп» — зонами окисления колчеданных месторождений Урала. С отработкой этих зон перестал существовать еще один промышленный тип — месторождения малахита, которыми славился Урал.

На смену исчезающим появляются новые промышленные типы. Одни возникают за счет открытия новых месторождений — так, например, сравнительно недавно появился новый тип золоторудных месторождений — карлинский — в черносланцевых толщах. Другие геолого-промышленные типы появляются в связи с совершенствованием технологии переработки руд, открывающей возможности использования новых видов сырья. Это в первую очередь относится к месторождениям редких и рассеянных элементов. Расширение комплекса извлекаемых попутных компонентов также приводит к появлению новых типов.

Важным фактором, способствующим становлению новых геолого-промышленных типов, является совершенствование горной техники, позволяющее снижать требования к сырью и вовлекать в промышленность более бедные руды. Наглядным примером этого явления служат медно-порфировые месторождения, обладающие грандиозными запасами меди, но характеризующиеся низкими содержаниями металла. Их промышленное освоение стало возможным с развитием мощной техники открытых разработок и совершенствованием обогатительных процессов.

Постоянный рост потребления металлов, истощение сырьевых ресурсов способствует поиску новых источников сырья. Постепенно возникают возможности освоения ранее недоступных месторождений, к числу которых относятся в первую очередь объекты, расположенные на дне Мирового океана. Так, определяются перспективные геолого-промышленные типы, вовлечение которых в промышленное производство технически возможно и ожидается в обозримом будущем. К их числу в настоящее время можно отнести металлоносные осадки Красноморского рифта, железомарганцевые конкреции абиссальных котловин (провинция Кларион-Клиппертон), кобальтоносные железомарганцевые корки подводных поднятий (Магеллановы горы), месторождения фосфора на шельфе и подводных горах, залежи газогидратов. Возможно, когда-то возникнет необходимость добычи руд массивных сульфидов со дна океана.

Возвращаясь к общей характеристике понятия геолого-промышленных типов, необходимо отметить еще одно важное обстоятельство. Тот факт, что обнаруженное или изучаемое месторождение относится к известному промышленному типу, вовсе не гарантирует его промышленной значимости. Каждый промышленный тип может быть представлен различными по масштабу объектами — от уникальных по запасам месторождений до незначительных рудопроявлений.

Несмотря на общность генетических процессов, приводящих к образованию месторождений одного геолого-промышленного типа, каждое из них характеризуется множеством индивидуальных особенностей. При промышленной оценке месторождений в первую очередь принимаются во внимание следующие показатели: размеры месторождения (запасы минерального, сырья), степень и характер концентрации запасов (количество, размеры, форма залежей), положение рудных тел и условия залегания, качество сырья, его технические и технологические свойства, горнотехнические условия вскрытия и эксплуатация месторождения.

источник

ПТМ – это месторождения, которые в горно-рудной практике являются основными поставщиками данного вида минерального сырья для промышленности при стабильной, рентабельной из разработки.

Промышленные месторождения –участок земной коры, в котором в результате геологических процессов произошло накопление минерального вещества, отвечающего современным требованиям промышленности по количеству и качеству запасов.

Технологическим свойствам горно-техническим условиям экономически выгодная для эксплуатации.

Выделение промышленных типов производится по совокупности признаков.

1) определяет качества и технологические свойства руд, зависящие от их вещественного состава и комплекса промышленно-ценных минералов, а также от вредных примесей.

2) Зависит от характера связи орудинения с элементами геологического строения. Морфология рудных тел, глубины залегания рудных залежей и других признаков.

3) Экономически эффективное использование месторождения завис ит от их масштаба и сочетания горно-геологических, технологических и географо-экономических факторов.

Факторы способствующие появлению новых геолого-промышленных типов.

1) Открытие новых месторождений

2) Совершенствование технологической переработки руд

3) Расширения комплексов извлекаемых попутных элементов

4) Совершенствование горной техники

5) Возможность освоения ранее недоступных месторождений.

Геолого-промышленные параметры оценки месторождения:

1) Размер месторождения (запас минерального сырья)

2) Степень и характер концентрации запасов (количество, размеры, форма залежей)

3) Положение рудных тел и условия залегания.

5) Горно-технические условия вскрытия и эксплуатации месторождения (глубина залегания, крепость пород, мерзлота, обводненность, загазованность).

Классификация видов рудного минерального сырья

Дата добавления: 2016-05-11 ; просмотров: 831 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

источник

Содержание и задачи инженерной геологии месторождений полезных ископаемых

Горные породы в условиях естественного залегания находятся в состоянии равновесия. При строительстве шахт и карье­ров это равновесие часто нарушается под влиянием многих при­чин. Вследствие этого возникают и развиваются разнообразные геологические процессы и явления, реализующиеся в разруше­нии, деформациях, перемещении и сдвижении масс горных по­род различных объемов. В подземных выработках и карьерах они проявляются также в различных видах водопритоков, филь­трационных деформациях, а в районах распространении много­летней мерзлоты — в явлениях мерзлотного комплекса. Фильтрационные деформации и явления мерзлотного комплекса также вызывают перемещения масс горных пород.

Природа и механизм различных видов перемещений и сдви­жений масс горных пород в подземных выработках и откосах карьеров часто весьма сложны. Всестороннее их изучение, а также закономерностей развития, разработка методов прогноза и управления ими — важнейшие задачи инженерной геологии месторождений полезных ископаемых. .’

Разнообразные геологические вопросы, связанные с освое­нием месторождений полезных ископаемых, изучают и оцени­вают в инженерном аспекте, а прогноз изменений геологических условий составляют в связи со строительством сооружений (шахт, карьеров и др.) и проведением инженерных мероприятий. При этом местом ннженерно-геологических исследований в зависимости от стадии освоения месторождений должны быть площади их распространения, отдельные участки, шахт­ные и карьерные поля и их части и, наконец, шахты и карьеры.

При проектировании и разработке месторождений полезных ископаемых к инженерной геологии предъявляются высокие требования. Развитие горных работ на все больших и больших глубинах, разработка ряда месторождений в сложных геологических условиях, подработка подземными выработками застроенных территорий, а в некоторых случаях занятых водо­емами, и особенно широкое применение открытого способа разработки вызвали необходимость изменить отношение к изу­чению их инженерно-геологических условий. Кроме того, для расчета распределения напряжений в горных породах, равно­весия их масс в горных выработках и откосах, для определе­ния горного давления, прочности и устойчивости целиков и оснований сооружений, для проектирования инженерных защитных мероприятий требуются обоснованные расчетные схемы, расчетные показатели свойств горных пород, водоносных гори­зонтов, зон и комплексов, данные об изменении их во времени и при различных напряженных состояниях, о неоднородности и анизотропии свойств горных пород и условиях их работы. Все эти данные необходимы также в связи с применением новых методов расчета, новых способов и средств разработки место­рождений полезных ископаемых.

Обводненность месторождений часто обусловливает значи­тельные притоки воды в горные выработки, что вызывает необ­ходимость предварительного и систематического осушения во­доносных горизонтов, зон и комплексов. Такие вынужденные мероприятия, применяемые для обеспечения устойчивости гор­ных пород в горных выработках и безопасности ведения гор­ных работ, нередко значительно изменяют баланс подземных вод, истощают их ресурсы и нарушают условия водоснабжения населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Поэтому исследование и оценка степени обвод­ненности, газоносности и геотермических условий месторожде­ний полезных ископаемых, а в районах распространения мно­голетней мерзлоты — мерзлотных явлений являются важней­шими задачами их инженерно-геологического изучения.

Строительство горных предприятий и выполнение горно-эксплуатационных работ постоянно вызывают изменения окру­жающей среды, рельефа поверхности земли, сохранности тер­риторий и сооружений, загрязнение водоемов, рек и подземных вод и др. Поэтому оценка и прогноз изменений инженерно-геологических условий территорий, разработка мероприятии по ра­циональному их использованию и охране от вредных последствий горного производства, геологическое обоснование проек­тов по их рекультивации также являются одними из главных задач инженерной геологии месторождений полезных ископаемых. К этой проблеме относится также широкий круг геологи­ческих вопросов, связанных с рациональным размещением от­валов и гидроотвалов пустых пород (лишенных полезных ком­понентов) горного производства, оценкой и прогнозом их устой­чивости и защитой прилегающих территорий от их вредного влияния. Наконец, важнейшими являются вопросы о возможно­сти использования горных выработок на отработанных место­рождениях или отдельных их участках для объектов различного назначения — складов, силовых установок, гаражей, производ­ственных предприятий и др.

В этом главным образом состоят содержание и задачи ин­женерной геологии месторождений твердых полезных ископае­мых. Как видно из сказанного, она имеет большое научное со­держание и практическое значение. Для решения научных, ме­тодических и производственных проблем и вопросов, связанных с освоением месторождений полезных ископаемых, в инженер­ной геологии месторождений, как и в других ее разделах, ши­роко используются методы: геологический (естественноисторического анализа), геологического подобия, экспериментальный, моделирования, вероятностно-статистический и расчетно-теоретический.

Отмечая развитие инженерной геологии месторождений полезных ископаемых, надо сказать, что многие важные и сложные вопросы еще недостаточно разработаны или не решены вообще, при изучении геологического строения, гидрогеологических условий месторождений, физико-механических свойств грунтов, геологических процессов явлений и охраны геологической среды от отрицательного воздействия горнодобывающих предприятий.

Остановимся на состоянии изученности основных вопросов, охватывающих
содержание и задачи.

Геологическое строение месторождений.Непосредственное изучение инженерно-геологических условий месторождений возможно только после их открытия, т. е. на стадиях предвари­тельной и детальной разведки и разработки. Именно на этих стадиях инженерно-геологические исследования должны яв­ляться обязательной составной частью геологоразведочных ра­бот — частью дальнейшего геологического изучения месторож­дений в инженерном аспекте. Поэтому инженерно-геологическое изучение месторождений обычно начинается тогда, когда их геологическое строение в широком понимании этого слова изу­чено достаточно детально, соответственно стадии геологораз­ведочных работ.

Геологические материалы по всем горнопромышленным рай­онам, бассейнам, рудным поясам и полям, отдельным место­рождениям, шахтным и карьерным полям и т. д. огромны; частично они опубликованы, но главным образом хранятся в геологических фондах. По геологии месторождении полезных ископаемых имеются крупные обобщения в виде монографий, руководств, учебников, отражающие генетические, минералоги­ческие, петрографические, стратиграфические, структурно-текто­нические и другие вопросы. Материалы, касающиеся различ­ных сторон геологии месторождений, освещены также в беско­нечном числе докладов, статей, заметок. В общем геологиче­ское строение месторождений полезных ископаемых, особенно разрабатываемых и разведанных, обычно изучено хорошо.

Тем не менее некоторые вопросы, представляющие первостепенный интерес в инженерно-геологическом плане, чаще всего изучены недостаточно полно. Например, нередко оказыва­ется недостаточно изученным геологический разрез толщ, обра­зующих вскрышу месторождений, петрографические особенно­сти, распространение, условия залегания, геологические типы поверхностей и зон ослабления в рудовмещающих и угленос­ных толщах пород и в породах, образующих вскрышу месторождений. Обычно недостаточно изучаются в количественном отношении степень трещиноватости горных пород, их закарстованность, выветрелость и некоторые другие структурно-петро­графические и структурно-тектонические особенности. Наконец, при разведке месторождений пока, как правило, не уделяется должного внимания изучению напряженного состояния горных пород, особенно избыточных напряжений. Такие наблюдения и измерения редки и отрывочны. Следовательно, дальнейшее геологическое изучение этих вопросов, оценка условий вскрытия и разработки месторождений, устойчивости горных выработок, геологическое обоснование проектов горных сооружений составляют одну из задач инженерно-геологического изучения месторождений.

Гидрогеологические условия месторождений.Подземные воды являются важнейшим элементом инженерно-геологических условий месторождений. На многих месторождениях их относительная роль по сравнению с другими элементами инженерно-геологических условий исключительно велика, что вызывает необходимость производить большие работы и соответственно тратить много средств и труда на осушение месторождений, на борьбу с вредным влиянием подземных вод. В связи с этим возникла необходимость в их изучении, разработке методов оценки и прогноза степени и условий обводнения месторождений, притоков подземных вод в горные выработки, разработке и конструировании технических средств защиты горных: выработок и работ от их неблагоприятного и опасного влияния.

В результате этого гидрогеологические условия большинства месторождений изучены более полно, чем их инже­нерно-геологические условия в целом. Так возник новый раздел в гидрогеологии, получивший название «Подземные воды месторождений полезных ископаемых» или «Гидрогеология месторождений полезных ископаемых», занимающийся по существу изучением одного из важных элементов инженерно-геологических условий месторождений, имеющий теперь мощную теоретическую и методическую базу.

Материалы, характеризующие подземные воды месторожде­ний полезных ископаемых, обширны и продолжают непрерывно пополняться. Имеется большое число капитальных работ, посвященных описанию подземных вод месторождений, закономерностям их формирования, динамике, режиму, химизму, методам их изучения и др. Много публикаций посвящено различным методическим вопросам, особенно касающимся методов, способов и условий осушения угольных и рудных месторождений.

Таким образом, уровень изученности гидрогеологических условий месторождений полезных ископаемых в целом достаточно высок, однако в большинстве случаев эти исследования направлены на решение задач осушения месторождений. Такие
важные вопросы, как влияние подземных вод на изменение свойств горных пород, слагающих месторождения, на развитие разнообразных геологических явлений и соответственно на устойчивость горных выработок и других сооружений нельзя
считать достаточно изученными. Надо заметить, что специа­листы в области инженерной геологии часто поступают неправильно, когда не изучают подземные воды на месторождениях, считая, что это не входит и круг их обязанностей т.е. поступают так, как это исторически сложилось на практике в прошлом. Теперь для геологического обоснования проектов строительства шахт и карьеров и производства горных работ требуется иной подход.

Физико-механические свойства горных пород. Способ вскрытия и система разработки, конструкция горных выработок, их устойчивость, скорость проходки, устойчивость отвалов многие другие важные вопросы, связанные с освоением месторождений полезных ископаемых, в значительной степени определяются свойствами слагающих их горных пород. Поэтому изучению и оценке свойств горных пород всегда уделялось большое внимание. Особенно много таких исследований было выполнено в последние 20—25 лет, когда горные работы стали разви­ваться на все больших и больших глубинах, в сложных инже­нерно-геологических условиях, когда особенно часто месторож­дения стали разрабатывать открытым способом.

В результате накопился аналитический материал по угленосным бассейнам, рудным районам и отдельным место­рождениям. Этот материал частично систематизирован, обрабо­тан и обобщен, Выявлены определенные корреляционные связи между отдельными свойствами горных пород и законо­мерности изменения свойств в пространстве (с глубиной, по простиранию, в пределах геологических структур и т. д.). Уста­новлено, что данные о физико-механических свойствах горных пород необходимы не только для проектирования горных со­оружений— шахт и карьеров, но и для решения геологических задач. Выполнены разнообразные методические исследования с целью установления и унификации методов изучения свойств горных пород.

Bce это показывает, что изученность свойств горных пород месторождений полезных ископаемых довольно полная и в зна­чительной степени удовлетворяет запросам проектирования и строительства шахт и карьеров. И тем не менее в области изу­чения физико-механических свойств горных пород необходимо сделать еще очень многое. Имеющиеся материалы их исследо­ваний очень неоднородны. Большинство специалистов негеоло­гического профиля рассматривает и исследует горные породы как «материал», слагающий борта и откосы карьеров, как среду подземных горных выработок, без учета их генетических и пет­рографических особенностей, положения в геологическом разрезе, без соблюдения правила геологической однородности, без одновременного изучения петрографического и минерального состава горных пород и их строения, т. е. не в должном инженерно-геологическом плане.

При исследованиях свойств горных пород применяются глав­ным образом лабораторные методы и совершенно недостаточно полевые. Поэтому обширный аналитический материал часто бывает недостаточно полноценным, не позволяет объяснять причины изменений свойств горных пород, надежно и эффек­тивно их оценивать и прогнозировать.

Необходимо изменить существующий подход к изучению свойств горных пород, шире практиковать коллективное реше­ние задач при проектировании, строительстве и эксплуатации горных сооружений специалистами горного и инженерно-геоло­гического профиля.

Геологические процессы и явления. При строительстве шахт и карьеров обычно нарушаются естественное состояние и равновесие горных пород, происходят их разгрузка, а иногда и разуплотнение и разрушение, расслаивание, осыпание, обруше­ние, оползание, оплывание, набухание и выпирание и другие виды медленных, быстрых или даже мгновенных их перемеще­ний, сдвижений и давлений на крепь. Все эти и многие другие геологические явления нарушают устойчивость горных вырабо­ток, создают трудности и опасности для производства горных работ. Эти геологические явления требуют применения специ­альных способов проходки горных выработок, различных видов их крепления и других инженерных мероприятий, обеспечиваю­щих безопасную разработку полезных ископаемых.

Встречающиеся на месторождениях геологические явления в настоящее время выявлены и с той или иной степенью де­тальности изучены; разработаны методы их оценки и прогноза угрожаемости, методы предупреждения и борьбы с ними. В этом плане имеются большие достижения, обширная научная и методическая литература, обобщающая опыт и результаты инженерных, научных и ме­тодических разработок.

Однако несмотря на то, что все геологические явления имеют геологическую природу при определенном влиянии на их развитие горнотехнических фактором, их изучением занима­ются, как правило, не геологи, а горные инженеры Они посто­янно, повседневно, преодолевая трудности, создаваемые геоло­гическими явлениями на шахтах и карьерах, вынуждены вести наблюдения за ними, изучать их, разрабатывать приемы и ме­тоды борьбы с ними. Со временем практические запросы гор­ного производства потребовали постановки и специального геологического, инженерно-геологического изучения геологических явлений.

Значительное достижения в исследовании геологических процессов и явлений имеются на разнообразных и многочисленных карьерах. Именно на карьерах получены важные и интересные результаты исследований оползней, осыпей, обвалов, процессов выветривания горных пород, фильтрационных деформаций и др., составившие значительный вклад в развитие инженерной геологии как специальной широкой области геологических знаний. Результаты инженерно-геологического изучения геологических явлений на месторождениях, разрабатываемых подземным способом, в целом пока довольно ограниченны, хотя и здесь имеются определенные достижения в изучении некоторых явлений, например в различных районах и шахтах Донбасса, Подмосковного бассейна, Прибалтийского сланцевого бассейна и некоторых других. В общем же инженерно-геологическое изучение геологических процессов и явлений на месторождениях полезных ископаемых находится пока еще не том уровне, какой требуется. Это – одна из главных задач инженерной геологии месторождений полезных ископаемых.

Охрана геологической среды от отрицательного воздействия горнодобывающих предприятий.Проблеме охраны окружающей среды в настоящее время уделяется огромное внимание. Число публикаций, посвященных этой проблеме, непрерывно увеличивается.

Различные отраслевые министерства, ведомства, предприятия и научные организации пытаются решать такие задачи самостоятельно. Действующие в настоящее время постановления и нормативные документы требуют решения вопросов охраны природы на всех стадиях проектирования, строительства и эксплуатации сооружений и предприятий. Исследования по охране окружающей природной среды выполняются, и уже достигнуты определенные результаты. Значительное место в них занимают работы по проблеме охраны геологической среды вообще и от отрицательного воздействия горнодобывающих предприятий в частности.

Оценивая современное состояние исследований по этой проблеме, необходимо отметить, что для успешного ее решения выполняют работы организационного, теоретического и методологического порядка. При этом важно четко оговорить, что исследования по этой проблеме должны касаться только геологической среды, только оценки и прогноза отрицательного воздействия на нее горнодобывающих предприятий и различных способов разработки месторождений. Эта оговорка необходима потому, что горнодобывающие предприятия оказывают отрица

ставиться, хотя изученность отдельных элементов, определяю­щих инженерно-геологические условия месторождений, до­вольно полная.

Месторождения металлических, неметаллических и горючих полезных ископаемых распространены в земной коре неравно­мерно (см. классификацию А. Г. Бетехтнна). В соответствии с историей формирования различных элементов ее тектониче­ской структуры весьма разнообразны и условия образования месторождений. Поэтому в природе встречаются многочисленные генетические типы их, разнообразные по минеральному со­ставу и формам залегания полезного ископаемого, петрографи­ческому составу вмещающих пород, тектоническому строению, приуроченности к тем или иным элементам рельефа и т. д.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Дата добавления: 2014-01-03 ; Просмотров: 1381 ; Нарушение авторских прав? ;

источник

Месторождения индустриального сырья. Алмаз, ювелирные и поделочные камни. Пьезооптический кварц и исландский шпат. Флюорит и барит, слюды, графит. Минеральные соли, серное и борное сырьё. Месторождения строительных материалов и сырья для их производства.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовании

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Геолого-географический факультет 2009 г.

Рассмотрено и рекомендовано на заседании кафедры месторождений полезных ископаемых

учебной дисциплины «Промышленные типы месторождений полезных ископаемых (неметаллические)»

цикла СД по специальности 130301 ПОИСКИ И РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Майский Ю.Г. Семестровый курс лекций на модульной основе по учебной дисциплине «Промышленные типы месторождений неметаллических полезных ископаемых».

Ростов на Дону. ЮФУ. 2009г. 152 с.

В настоящем курсе лекций обобщены материалы по месторождениям неметаллических полезных ископаемых. Приводятся данные о физических, химических и технологических свойствах неметаллических полезных ископаемых, областях их применения, а также их промышленная классификация. В лекциях рассматриваются вопросы генезиса промышленных месторождений неметаллических полезных ископаемых и приводятся примеры наиболее значимых из них. Уделяется внимание вопросам обеспеченности России различными видами нерудного сырья и распределением его месторождений по различным регионам страны.

Курс лекций предназначен для углублённого изучения дисциплины «Промышленные типы месторождений неметаллических (нерудных) полезных ископаемых», входящей в программу подготовки горных инженеров по направлению «Прикладная геология».

«Промышленные типы месторождений неметаллических (нерудных) полезных ископаемых является частью базовой дисциплины «Геология твёрдых полезных ископаемых» при подготовке горных инженеров по направлению «Прикладная геология» и изучается на 4 курсе в 7 семестре. Её значение в образовательном процессе определяется необходимостью подготовки высококвалифицированных кадров для геологической отрасли, способных использовать полученные знания при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.

Цель преподавания дисциплины — получение студентами сведений о значимости и различных типах промышленных месторождений неметаллических полезных ископаемых.

Задачи изучения дисциплины:

— приобретение знаний о применении различных видов неметаллического сырья в промышленном производстве;

— изучение генетических особенностей различных типов месторождений и примеры наиболее промышленно значимых месторождений неметаллических полезных ископаемых;

— получение сведений о ресурсах различных видов полезных ископаемых.

Перечень дисциплин, необходимых для усвоения данного курса: «Химия», «Общая геология», «Минералогия», «Петрография магматических и метаморфических пород», «Литология», «Геология твёрдых полезных ископаемых».

Основные компетенции студента при освоении данной дисциплины разработаны с учётом его будущей практической работы в геологических организациях и научных учреждениях. Студент, изучивший данную дисциплину, должен знать:

— физико-химические и технологические свойства различных видов неметаллических полезных ископаемых;

— области их применения в промышленности;

— промышленно-генетические типы месторождений;

— размещение на территории России и примеры наиболее промышленно значимых месторождений;

— на основе имеющихся геологических материалов определять принадлежность месторождения к тому или иному типу;

— выбирать наиболее приемлемые способы разведки и оценки месторождений;

— определять возможность комплексной отработки месторождения;

— оценивать возможность использования сырья данного месторождения в различных производствах.

— о важнейших экономических показателях определяющих промышленную ценность месторождений;

— о современных потребностях в конкретных видах сырья;

-о степени обеспеченности России различными видами неметаллических полезных ископаемых.

Объём дисциплины и виды учебной работы показаны в таблице 1.

Таблица 1 — Виды учебной работы по дисциплине «Промышленные типы месторождений неметаллических (нерудных) полезных ископаемых

Трудозатраты в кредитах(часах)

Общая трудоемкость дисциплины

Лекции по дисциплине «Промышленные типы месторождений неметаллических (нерудных) полезных ископаемых» подразделяются на 4 модуля (раздела), которые показаны в таблице 2.

Таблица 2 — Модули дисциплины

Месторождения химического и агрономического сырья

Месторождения строительных материалов и сырья для их производства

В предисловии к каждой лекции, помимо её названия и трудозатрат студента в часах, приводится перечень главных вопросов темы лекции.

В конце каждого модуля (раздела) приводятся проектные задания студентам для самостоятельной работы и рубежные тесты самоконтроля знаний.

Календарно-тематический план лекций имеет следующий вид

Неметаллические полезные ископаемые

МОДУЛЬ 2. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНДУСТРИАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Ювелирные и поделочные камни

Пьезооптический кварц и исландский шпат

МОДУЛЬ 3. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО И АГРОНОМИЧЕСКОГО СЫРЬЯ

МОДУЛЬ 4. МЕСТОРОЖДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СЫРЬЯ ДЛЯ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

Карбонатные породы. Гипс и ангидрит

Естественные строительные и облицовочные камни

Комплексная цель — ознакомление с основными свойствами и значением неметаллических полезных ископаемых.

Лекция 1. (2часа). Неметаллические полезные ископаемые

Общие сведения, значение, промышленная и генетическая классификации.

К неметаллическим полезным ископаемым относятся минералы и горные породы, из которых не извлекают в качестве главного компонента металлы и которые не являются энергетическим сырьём.

Термины неметаллическое и нерудное полезное ископаемое рассматриваются как синонимы, но такие выдающиеся геологи, как А. Е. Ферсман и П. М. Татаринов, отдавали предпочтение первому из них как более точно отражающему сущность предмета. В последние годы по отношению к отдельным видам неметаллических полезных ископаемых все чаще стал использоваться термин руда. Выделяют апатитовые, фосфоритовые, серные, асбестовые, графитовые, баритовые, калийные и многие другие руды. В то же время к таким неметаллическим полезным ископаемым, как гранит, пески, глины, каменная соль и другие, этот термин не применяется. Можно называть рудами те неметаллические полезные ископаемые, которые представлены минералами и минеральными агрегатами, образующими вкрапленники, прожилки, жилы, пластообразные и неправильные залежи, их извлекаются из вмещающих пород либо избирательной отработкой, либо с применением методов обогащения.

В настоящее время насчитывается свыше 130 видов неметаллических полезных ископаемых, используемых в естественном или переработанном виде.

Одной из наиболее характерных черт неметаллических полезных ископаемых является наличие определённых физических, химических и технических свойств, которые влияют не только на технологию переработки, но и на качество конечных промышленных изделий. Многообразие состава и свойств неметаллического полезного ископаемого может играть главную роль в использовании его в том или ином производстве; оно приводит к исключительной специализации данного сырья и к выработке очень точных и строгих стандартов, технических условий, кондиций и сортификации, применяемых лишь для узких и строго определённых производств. Сортификация неметаллических полезных ископаемых по их различным физическим и механическим свойствам предопределяет сложность геолого-экономичекой оценки их месторождений. Кроме определения запасов полезного ископаемого, его содержания, горнотехнических условий необходимо знать требования соответствующих отраслей промышленности к данному сырью. Например, применение хризотил-асбеста в текстильной, картонно-шиферной или асбоцементной промышленности зависит от длины волокна, прочности его на разрыв, эластичности (гибкости); слюды в электротехнике — от величины пластин-кристаллов, диэлектрической проницаемости, термической стойкости и отсутствия дефектов.

Многие неметаллические полезные ископаемые могут применяться в различных отраслях производства, которые используют те или иные их свойства. Например, флюорит является важным сырьем для металлургического, химического, стекольного, ювелирного и оптического производства; тальк применяют в огнеупорной, бумажной, резиновой, кабельной, строительной и фармацевтической отраслях производства, серу — в химической, резиновой, бумажной, пищевой отраслях и в сельском хозяйстве.

Важная особенность неметаллического сырья — его взаимозаменяемость, в силу тождественности тех или иных свойств для одной и той же цели используются различные виды сырья. Так, в качестве электроизоляторов могут применяться не только слюды, но и мрамор, асбест, тальковый камень; в качестве смазочных веществ наряду с графитом могут применяться тальк и слюдяной порошок.

Промышленная классификация неметаллических полезных ископаемых, предложенная П.М. Татариновым, основывается на их свойствах и главных направлениях применения в промышленности. По этим признакам выделены три группы неметаллических полезных ископаемых.

1. Индустриальное сырье: драгоценные, технические и поделочные камни — алмаз, рубин, сапфир, изумруд, гранаты, агат, яшмы; графит; слюды — мусковит и флогопит; асбесты хризотиловые и амфиболовые; тальк и тальковый камень; магнезит и брусит; пьезооптический кварц и кварц для плавки; флюорит; барит и витерит; исландский шпат; цеолиты и др.

II. Химическое и агрономическое сырье: минеральные соли; фосфатное сырье—апатит и фосфориты; серное и борное сырье.

III. Минеральные строительные материалы и сырье для их производства: керамическое сырье — пегматиты, фарфоровый камень, высокоглиноземистые силикаты, волластонит; глины и каолины; песок и гравий; карбонатные породы; гипс и ангидрит; активные минеральные добавки — диатомиты, трепелы, опоки, трассы и пуццоланы; породы для получения легких строительных материалов — шунгит, перлит, вермикулит; естественные строительные камни.

Эта классификация достаточно условна, так как один и тот же вид сырья в силу многообразия свойств может применяться в разных областях и относиться к разным группам. Например, флюорит может быть отнесен и к индустриальному и к химическому сырью; карбонатные породы — к химическому сырью и к природным строительным материалам.

Индустриальное сырье представлено минералами, обладающими исключительными физическими свойствами (высокая твердость, мягкость, огнеупорность, волокнистость, оптические и пьезоэлектрические, диэлектрические эффекты). Они используются в естественном виде, подвергаясь в основном механической обработке.

К химическому сырью относятся горные породы и минеральные агрегаты (соляные породы, фосфориты, апатит-нефелиновые, апатит-магнетитовые и серные руды, бораты), из которых путем химической переработки извлекают элементы и химические соединения.

В группу природных строительных материалов и сырья для их производства входят широко распространенные горные породы, большая часть из которых применяется в естественном виде или после термической или технологической переработки.

Значение неметаллических полезных ископаемых.

Роль и значение неметаллических полезных ископаемых в экономике трудно переоценить, и практически невозможно найти отрасль промышленности или техники, где не использовалось бы неметаллическое сырье. Применение неметаллических полезных ископаемых возрастает с каждым годом, что обусловлено вовлечением в сферу промышленного освоения новых видов дешевого и широко распространенного в природе неметаллического сырья, резким увеличением потребностей сельского хозяйства в минеральных удобрениях, интенсивным ростом жилищного, промышленного и дорожного строительства, широким внедрением химических методов обработки разных видов сырья.

Применение неметаллического сырья существенно расширилось в современную эпоху, особенно в XX в., когда начали использовать новые виды минерального сырья в сельском хозяйстве, химии, в производстве огнеупоров, кислотоупорных изделий, фильтровальных и изоляционных материалов, а также в керамике, металлургии, оптике, бумажной, резиновой и пищевой промышленности. Особенно роль его возросла, во-первых, с применеяием новых видов неметаллического сырья (например, высокоогнеупорных форстеритов и силлиманитов, вспученных перлитов и вермикулитов с высокой емкостью поглощения), во-вторых, с новыми областями использования традиционных материалов (например, применение химически чистого графита в качестве замедлителя быстрых нейтронов в атомных реакторах, кремния — в качестве полупроводников в электронных устройствах, в которых нуждаются автоматические и кибернетические системы) и, в-третьих, с использованием технологических достижений нашего атомного и космического века. При создании ракет, отдельные части которых должны выдерживать высокие температуры при запуске и возвращении на Землю (прохождение через плотные слои атмосферы), используются покрытия из керамических материалов совместно с органическими полимерами, Zr02 или металлическими порошками для авиационных двигателей и тепловых экранов (так называемая металлокерамика). В атомной промышленности огнеупоры используются как конструкционные материалы для замедлителей и отражателей нейтронов (например, стержни из В4С и BN); эти же материалы применяются для изготовления легких керамических плит для самолетов и вертолетов. Для изготовления различных лазеров применяются такие минералы, как альмандин, апатит, флюорит и рубин.

По объёму производства неметаллические полезные ископаемые занимают первое место среди всех видов минерального сырья. Даже в экономике такой страны, богатой рудными месторождениями, как США, ресурсы неметаллов в два раза превышают количество руд в общем национальном продукте, и это различие продолжает возрастать.

Особенно это проявляется в стоимостном выражении. Так ценность балансовых (разведанных) запасов в России неметаллических полезных ископаемых сравнима по стоимости руд металлов и алмазов. На нерудные полезные ископаемые (НИИ) приходится 15 %, а на черные, редкие, благородные металлы и алмазы — 14,3 % валовой потенциальной стоимости. Если же убрать из этого ряда стоимость алмазов, которые тоже относятся к неметаллам, то разница будет ещё более значительной.

В настоящее время экономика России (с позиции ряда важнейших видов неметаллов) оказалась в критической зависимости от превышения 50%-ного порога доли экспорта от всего производства (калийные соли, апатит, асбест), а также почти полной зависимости рынка (на 60—90 %) от импорта по ряду неметаллов (щелочные бентониты, барит, каолин, кристаллический графит и др.). Это объясняется тем, что основные горнодобывающие предприятия и ранее подготовленные в бывшем СССР промышленные запасы остались за пределами России: свыше 90 % барита — в Казахстане и Грузии, более 80 % фосфоритов — в Казахстане и Узбекистане, каолина — на Украине и в Казахстане, 70 % высококачественных бентонитов — на Кавказе и в Средней Азии, 60 % кристаллического графита — на Украине и др.

Генетическая классификация неметаллических полезных ископаемых.

В этой связи возникла необходимость расширения поисковых и разведочных работ, которые должны базироваться на фундаментальных знаниях о генезисе различных видов полезных ископаемых. Советскими геологами П.М. Татариновым и В.И. Смирновым и др. обобщены данные о генезисе месторождений неметаллических полезных ископаемых. Предложенная ими классификация приводится ниже.

А. Эндогенные месторождения

I. Собственно магматические

К классу собственно магматических месторождений (ранне- и позднемагматических) относятся некоторые месторождения алмаза, графита и апатита, а главным образом многочисленные и широко используемые промышленностью в качестве естественных строительных камней месторождения различных изверженных пород (гранит, базальт, диабаз, лабрадорит, вулканический туф, пемза, перлит и т. д.).

К этому классу относятся месторождения полевых шпатов, нефелина, мусковита, кварца, письменного гранита, горного хрусталя (преимущественно морион), драгоценных, цветных и поделочных камней (изумруд, топаз, турмалин и др.), корунда и наждака, оптического флюорита.

В генетической и пространственной связи с карбонатитами встречаются некоторые месторождения апатита, флогопита и вермикулита.

а) глубинные (больших и умеренных глубин) — высоко-, средне- и низкотемпературные;

б) близповерхностные (малых глубин и поверхностные) — высоко-, средне- и низкотемпературные.

3. Эксгаляционные и вулканогенно-осадочные.

Скарновыми являются некоторые месторождения андалузита, корунда, графита, силикатов бора и боратов.

К классу гидротермальных глубинных относятся некоторые месторождения флогопита, апатита, хризотил-асбеста и амфибол-асбестов, талька и талькового камня, магнезита, горного хрусталя, плавикового шпата.

Гидротермальными близповерхностными являются месторождения плавикового шпата, барита, витерита, агата, алунита, исландского шпата, серы.

К классу эксгаляционных и вулканогенно-осадочных принадлежат весьма крупные месторождения серы и боратов.

Б. Экзогенные месторождения

I. Месторождения выветривания

1. Обломочные: элювиальные и делювиальные россыпи. Сюда относятся некоторые месторождения алмаза, графита, барита, корунда и андалузита.

а) глины, каолины и латериты;

К классу остаточных относятся некоторые месторождения глин, каолина, фосфоритов, стекольных песков, боратов, талька, гипса, серы, алунита, вермикулита.

К ним относятся месторождения фосфоритов, барита, магнезита, боратов, исландского шпата, гипса, серы.

II. Осадочные месторождения

а) аллювиальные россыпи и конгломераты;

б) переотложенные осадки тонкодисперсных продуктов выветривания.

Механическими осадками являются многие месторождения гравия, глин, каолинов, песка и песчаника, алмаза, фосфоритов.

К классу химических осадков относятся месторождения солей натрия, калия и магния, гипса, боратов, доломита, известняков, мергелей, фосфоритов, диатомита, трепела и опок, серы.

В. Метаморфогенные месторождения

В классе метаморфогенных месторождений находятся многие месторождения андалузита, силлиманита, кианита, мрамора, кварцита, талька и талькового камня, графита, кровельного сланца, корунда, наждака, гнейса.

Литература: [1]* с.4-8; [2] с.5-11; [3] с.346-348.

Проектные задания студентам для самостоятельной работы.

По литературным данным сделать подборку форм тел неметаллических полезных ископаемых.

* Номера по списку литературы, выделена основная литература

Рубежные тесты к модулю 1

Какие из перечисленных полезных ископаемых относятся к неметаллическим?

Какие полезные ископаемые из перечисленных не относятся к индустриальному сырью?

Какие полезные ископаемые из перечисленных не относятся к магматическим?

Какие месторождения не относятся к эндогенным?

МОДУЛЬ 2. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНДУСТРИАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Комплексная цель: показать значение различных видов индустриального сырья для промышленного производства и промышленные типы месторождений,

Общие сведения, свойства, применение в промышленности, генетические типы месторождений, мировые ресурсы.

Алмаз (С) является полиморфной модификацией углерода, кристаллизующейся в кубической сингонии.

Большая часть алмазов встречается в природе в виде отдельных хорошо оформленных кристаллов или их обломков. Преобладают октаэдры, ромбододекаэдры и кубы, а также их комбинации. Это кристаллы с ровными плоскими гранями. Так их и называют — плоскогранными. Реже встречаются кривогранные, округлые кристаллы, однако в некоторых месторождениях они преобладают. Зачастую кристаллы алмаза срастаются друг с другом или же, как бы «прорастают» друг друга, образуя соответственно так называемые двойники срастания и прорастания. Практически во всех алмазных месторождениях присутствуют микро- и скрытокристаллические агрегаты, сложенные сотнями тесно сросшихся мельчайших зерен алмаза.

Уникальные свойства алмаза обусловлены особенностями его кристаллического строения. Элементарная кристаллическая ячейка алмаза представляет собой гранецентрированный куб. Атомы углерода (С) расположены в вершинах куба, в центрах его граней, а также в центрах 4-х несмежных октаэдров. Каждый атом углерода связан с четырьмя ближайшими атомами, симметрично расположенными по вершинам тетраэдра наиболее «прочной» химической связью — ковалентной. Идеальный кристалл алмаза можно представить себе как одну гигантскую молекулу. Этим и объясняются многие, исключительно ценные свойства алмаза.

Алмаз является самым твёрдым из всех известных веществ и превосходит по абсолютной твёрдости корунд в 150 раз и кварц в 1000 раз. Сильный блеск и игра цвета у алмаза объясняются высокими показателем преломления и дисперсией. Для алмаза характерны совершенная спайность по октаэдру, хрупкость, высокая плотность, люминесценция в ультрафиолетовых и рентгеновских лучах, высокая теплопроводность. Он является диэлектриком, химически стоек- не растворяется ни в кислотах ни в щелочах. Температура плавления алмаза 3700 — 4000°С. Сгорает алмаз на воздухе при 850 — 1000°С, а в кислородной среде горит слабо-голубым пламенем при 720 — 800°С полностью превращаясь в конечном счете в углекислый газ. При нагреве до 2000 — 3000°С без доступа воздуха алмаз переходит в графит.

Большинство природных алмазов бесцветно, однако, нередки камни самых разнообразных цветов и оттенков. Хотя алмаз может быть почти любого цвета, алмазы синего цвета наиболее редки и потому наиболее ценны. Однако ослепительная игра их открывается лишь тогда, когда камень огранен в форму бриллианта. Такие алмазы ценятся очень высоко, но опять же выше всех среди прочих ценится алмаз, обладающий голубоватым оттенком. Наиболее часто встречаются алмазы со слабым желтоватым оттенком, а также зеленоватые. В США, Великобритании и ряде других странах искусственное окрашивание природных алмазов производят в лабораторных условиях путём бомбардировки их электронами высоких энергий.

Алмаз с чистой поверхностью гидрофобен, т.е. не смачивается водой. В то же время алмазы способны прилипать к некоторым видам жиров, на чем основаны некоторые способы извлечения алмазов из раздробленной алмазоносной породы.

Вес алмазов измеряется в каратах: 1 карат равен 0,2 грамма.

В зависимости от качества алмазы делятся на ювелирные и технические. К ювелирным относят достаточно крупные кристаллы совершенной формы, окраски, исключительной прозрачности, без трещин, включений и иных дефектов. Минимальный размер ювелирных алмазов 0,05 карата (0,01 г); крупными считаются камни более 10 каратов; если масса алмаза превышает 50 каратов — ему присваивается имя.

Крупные алмазы распиливают, подвергают огранке и шлифовке с получением бриллиантов, при этом теряется более 50% их массы. Назначение огранки -придать камню наибольший блеск и игру цветов. Стоимость бриллиантов достигает очень большой величины (более 10000 долларов за карат).

Самый крупный алмаз Куллинан (масса 3106 карат, размеры 10X6,5X5 см) голубого цвета был обнаружен в 1905 г. в южноафриканской трубке Премьер; он представлял обломок октаэдрического кристалла. После распиловки из него было получено большое количество мелких бриллиантов и два очень крупных: Звезда Африки (530,2 кар) и Куллинан-2 (317,4 кар). Общая масса бриллиантов, полученных из этого алмаза, составила 1063,65 кар.

Но в 2007 году в Африке был найден самый крупный в истории человечества алмаз ювелирного качества массой около 6000 карат.

Существенное изменение технологии огранки алмазов произошло в связи с внедрением лазерной техники: использование луча лазера для распиловки кристаллов экономично и почти неограниченно расширяет ассортимент форм огранки.

В общей массе алмазного сырья свыше 75% приходится на долю технических алмазов, среди которых различают борт, баллас, карбонадо и конго. Борт — мелкие неправильные кристаллы, сростки, непригодные для ювелирных целей. Баллас — шарообразные мелкозернистые агрегаты с более твердой, чем ядро, оболочкой. Карбонадо — тонкозернистые, пористые агрегаты черного, серого или зеленоватого цветов. Конго — наиболее низкосортные мелкие алмазы, пригодные лишь в качестве абразивного материала.

Технические алмазы используются для армирования буровых коронок, изготовления режущих инструментов и свёрл, для изготовления метчиков, твердомеров, фильеров, подшипников, износостойких покрытий в точных приборах, кювет и окошек в химическом производстве. Алмазные порошки используются для изготовления шлифовальных кругов, обрезных дисков, шлифовальных паст.

В связи со всё возрастающими требованиями к точности и скорости обработки металлов технические алмазы широко применяются в машиностроении, электронной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.

В последние годы во многих странах налажено промышленное производство синтетических алмазов не уступающих по технологическим показателям. природным техническим алмазам (в США, ЮАР, Ирландии, Швеции, Японии, России). Мелкие кристаллы синтетических алмазов получают при перекристаллизации графита в присутствии железа в качестве катализатора при высоких температурах и давлениях. Мировое производство синтетических алмазов технических сортов сопоставимо с объёмом добычи природных.

Промышленно-генетические типы месторождений алмазов.

кимберлитовый (трубки Мир, Юбилейная, Удачная, Нюрбинская — Якутия; Премьер — ЮАР);

кимберлит — лампроитовый (трубки им. Карпинского 1 и 2 — Архангельская область);

лампроитовый (трубки Аргайл — Австралия, Прейри-Крик-США, Карелия, Полярный Урал);

метаморфогенный (Кумбыкальское -Казахстан);

импактный — взрывной (Попигайское — Россия).

II Россыпные (россыпи Намибии, Бразилии, ЮАР, Индии, бассейна р. Конго, бассейна р. Вилюй в Якутии).

Коренные месторождения алмазов.

Коренные месторождения алмазов, связанные с кимберлитовыми трубками взрыва, успешно эксплуатируются на протяжении более 120 лет. На их долю приходится около 80% добычи всех природных алмазов в мире. Кимберлитовые и лампоитовые тела приурочены к разломам активизированных древних платформ. Часто процессы активизации протекают на одной и той же платформе в несколько этапов. Так на Сибирской установлено три этапа: девонский, триасовый и юрско-меловой.

Кимберлитовые трубки — конусообразные, суживающиеся вниз рвущие тела округлой, реже более сложной формы в плане, прослеживаемые на большую глубину (до 2 км и более) среди пород платформенного чехла и кристаллических образований фундамента. Трубообразные тела имеют сечение от нескольких метров до нескольких сот и даже тысяч метров. Так, наиболее крупная трубка в мире Камафука — Камазамбо в Анголе имеет площадь 150 га. При этом поперечные сечения резко сокращаются с глубиной (трубка Мир в Якутии на глубине 600 м уменьшается в 5 раз). Часто трубки на глубине переходят в дайки. В разрезе в трубках различают кратерную, диатремовую и канальную части.

Алмазоносные кимберлитовые магматические тела сложены богатой летучими калиевой ультраосновной порфировой породой, которая носит название кимберлит. Ксеноморфные минералы, принесенные из мантии (оливин, флогопит, пикроильменит, гранат,хромдиопсид, алмаз) погружены в более тонкозернистую цементирующую массу. Породы обычно изменены постмагматическими процессами и превращены в серпентин -хлорит -карбонатную массу. Собственно кимберлиты слагают только отдельные участки кимберлитовых трубок, а большая часть их образована эксплозивными и эруптивными брекчиями, а также автолитовыми брекчиями (обломки кимберлитов ранних фаз внедрения). Кимберлитовые трубки являются многофазовыми образованиями, формировавшимися в результате многократного прорыва кимберлитовой магмы. Однофазовые трубки менее алмазоносны, чем многофазовые. Кратерные части трубок выполнены обломочным материалом сносимым с бортов после образования трубок,. Они фиксируются только в слабоэродированных районах.

Рис. 1 — Модель алмазоносной кимберлитовой трубки Зимнего Берега (Архангельская алмазоносная провинция)

Диатремовые части трубок, наибольшие по длине, сложены эксплозивными брекчиями и туфами кимберлитов. А канальные их части образованы массивными кимберлитами. Алмазоносны все части трубок, но максимальная алмазоносность отмечается в диатремовых частях. Алмазы заключены в основном в мелкозернистой кимберлитовой массе.

Кимберлитовые алмазоносные трубки обычно встречаются группами и выделяются как кимберлитовые поля (районы). Кимберлитовые провинции состоят из десятков кимберлитовых полей, содержащих сотни кимберлитовых тел.

Добыча алмазов из кимберлитовых трубок в ЮАР ведется уже более 100 лет. Например, известная трубка Премьер разрабатывается с 1903 года. Здесь было добыто большое количество камней ювелирного качества, в том числе алмазы чернильно-синего цвета и крупнейший алмаз Кулинан.

В Якутской алмазоносной провинции, являющейся основным алмазодобывающим регионом России выделяется 7 алмазоносных районов. В них сосредоточены наиболее крупные разрабатываемые кимберлитовые трубки: Удачная, Интернациональная, Айхал, Юбилейная, Нюрбинская. На давно эксплуатирующихся трубках Мир и Айхал ведётся строительство подземных рудников.

К последней четверти XX в. относится обнаружение новой Архангельской алмазоносной провинции на севере Русской платформы (месторождения имени Ломоносова и Гриба).

Лампроиты — новый источник промышленных алмазов, открытый в конце 70-х годов в Австралии (месторождение Аргайл). Это — богатая калием и магнием основная или ультраосновная порода вулканического или интрузивного гипабиссального происхождения. Лампроитовые тела по сравнению с кимберлитовыми имеют большие размеры. По своему строению лампроитовые трубки в целом аналогичны кимберлитовым, но, судя по месторождению Аргайл, они быстрее выклиниваются на глубину переходя в дайки. Обычно лампроиты содержат мелкие технические алмазы. Из высокопродуктивной лампроитовой трубки Аргайл, открытой в 1979 году, уже в 1983 году было добыто 6,2 млн карат алмазов.

Существует пять гипотез о происхождении алмазов в кимберлитах и лампроитах: 1) алмазы кристаллизуются на мантийных глубинах, захвачены расплавом и вынесены магматическими потоками к поверхности; 2) они кристаллизовались в самой кимберлитовой или лампроитовой магме как ее естественные породообразующие минералы; 3) это результат ассимиляции ультраосновной магмой углеродсодержащих пород; 4) алмазы образуются в постмагматическую стадию в связи с пневматолитовыми и даже гидротермальными процессами; 5) формируются из глубинных подкоровых флюидных потоков. Первые две гипотезы поддерживаются многими геологаим.

Другой тип коренных месторождений алмазов связан с импактитами — породами, образовавшимися в результате ударов космических тел о поверхность Земли. В результате сверхвысоких давлений, возникших при ударе, произошел твёрдофазовый переход содержащегося в этих породах графита в алмаз. Алмаз представлен мелкими поликристаллическими агрегатами, нередко с примесью гексагональной модификации алмаза — лонсдеелита. В настоящее время этот тип месторождений не имеет промышленного значения. Примером подобного типа месторождений является Попигайская астроблема.

Новый тип коренных месторождений алмазов, открытый в 60-х годах, приурочен к кристаллическим породам метаморфического комплекса Кокчетавского массива Казахстана. Алмазы установлены в биотитовых гнейсах, биотит-кварцевых, гранат-пироксеновых, пироксен- карбонатных породах. Преобладающий размер алмазов не превышает 100 мкм., поэтому они могут использоваться в качестве абразивного материала. В настоящее время месторождения этого типа не разрабатываются.

Месторождения алмазов этой генетической серии представлены разнообразными россыпями, которые сформировались в результате либо выветривания (обломочные месторождения), либо осадконакопления (механические осадки) и представляют собой вторичные концентрации алмазов. Эксплуатация россыпей алмазов технически и экономически более выгодна по сравнению с эксплуатацией коренных месторождений. Она осуществляется в основном открытым способом. Во многих россыпях концентрации алмазов превышают десятки каратов на 1 м3 рыхлой породы.

Обломочные месторождения кор выветривания образуются при выветриванли алмазоносных кимберлитовых трубок, алмазоносных песчаников и конгломератов (древние ископаемые россыпи), вскрытых эрозией. Они сложены рыхлыми продуктами химического и физического выветривания алмазоносных пород, в которых повышается концентрация алмазов и облегчаются условия их извлечения.

Наиболее продуктивная кора выветривания возникает в самых верхних горизонтах кимберлитовых трубок во влажном и теплом климате. Она выделяется под названием «желтая земля» и представляет собой глиноподобную массу желтого цвета, состоящую из карбонатов, опала, барита и глинистых минералов. Алмазы в ней находятся в «свободном» состоянии и извлекаются промывкой. Мощность «желтой земли» достигает десятков метров. В арктическом климате элювий кимберлитов сформирован дресвой и мелкой щебенкой, распространяющейся на глубину 3—5 м.

Аллювиальные россыпи являются наиболее распространенными и важными в промышленном отношении среди экзогенных месторождений алмазов. Они приурочены к речным отложениям и в возрастном отношении подразделяются на древние и современные (молодые).

Древние россыпи не эксплуатируются, за исключением докембрийских конгломератов в Индии и ЮАР — Витватерсранд (в последнем случае алмазы извлекаются попутно при добыче золота). Первичный источник алмазов — денудированные кимберлиты. Древние россыпи являются важным источником алмазов современных элювиально-делювиальных россыпей.

Современные россыпи подразделяют на долинные, террасовые, пойменные и русловые Долинным россыпям свойственна концентрация алмазов в грубозернистых отложениях.

Прибрежно-морские россыпи алмазов образуются на пологих океанических берегах при выносе алмазов реками из глубин континента и разносе вдоль побережья. Наиболее промышленно значимые россыпи этого типа находятся в Намибии и ЮАР. Содержание алмазов в них достигает 100 и более карат на кубометр породы, причем практически все они (90 -95%) ювелирных сортов, Экономическая ценность месторождений такого типа велика, так как разработка их достаточно дёшева.

Рис. 2 — Распределение мировой добычи алмазов по массе и стоимости в 2004 г.

Мировая добыча алмазов постоянно растёт: в 1970 г. она составила 33,5 млн.карат, в 2000 г. — 136 млн. карат стоимостью в 7,8 млрд. дол., а в 2004 г.- достигла 160 млн.кар. суммарной стоимостью 10,9 млрд дол.; повышается доля более качественных и дорогих алмазов. Большая часть алмазов добывается на Африканском континенте (Рис2).

Россия занимает первое место в мире по запасам и добыче алмазов. В 2008 году в России добыто 36,9 млн. кар. стоимостью 2,2 млрд.дол. Сырьевая база России сосредоточена в 3 алмазоносных провинциях: Республике Саха (Якутия), Архангельская область, Пермский край. На долю коренных месторождений приходится 95 % разведанных запасов.

Литература: [3] с.349-358; [2] с.26-42; [1] с.195-211; [4] с.178-192; [16,23].

Лекция 3.(2 часа). Ювелирные и поделочные камни

Общие сведения, свойства, классификация, генетические типы месторождений, краткая характеристика камней первого порядка, ресурсы.

К ювелирным и поделочным камням (камнесамоцветное сырье) относятся минералы и горные породы, которые обладают рядом свойств, определяющих эстетическую ценность изготовляемых из них изделий. Наиболее важные из этих свойств: цвет, прозрачность, яркий блеск, высокое лучепреломление и светорассеяние, иризация, опалесценция, химическая устойчивость, большая твердость. У различных драгоценных камней, как правило, наиболее интенсивно проявлен какой-либо один из перечисленных признаков. Например, обычно бесцветный алмаз отличается очень высокой дисперсией, а рубин и сапфир, наоборот, характеризуются низким коэффициентом дисперсии, но великолепно окрашены. Некоторые яркоокрашенные ювелирные камни полупрозрачны (благородный жадеит, хризопраз) или даже непрозрачны (бирюза).

Для максимального выявления всех достоинств драгоценных камней им придают правильную многогранную или сфероидальную форму с полированной поверхностью. В настоящее время применяются три основных типа огранки: бриллиантовая, ступенчатая и кабошоном, а также всевозможные смешанные формы. Бриллиантовая огранка придаёт прозрачному камню совершенный блеск и световую игру. Драгоценным и поделочным камням принадлежит выдающаяся роль в истории мировой культуры. Академик А.Е. Ферсман писал: « Среди изменчивых и умирающих форм живой природы вечными и незыблимыми остаются художественные произведения, выполненные в камне. Для изобразительного искусства он основной, незаменимый и вечный материал, в котором воплощались вековечные достижения человеческого вдохновения».

В зависимости от сочетания физических свойств, определяющих эстетический облик минералов, частоты их встречаемости и, соответственно, стоимости ювелирные и поделочные камни подразделяются на ряд групп по классификации Е.Я. Киевленко.

Ювелирные (драгоценные) камни:

1 порядок. Алмаз, изумруд, синий сапфир, рубин, александрит.

2 порядок. Благородный жадеит, оранжевый, желтый, фиолетовый и зеленый сапфир, благородный черный опал.

3 порядок. Демантоид, благородная шпинель, благородный белый и огненный опал, аквамарин, топаз, родонит, лунный камень, красный турмалин.

4 порядок. Синий, зеленый, розовый и полихромный турмалин, благородный сподумен, циркон, берилл, бирюза, хризолит, хромдиопсид, аметист, хризопраз, пироп, альмандин, цитрин.

1 порядок.Раухтопаз, гематит-кровавик, янтарь, горный хрусталь, жадеит, нефрит, лазурит, малахит, чароит, авантюрин.

2 порядок. Агат, цветной халцедон, кахолонг, амазонит, родонит, гелиотроп, розовый кварц, иризирующий обсидиан, обыкновенный опал., лабрадор, беломорит и другие непрозрачные иризирующие полевые шпаты.

Поделочные камни: Яшмы, письменный гранит, окаменелое дерево, мраморный оникс, лиственит, обсидиан, гагат, джеспилит, селенит, флюорит, авантюриновый кварцит, агальматолит, цветной мрамор, серпентинит и др.

Ювелирные (драгоценные) камни используются для изготовления дорогих украшений и предметов роскоши. Это главным образом редкие, эффектные, преимущественно прозрачные кристаллы. Их отличают три главных достоинства: красота, долговечность, редкость. Сюда следует добавить также особое экономическое свойство этих камней — их высокую стоимость, сосредоточенную в небольшом физическом объеме. Поэтому наряду с благородными металлами они служат валютным эквивалентом государственного достояния, а наиболее совершенные и крупные из них являются национальными сокровищами. Как правило, ювелирные камни подвергаются самой разнообразной огранке; единицей их измерения является карат (0,2 г),

Ювелирно-поделочные камни по своим стоимостным характеристикам значительно уступают ювелирным. Ювелирно-поделочные камни в виде плоских вставок и кабошонов применяются в массовых ювелирно-галантерейных изделиях, а также представляют собой великолепный материал для камнерезных поделок. Оправлены они обычно серебром или простыми металлами, имитирующими драгоценные. Лучшие образцы камней этой группы, например, малахита, лазурита и янтаря, вполне сопоставимы с драгоценными камнями четвертого порядка. Большое значение имеют художественные достоинства изделий и мода на них. Масса ювелирно-поделочных камней измеряется в граммах и килограммах.

Поделочные камни отличают яркие окраски и всевозможные рисунчатые текстуры, они являются сырьем для изготовления разнообразных художественных предметов и сувениров. Некоторые из них иногда используются как декоративно-облицовочное сырье, а твердые с мелким рисунком — в ювелирно-галантерейном производстве. Масса поделочных камней измеряется в килограммах и тоннах.

Многие ювелирные и поделочные камни благодаря своим особым свойствам (высокая твердость и абразивность, однородность, вязкость и прозрачность) применяются не только в ювелирном деле, но и в различных отраслях промышленности.

Генетические типы промышленных месторождений

Магматогенные: алмаз, рубин, сапфир, хризолит, циркон (Якутия — Россия, ЮАР, Индия, Шри-Ланка, Бразилия, Тайланд);

Пегматитовые:, аквамарин, александрит, топаз, турмалин, горный хрусталь, морион и раухтопаз, флюарит, аметист, письменный гранит, амазонит, солнечный и лунный камень (Бразилия, Казахстан, Украина, Забайкалье — Россия);

Контактово-метасоматические: изумруд (Урал), рубин (Ю-В Азия), хризолит, благородная шпинель, александрит, гранат (Таджикистан);

Высокотемпературные пневматолито-гидротермальные: аквамарин, топаз, дымчатый кварц, турмалин (Забайкалье и Казахстан);

Гидротермальные средне-низкотемпературные: изумруд (Колумбия), горный хрусталь, аметист, розовый кварц, агат (Урал, Кольский полуостров, Армения и др.);

Метаморфогенные: рубин, сапфир, благородная шпинель, альмандин, лазурит, нефрит, жадеит, яшмы, родонит (Урал, Алтай);

Месторождения кор выветривания и зон окисления: опал, бирюза (Афганистан, Иран, Армения,); зона окисления меднорудных месторождений — малахит и азурит (Урал, Заир);

Биохимические месторождения: жемчуг, перламутр, кораллы, гагат, янтарь.

Россыпные месторождения — образующиеся при разрушении коренных месторождений: алмаз, изумруд, рубин, сапфир, шпинель, гранат, корунд, нефрит, агат, циркон и др. Крупнейшие россыпные месторождения рубинов и сапфиров находятся в Индии (Кашмир) и Ю-В Азии (Тайланд, Камбоджа, Бирма).

В настоящее время налажено массовое производство синтетических аналогов многих природных ювелирных камней, полностью идентичным им по физическим и химическим свойствам (алмаз, рубин, сапфир, изумруд, цветные разновидности кварца, шпинель, александрит, бирюза и др.). Стоимость синтетических камней обычно в десятки, а иногда в сотни раз меньше природных. Кроме того существуют имитации драгоценных камней, изготавливаемые из свинцового стекла — страза. Внешне они похожи на природные камни, но отличаются от них по составу и основным физическим свойствам.

Краткая характеристика ювелирных камней первого порядка.

Благородный корунд (рубин и сапфир), отличающийся высокой твёрдостью (9 по шкале Мооса) и абразивностью, а также значительной гаммой цветов и оттенков, Рубином принято называть прозрачные корунды от светло-красного до густо-малинового цвета. К сапфирам относятся не только традиционные голубые или синие разновидности благородного корунда, но и зелёные, желтые, фиолетовые, бесцветные, за исключением красных. Химически чистый корунд бесцветен. Красная окраска рубинов обусловлены наличием примеси хрома, а сапфира — примесями титана, железа, марганца, меди, ванадия и др. Известны камни с проявлением астеризма в виде 6-лучевой звезды или эффекта «кошачьего глаза», обусловленных закономерно ориентированными включениями иголочек рутила или трубчатыми пустотами.

Главным промышленным типом месторождений благородного корунда являются элювиально-делювиальные и аллювиальные (террасовые и долинные) россыпи, широко представленные в Бирме, Австралии, Индии, Шри-Ланке, Таиланде, Камбодже и др. Коренные источники этих россыпей генетически разнообразны, представляя вкрапленность кристаллов сапфира или рубина в базальтах (Австралия, Камбоджа, Таиланд), щелочных лампрофирах, силикатных флогопит-скаполит-плагиоклазовых скарнах (Шри-Ланка, Бирма), слюдитовых грейзенах (Танзания и др.), сиенитовых и миаскитовых пегматитах (Россия, Канада, Шри-Ланка, Бирма), кристаллических сланцах и гнейсах.

Кроме того, выделяются в качестве геолого-промышленных типов: жилообразные, гнездовые скопления рубина в магнезиальных скарнах среди доломитовых мраморов гнейсовых толщ, интрудированных гранитоидами (месторождения Могокского района Бирмы, Афганистана и Таиланда); жилы и линзы гранитных пегматитов с крупными кристаллами сапфира и рубина в контактовой с доломитами и мраморами зоне (Индия).

Всемирно известный Могокский рубиноносный район в Бирме является источником самого высокосортного карминово-красного рубина цвета «голубиной крови».

Шри-Ланка является единственным поставщиком на мировой рынок наиболее ценных голубых звёзчатых сапфиров, которые котируются наравне с небесно-синими кашмирскими сапфирами (Индия). Их добыча производится из многочисленных аллювиальных россыпей. Вместе с сапфиром они содержат шпинель, циркон, цветной турмалин, топаз, гранат, аквамарин, александрит и др. Здесь в 1981 г. был нйден крупнейший в мире кристалл сапфира голубого цвета массой 6033,4 г и размерами 28х18 см.

Кристаллы берилла отличаются призматическим габитусом, стеклянным, чуть жирноватым блеском, прозрачностью, высокой твёрдостью (7,5-8).Окраска берилла весьма разнообразна: травяно-зелёный изумруд, голубой, иногда с зеленоватым оттенком аквамарин, розовый воробьевит, золотисто-желтый гелиодор, землянично-красный биксбит, сапфирово-синий аквамарин-максис и др.

Главнейшие типы промышленных месторождений берилла следующие:

1. Жильные и линзообразные пегматиты в базитах, ультрабазитах и биотитовых сланцах с кристаллами аквамарина, гелиодора и воробьевита (Бразилия, Норвегия и др.).

2. Жилы и жильные зоны флогопитовых слюдитов с вкрапленностью изумрудов среди ультрабазитов, прорванных гранитоидами. Совместно с изумрудами нередки александрит, берилл, турмалин, флюорит. Примером данного типа месторождений являются в нашей стране группа месторождений Урала, объединенных под общим названием «Изумрудные Копи Урала (Малышевское, Черемшанское и др.) Рудные зоны месторождений приурочены к телам ультраосновных пород и располагаются вблизи их контакта с гранитами и диоритами. Они представлены сюдитовыми жилами сложной формы, сложенными флогопитом (Рис 3). В них и содержится основная масса изумрудов. Месторождения такого типа имеются также в Зимбабве, ЮАР, Индии, Пакистане, Австрии.

3. Кальцитовые и доломит-кальцитовые прожилки, жилы и штокверки с вкрапленностью кристаллов изумруда в черных глинистых сланцах и углистых известняках.

Призматические кристаллы изумруда ассоциируют с кальцитом, кварцем, альбитом и баритом, образуя скопления в полостях. Представителями данного типа являются знаменитые телетермальные месторождения Колумбии, которой принадлежит большая часть мировой добычи изумрудов.

В настоящее время в Колумбии известно около 180 месторождений изумруда, основная добыча приходится на месторождение Музо.

Средняя длина кристаллов изумрудов из месторождений Колумбии составляет 2-3см, иногда достигая 10-15см.

Форма кристаллов — шестигранная приз ма, преобладает светло-зелёный цвет, густоокрашенные камни встречаются реже. К этому же типу принадлежит ряд месторождений Бразилии и Афганистана.

4. Аллювиальные россыпи с окатанной галькой ювелирного зелёного берилла, аквамарина и гелиодора являются существенным источником промышленной добычи в Бразилии, Зимбабве,.Австралии, Мадагаскаре и Шри-Ланке.

Александрит — разновидность хризоберилла изумрудно-зелёного цвета при дневном освещении и фиолетово-красного при электрическом. Кристаллы призматической формы, блеск стеклянный, твёрдость 8,5.

Основная масса александритов добывается совместно с турмалином, гранатом, топазом из аллювиальных россыпей Бразилии, Шри-Ланки и Мадагаскара, где коренными источниками александрита являются бериллоносные пегматиты. Кроме того александрит встречается в изумрудоносных флогопитовых слюдитах (Изумрудные Копи Урала, месторождения Зимбабве, ЮАР, Индии и Пакистана.

Мир ювелирных и поделочных камней настолько обширен и разнообразен, что подробное рассмотрение их в рамках данного курса не представляется возможным. Этим занимается специальная наука — ГЕММОЛОГИЯ.

Литература: [2] с.12-26; [3] с.393-396; [1] с.211-233; [4] с.248-267;205-228; [24, 9,10]

Лекция 4. (2 часа). Пьезооптический кварц и исландский шпат

Свойства и области применения, генетические типы промышленных месторождений и их расположение.

Пьезокварц и оптический кварц (SiO2).

Кварц является одним из наиболее распространённых в земной коре минералов. Известны четыре модификации кварца. Кристаллы в- кварца тригональной сингонии, обладают высокой твёрдостью (7 по шкале Мооса) и прочностью на разрыв и на сжатие, прозрачностью, в т.ч. в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра. Плотность 2,65 г/см3, термостоек, пьезоэлектрик. При + 5730 переходит в гексагональную б — модификацию кварца, устойчивую до 870 С. Имеет высокую температуру плавления (17100С). Химически стоек и растворяется только в плавиковой кислоте. Кристаллы часто сдвойникованы. Различают правые и левые формы кристаллов кварца, которые обусловлены отсутствием плоскостей и центра симметрии. При прохождении через его пластинку вдоль оптическойоси поляризованного луча происходит поворот плоскости поляризации на определённый угол, причём правый кристалл вращает плоскость поляризации вправо, левый — влево.

Сущность пьезоэлектрического эффекта кристаллов кварца заключается в том, что при сжатии или растяжении пластинки, выпиленной параллельно двойной оси, на ее концах возникают электрические заряды разного знака, а при воздействии электрического тока она начинает упруго колебаться. Это явление резонанса между механическими колебаниями пластинки и колебаниями переменного тока лежит в основе применения кварца в радиотехнике. В качестве пьезокварца применяются бесцветный горный хрусталь и окрашенные разности — лимонно-жёлтый цитрин, дымчатый раухтопаз и смоляно-чёрный морион, фиолетовый аметист.

источник