Трансформация алюмосиликатных минералов в киммерийских керченских железных рудах

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Трансформация алюмосиликатных минералов в киммерийских керченских железных рудах

19.08.2020

Осадочные железные руды Керченских месторождении представлены двумя основными генетическими разновидностями: первичной табачной и вторичной коричневой. Зона существования табачных руд - окислительно-восстановительная - находится ниже уровня грунтовых вод, зона распределения коричневых руд располагается выше границы грунтовых вод. Преобразование табачных руд в коричневые доказывается однотипностью флоры и фауны, наличием оолитовой структуры, идентичностью терригенных акцессорных минералов.

Породообразующий алюмосиликатный минерал первичной табачной руды определялся С.П. Поповым как феррисиликат хлоритового типа, шамозит, "неустойчивая" минерал без постоянного химического состава - М.И. Кантором сидерит и шамозит - Н.Е. Ефремовым; лептохлорит - В.Ф. Малаховским; железистый хлорит - А.У. Литвиненко; гидрохлорит - Г.С. Лебедевым; гидроферрихлорит - Ю.Ю. Юрк и др.

Основный породообразующим алюмосиликатом вторичных руд является: по П.Т. Данильченко, бейделит; по В.Ф. Малаховскому. Р.С. Лебедеву, нонтронит; по А.У. Литвиненко, монтмориллонит с примесью гидрослюды; по данным Ю.Ю. Юрк и др. - ферри-монтмориллонит в смеси с гидрослюдой.

Минералогическая сущность процесса превращения первичной руды во вторичную в монографии Ю.Ю. Юрк и др. представлена следующей схемой:
Трансформация алюмосиликатных минералов в киммерийских керченских железных рудах

Проведенный анализ работ свидетельствует об отсутствии четкости в определении природы основных породообразующих минералов как в первичных, так и во вторичных выветрелых рудах. Поставленная в настоящей работе задача - изучение процессов в зоне гипергенеза - потребовала прежде всего четкого определения состава руд в различных зонах выветривания. Результаты рентгендифрактометрических, электронно-микроскопических и других исследований позволили на основании изменения состава и свойств цемента и оолитов установить стадийность превращений первичных породообразующих алюмосиликатов в процессе выветривания их. В первичных табачных рудах фиксируются следующие минералогические фазы: гидрогетит, гетит, хлориты: 14A и 7А - шамозит, гидрослюда.

На рис. 1 приведены рентгендифрактографические кривые дисперсного цемента свежей табачной руды обр. 2 (Eh = 40 мВ). Хлорит устанавливается по присутствии рефлекса 14,3A и отражения интегральной последовательности его: 7,14; 4,44; 3,53; 2,26A и др. После двухчасового прокаливания при температуре 550°С первый базальный рефлекс не исчезает, а только сокращается до 13,7A м уменьшается его интенсивность. Сольватация воздушно-сухого порошка руды глицерином не изменяет межплоскостного расстояния первого рефлекса. 14А - хлоритовый минерал, как самостоятельная фаза, в рудах Керченских месторождений присутствует и четко диагностируется только в самых свежих табачных рудах. 7А хлориты-шамозиты, по Д. Мило псевдохлориты в отличие от 14A - хлоритов истинных определяется по 7А рефлексу, который в отличие от 7А - каолинита исчезает после кислотной обработки. Шамозит, преобладавший алюмосиликат первичных руд, является диагенетическим новообразованием, которое возникает при силикатизации полуторных окислов железа вместе с алюминием и магнием, поступавших в бассейн в процессе осадкообразования. Рефлексы 10,1; 5,01; 3,38А и другие принадлежат гидрослюде. После обработки порошков дисперсных фракция спиртовым раствором HCL или реактивом Тамма, при которой гидроокислы железа переходят в растворимое состояние, рефлексы гидрослюда становятся более интенсивными. Исходя из - 1,501+1,503А гидрослюда относится к диактоадрической.

Частичное выветривание табачной руды приводит к изменение вещественного состава.

Наряду с гидрогетитом, гетитом, хлоритом и гидрослюдой, появляется смешанослойные образования состава хлорит-монтмориллонит и, возможно, хлорит-гидрослюда - монтмориллонит. На дифрактограмме воздушно-сухого препарата фракции менее 1 мк оолитов табачной руды обр. 186 (Eh = 240 мВ), малоугловая область характеризуется широким рефлексом с четко обозначенными вершинами: 11,5; 10.4; 8,9А с центром тяжести в 10,4А (рис. 2). После обработки фракции менее 1 мк реактивом Тамма на дифрактометрической кривой проявляется четкие рефлексы 14,7А и 10,3А.

Насыщение остатка глицерином вызывает смещение первого рефлекса до 15,6А; рефлекс 10,3А сохраняется.

Прокаливание необработанного образца в течение двух часов при температуре 600°С вызывает сокращение первого базального рефлекса до 11,0А.

Полученные рентгенометрические данные свидетельствует о существовании в смешанослойных образованиях хлоритового, мантиориллонитового и гидрослюдистого компонентов.

Наличие в образцах разбухающего компонента, принадлежащего смешанослойным образованиям, подтверждается увеличением базального рефлекса при сольватации глицерином до 15,6А, отсутствием целочисленной серии рефлексов, кратных базальному рефлексу. Сокращение базального рефлекса монтмориллонитового компонента после двухчасового прокаливания при температуре 550°С не до 10 (9,8)А, а до величины, превышавшей 10А, свидетельствует о присутствии в исследуемом смеванослойном образовании 14А - хлорита.

Существование трехкомпонентных смешанослойных минералов такого состава отмечается в работах Ч. Уивера, Е. Джонаса и Т. Ерауна, М. Острома, А.Г. Коссовской, В.Д. Шутова, В.А. Александровой и др. С учетом рентгенографических данных в смешанослойном образовании преобладает гидрослюда.

Увеличение степени выветрелости сопровождается возрастанием значения разбухающего и уменьшением количества хлоритового компонентов в составе смешанослойных образований. На дифрактограмме воздушно-сухого образца фракции менее I мк цемента руды (обр. 105), переходной между табачной и коричневой разновидностями (Eh = 425 мВ) основной базальный рефлекс 15,5А после насыщения ориентированного препарата глицерином смещается до 18,3А (рис. З). Слабый рефлекс 16,9А, имевшийся на дифрактограмме воздушно-сухого образца, после сольватации становится равным 22,3А. Присутствуют также рефлексы 13,9; 9,7; 9,0А. На дифрактометрической кривой воздушно-сухого препарата фракции менее 1 мк оолитов этой же руды первый базальный рефлекс имеет значение 16А. Прокаливание в течение двух часов при температуре 550°С вызывает сокращение первого базального рефлекса до 10,2А (рис. З).

В выветрелой коричневой руде в ассоциации с гидрогетитом, гетитом, гидрослюдой появляется сметанослойный минерал гидрослюда-монтмориллонит с неупорядоченно чередующимися монтмориллонитовыми и гидрослюдистыми слоями с явным преобладанием монтмориллонитового компонента и отсутствием признаков хлоритового компонента. Четко фиксируется присутствие каолинита.

В цементе коричневой руды обр. 55 (Eh = 580 мВ) на дифрактометрической кривой воздушно-сухого препарата фракции менее 1 мк (рис. 4) очень сильный первый базальный рефлекс. 13,6А при ориентировании частиц осаждением суспензии на предметное стеклышко становится равный 16,2А. Сольватация ориентированного препарата глицерином смещает первый базальный рефлекс до 21,4А. Прогревание исходного образца при температуре 350°С в течение двух часов вызывает сокращение первого рефлекса до 11,1А. Двухчасовое прокаливание при 550°С сокращает первый базальный рефлекс до 9,В Сокращение базального рефлекса смешанослойного образования до таких значений исключает наличие 14А - хлоритового компонента в руде.

В более выветрелых коричневых рудах преобладавшим алюмосиликатом является смеманослойное образование гидрослюда - монтмориллонит, в которой чередование гидрослюдистого и монтмориллонитового слоев имеет тенденцию к упорядоченности по смешаннослойным законам AAB, AB (А - гидрослюдистый, А - монтмориллонитовый компонент). Часть сообществ кристаллов содержит крупные блоки и является монтмориллонитом. Фазами выветрелой коричневой руды являются минералы железа: гидрогетит, гетит; гидрослода, смешанослойное образование гидрослюда - монтмориллонит, монтмориллонит, каолинит.

Обр. 81 отобран в верхней пачке рудного пласта (Eh = 630 мВ). На дифрактометрической кривой воздушно-сухого ориентированного препарата образца фракции менее 1 мн (рис. 5) присутствует рефлексы: первый 23,9А - средней силы, затем сильный с тремя вершинами 15,5; 15,4; 15,3А; средней силы 10,1А; слабый 8,85А; средней силы 7,09А и др. Насыщение глицерином ориентированного образца смешает первый базальный рефлекс до 33,1А;появляется сильный рефлекс 18,7А, слабый 10,6А; сильный 9,8А; рефлексы 7,17; 6,06А и другие остаются неизменными. Двухчасовое прокаливание образца при температуре 600°С привело к сокращение первого базального рефлекса до 9,7А и резкому уменьшению интенсивности его. Отнесение минерала группы монтмориллонита различными исследователями керченских руд, как было показано выше, к нонтрониту, бейделлиту, ферримонтмориллониту не подтверждается диагностическими признаками. Бейделлит, который по К.С. Россу и С.Б. Хендриксу, Б.Б. Звягину В.А. Франк-Каменецкому представляет собой крайний алюминиевый член монтиориллонитового ряда, по химическим и другим признакам не имеет ничего общего с присутствующими формами монтмориллонита и описанными смешанослойный трех- и двухкомпонентными образованиями, содержащими монтмориллонитовый компонент.

Нонтронит, как известно, характеризуется триоктаэдричностью. По d060 = 1,504 + 1,502 A который сохраняет свое значение и после температурных обработок, присутствующий монтмориллонитовый минерал относится к диактаэдрическому типу. Под электронным микроскопом совершенно не отмечаются характерные для нонтронита удлиненные щепковидные частицы.

Название минерала "ферримонтмориллонит" Д.Д. Котельников считает необоснованным, так как при электронно-микроскопических исследованиях видно, что железистость монтмориллонита в большей степени обусловлена адсорбцией тонкодисперсной гидроокиси железа, чем вхождение» железа в кристаллическую решетку монтмориллонита. Обработка дисперсных фракция цемента спиртовым раствором HCl, реактивом Тамма или дитионитом натрия, применяемые нами для растворения адсорбированной нa алюмосиликатных частицах гидроокиси железа, позволяет нaблюдать под электронным микроскопом, как исчезает с поверхности монтмориллонита точечные частицы гидроокиси железа и очищается минерал.

В керченских железных рудах фаза монтмориллонит устанавливается только в самых выветрелых слоях коричневой руды и не определяется в рудах первичных или слабовыветрелых.

Четкий рефлекс в области 7,13-7,15А, который становится более интенсивных после обработки фракции реактивом Tамма и спиртовым раствором HCl, но исчезает после прокаливания образцов при температуре 600°С, принадлежит каолинитовому минералу. Интенсивность рефлексов каолинита и частота попадания в поле электронного микроскопа самые большие в наиболее выветрелых коричневых рудах. С уменьшением степени выветрелости интенсивность рефлексов каолинита уменьшается.

Закономерности распространения и великолепная огранка каолинита под электронным микроскопом дают основания считать, что преобладавшая часть каолинита (если не весь) новообразована.

На электронных микрофотографиях тонких фракций наиболее выветрелых коричневых руд наблюдаются типичные удлиненные трубчатые индивида галлуазита с прямыми ровными контурами. Частица галлуазита располагается одиночно или образует скопления. По распространенно и морфологии галлуазит, как и каолинит, является новообразованием зоны гипергенеза.

Таким образом, в керченских рудах существует единый процесс трансформации минералов. Ступенчатость процессов трансформации выражается следующей схемой:

Гидрослюдисто-хлоритовый состав первичной руды свидетельствует о том, что наряду с процессом диагенетического формирования шамозитов, которые является продуктами раскристаллизации железо-алюмокремневых гелей, попадавших в морской водоем в процессе седиментации, происходит "аградация" терригенных глинистых минералов. Механизм накопления глинистых минералов и хемогенньх продуктов, как показано С.Г. Саркисьяном, Д.Д. Котельниковым, является процессом сложным, обусловливаемым климатом, геотектоническими особенностями осадно накопления, динамикой движения водных масс, геохимией бассейна и ее дифференциацией по площади, cпocoбностью глинистых минералов и хемогенных коллоидных частиц к агрегации и т.п. Фациальная зональность, характерная для керченских лагун - мульд, как отмечено Е.Ф. Шнековым, сочетается с наложением зон накопления обломочного материала на зону хемогенного осадконакопления.

И.Д. Зхус установлено, что механической дифференциации частиц менее 0,001 ми в бассейне седиментации не происходит и глинистые минералы могут подчиняться законам механической дифференциации лишь после агрегирования их. Считалось, что глинистые частицы, также как и тонкозернистый обломочный материал вместе о коллоидальными хемогенными продуктами, вовлекаются в диагенетическую переработку с образованием однородного железистого хлорита (гидроферрихлорита). Приведенные ниже данные свидетельствует о том, что прошедшая диагенетическая переработка образовала гетерогенную систему из железистого слабораскристаллизованного хлорита, свободных гидроокислов железа и гидрослюды.

А.Г. Коссовской показано, что при скоростях терригенного осадкрнакопления около IO см в тысячу лет и более мономинеральные осадки не образуйся. В условиях быстрого осадковакопления и короткого диагенеза, характерного для осадочных руд Азово-Черноморской провинции мономинеральной гомогенности осадок не приобрел, Участвующие в процессе седиментации слоистые силикаты при транспортировке их речными потоками с суши испытывают воздействия механического и химического характера. При этом, как установлено работами Ч. Уивера, Е.Г. Куковского, изменяется форма, размеры, химическая конституция поверхности кристаллов, их межслоевые пространства, упорядоченность структуры слон.

Переносимые речными потоками гидрослюдистые образования при массовой денудации на континенте согласно Ч. Уиверу частично выщелачиваются, образуя обедненную калием "деградированную" гидрослюду, содержащую в кристаллической решетке 10А - гидрослюдистый и 12,4-15,4А разбухавший монтмориллонитовый компонент. Такие "деградированные" гидрослюды в морской воде, поглодав калий, могут вновь переходить в неразбухающие 10А слои. Диагенетическое видоизменение как обратное сталийное развитие с превращением в гидрослюду или монтмориллонит каолинита показано в работах Н.М. Страхова, Е.Г. Куковского. Ж. Мило, монтмориллонита в гидрослюду - в исследованиях Ч. Уивера, Р.Е. Грима.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: