25436 (Техногенная россыпь Андрее-Юльевского участка)

Техногенная россыпь Андрее-Юльевского участка

Введение

Объектом дипломной работы является кианит техногенных россыпей Андрее-Юльевского участка, расположенного на территории Пластовского муниципального района Челябинской области в 18 км юго-западнее г. Пласт и в 6 км юго-восточнее п. Борисовка, на котором проходила производственная практика, под руководством начальника отряда Савичева А. Н. На лицензионном участке проводилось исследование техногенных россыпей, с целью оценки перспектив добычи и переработки кианита.

В реализации проекта принимали участие следующие организации: 1. ООО «Мингрупсил» - организация, финансирование и проведение геологоразведочных работ; 2. ОАО «Челябинскгеосъемка» - геофизические и топографо-геодезические работы; 3. Институт геологии и геохимии УрО РАН - проведение фазовых и химических анализов.

В задачи практики входило: 1. Знакомство с объектом по литературным данным; 2. Ведение геологических маршрутов, документация; 3. Вынесение точек наблюдения на топографическую основу; 4. Применение методик отбора и подготовки проб для различных видов анализа; 5. Минералогический полуколичественный сокращенный анализ; 6. Сбор материала для написания дипломной работы.

Целью дипломной работы является характеристика кианита Андрее Юльевсого участка.

Задачи работы: изучение состава, формы и анатомического строения кианита техногенных россыпей Андрее-Юльевского участка.

Материал для исследований собран во время преддипломной практики и дополнен руководителем дипломной работы Поповым В. А.

В настоящее время поставлена задача доизучения техногенных россыпей кианита с целью выработки технологии обогащения и получения разных промышленных сортов кианитовых руд. Для прогноза выхода разных сортов руд необходимо знать качества обогащаемого кианита, на что и нацелена дипломная работа.

Для реализации поставленных задач дипломной работы были исследованы пластинки кианита с помощью рентгеноспектрального микроанализа, изучена анатомия, выявлены зональность и секториальность, а также вычерчен монокристалл кианита с головкой гониометрическим методом, детально описаны различные по свойствам кианиты и разделены на типы, сделаны выводы о генезисе минерала в техногенных россыпях Андрее-Юльевского участка.

Глава 1. Минералы группы силлиманита

К группе силлиманита относятся следующие минералы: силлиманит, андалузит и кианит (дистен), которые совершенно тождественны по валовому химическому составу и представляют полиморфные разности соединения Al2SiO5 (Al2O3 = 62,9, SiO2 = 37,1 мас.%). Они отличаются друг от друга кристаллической структурой.

Силлиманит был впервые описан, согласно Дена, в 1792 г. В 1796 г. впервые найден и описан кианит (Игумнов, Кожевников, 1935).

Силлиманит (Al2SiO5) содержит 62,9% Al2O3 и 37,1% SiO2, имеет ромбическую сингонию, призматического или игольчатого (фибролит) облика, белого, серого, бурого или зеленоватого цвета, обладает совершенной спайностью по (010), твердостью 6-7, удельный вес 3,23-3,24 г/см3. Показатели преломления: Np = 1,659; Ng= 1,680; Nm = 1,660.

Андалузит имеет аналогичный силлиманиту состав и формулу, ромбическую сингонию, образует столбчатые кристаллы, имеющие совершенную спайность по (100), хорошую спайность по (110), твердость 5-7, удельный вес 3,12-3,29 г/см3. Показатели преломления Np = 1,632; Ng = 1,643; Nm = 1,638. Цвет кристаллов в оторочках кварцевых жил – фиолетово-коричневый, в породах серый, бурый. Кианит имеет аналогичный силлиманиту состав и формулу, но триклинной сингонии, представлен призматическими, пластинчатыми, реже игольчатыми кристаллами, имеющими совершенную спайность по (100) и (110), по (001) развита отдельность. Показатели преломления: Np = 1,712; Ng = 1,728; Nm = 1,720. Цвет кристаллов серый, синий, зеленоватый. Твердость в различных направлениях неодинакова, что весьма характерно для кианита: на грани (100) параллельно удлинению кристалла — 4-4,5, в поперечном направлении 6; на гранях (010) и (110) — 7. Хрупок (Минералы…, 1972).

Минералы группы силлиманита (МГС) характеризуются высоким содержанием Al2O3 и обладают следующим важным свойством: при обжиге (при температуре выше 1300 єС) они разлагаются с образованием муллита и кварцевого стекла (кристобаллита). Благодаря этому важному свойству (образование муллита) эти минералы уже с двадцатых годов приобрели значение полезных ископаемых и стали применяться в огнеупорной промышленности.

Муллит (преимущественно продукт обжига) имеет формулу 3Al2O3 * 2SiO2 и состав 71,8% Al2O3, 28,2% SiO2, ромбическую сингонию, призматические или игольчатые, спутано-волокнистые кристаллы, агрегаты, похожие на силлиманит. Уд.вес. 3,15, показатели преломления Np = 1,642; Ng = 1,654 (Игумнов, Кожевников, 1935).

Электротермическим методом из кианита получают кремне алюминиевый сплав - силумин, широко используемый в автомобиле- и самолетостроении. Силумин - это сплав кремния и алюминия, имеющий низкую плотность (2,4-2,7 г/см3), высокую удельную прочность при нормальной температуре и хорошие литейные свойства. Силумин производят сплавлением кристаллического кремния и алюминия в электрических или плазменных печах.

1.1 Применение

Минералы группы силлиманита (андалузит, силлиманит, кианит) характеризуются высокой температурой плавления, не размягчаются при нагревании, кислотоустойчивые, обладают хорошими огнеупорными свойствами. За рубежом на их основе создаются высокоглиноземистые огнеупоры, силумин, алюминий, керамика, глазури, эмали, фарфор и др.

Большая механическая прочность муллита в связи с хорошей термической стойкостью послужили основанием для приготовления из него высококачественных огнеупорных изделий: автосвечей тиглей, пирометрических трубок и других электронагревательных приборов, брусков для стекловаренных печей, специальных сортов фарфора и др.

Заводы России, США, Западной Европы и Японии используют высокоглиноземистые огнеупоры в конверторном, электродуговом производствах и на линиях непрерывной разливке стали. Из них готовят шиберные затворы разливочных ковшей, футеруются сами ковши, погруженные стаканы. Обожженный кианитовый концентрат является превосходным сырьем для получения неформованных масс: набивных, наливных, защитных обмазок, покрытий, мертелей и др. Особое место занимает высокоогнеупорное пористая керамика: разнообразные теплоизоляторы, которыми футеруются топки котлов на танкерах, воздуховоды горячего дутья в доменных печах, промежуточный слой стекловаренных печей и др. Композиционные материалы с использованием высокоглиноземистых соединений нашли применения и в системе тепловой защиты космических кораблей «Шатл» и «Гермес».

Минералы группы силлиманита (МГС) совместно с техническим глиноземом применяются в настоящее время для изготовления керамических изделий специального назначения: электроизоляционный фарфор (аппаратные и высоковольтные изоляторы, свечи зажигания автомобилей, запальные свечи авиамоторов), герметизированные конструкции, низко- и высоковольтные конденсаторы, медицинская и кислотоупорная химическая посуда.

Обожженный и плавленный кианит вместе с бадделеитом используется для замены порошков электрокорунда в технологии изготовления оболочковых форм для точного литья ответственных деталей газотурбинных двигателей (лопатки, турбины, кронштейны и др.). Эти материалы применяются при литье деталей с направленным вращательным моментом для авиационной промышленности.

Из нитевидных кристаллов муллита получают конструкционные материалы. Последний компануется с фарфором, керамикой, металлами, стеклом, пластиком, эпоксидными смолами и др., что ведет к удлинению срока службы изделий, увеличиваются их механическая прочность, термическая и химическая стойкость. Нитридные огнеупоры (Si3N4, AlN, BN), армированные муллитом, отличаются повышенным сопротивлением термоудару. Фторопласт в смеси с его кристаллами является самосмазывающимся антифрикционным материалом. Добавляется он в жаропрочные бетоны и цементы (Лепезин, 2003).

Кианит - ценное минеральное сырье для производства электроизоляционных материалов, устойчивых при высоких температурах и при воздействии всех кислот, включая фосфористую.

В отчете А. Н. Игумнова, К. Е. Кожевникова "Уральские месторождения дистена (кианита)" (1935) сказано, что полученные из кианитового полуконцентрата (Al2O3=45-50%) кирпичи проходили испытания на металлургических заводах и при проверке на шлакоразъедаемость не обнаружили изменений.

Ограненный кианит используется в ювелирном деле. Гранят прозрачные камни хорошего качества в ступенчатой или бриллиантовой форме.

Глава 2. Краткий обзор месторождений кианита

Прозрачные кианиты ювелирного качества очень редки. Наиболее известны ювелирные кианиты Индии (Кашмир, Пенджаб). Ювелирный кианит встречается также в Бирме, Бразилии, Кении, Швейцарии и США (в штатах Монтана, Каролина, Виргиния, Вермонт, Коннектикут, Массачусетс).

Рис. 1. Призматические кристаллы кианита Морбиан (Франция). Огромные кристаллы

На весь мир знамениты голубые полупрозрачные кристаллы в ассоциации с парагонитом (светлая слюда) и ставролитом, происходящие из Пиццо-Форно в кантоне Тичино (Швейцария) (рис. 1).

Красивые экземпляры обнаружены в Тироле (Австрия) и департаменте из знаменитого месторождения Пиццо-Форно (до 30 см в длину) лазурной окраски, но (кантон Тичино, Швейцария) непрозрачные, выявлены в штате Минас - mineral-kianit.htm) Жерайс (Бразилия). Зеленые кианиты открыты в Мачакос (Кения).

В западных странах разведанные запасы руд, содержащих минералы группы силлиманита, составляют 450 млн. тонн, применяются для изготовления высокопрочных огнеупорных и кислотоустойчивых материалов, а также для производства алюминиево-кремниевых сплавов типа силуминов. Способ разработки месторождений – открытый, при содержании в рудах кианита (андалузита, силлиманита) – 10% и запасах сырья в один миллион тонн. Производители концентратов: ЮАР, США, Индия, Франция, Бразилия, Швеция, Испания. Суммарный объем получаемой ими продукции составляет 700-750 тыс. тонн в год.

Объемы потребления в мире по отраслям промышленности: 80-85% - огнеупоры; 10-15% - керамика; 5-10% - все остальное.

Наиболее крупные месторождения кианита в России расположены в Карелии (Кейвы), на Южном Урале (Борисовское), в Восточной Сибири. Красивые васильково-синие, небесно-голубые и фиолетовые ограночные кианиты добывали на Урале. Прозрачные красиво окрашенные образцы, пригодные для огранки, встречаются в Архангельской области. В пределах Светлинского рудного поля на Водораздельном, Хрустальном, Косаревском-П участках, на Борисовских сопках кианит развит в виде достаточно крупных (до 10 см) полупрозрачных кристаллов синего цвета, которые представляют интерес в качестве коллекционного сырья (http://www.mineral-land.com/Stones/StoneKyanite.html).

В России концентраты минералов группы силлиманита (МГС) не получают, хотя потребности в них только в огнеупорной отрасли измеряются сотнями тысяч тонн в год, а разведанные запасы руд превышают 3 млрд. тонн (Коротеев, 2009).

Рис. 2. Кианит в кварце. Карелия Карелия). Разведанные запасы кианита (м-е Хизовара) 25 млн. тонн

По данным Лепезина:

1. Кейвская группа месторождений (Новая Шуурурта, Тяпш-Манюк, Червурта и др.), Кольский полуостров. Балансовые запасы кианитовых руд - 2.4 млрд. тонн, прогнозные ресурсы – 10 млрд. тонн.

2. Месторождение Хизовара (республика

3. Рудопроявления Витимо-Патомского нагорья (Сан-Пуричи, Ченги-Сиена, Комсомольское, Согринское, Алексеевское и др.), Забайкалье. Ресурсы кианита - 1.5 млрд. тонн. Рудопроявления находятся в зоне БАМ.

4. Рудопроявления Заангарской части Енисейского кряжа (Панимбинское, Тейское, Куюмбинское, Верхне-Енашинское и др.), Красноярский край. Прогнозные ресурсы руд, содержащих МГС превышают 500 млн. тонн.

5. Базыбайское месторождение (Красноярский край). Прогнозные ресурсы силлиманитовых руд по категории Р2 – 283.2 млн. т., по категории Р3 129.2 млн. т.

6. Тымбинское месторождение (Читинская область). Разведанные запасы руд, содержащих андалузит и силлиманит, по категории С2 равны 423.6 млн. тонн.

7. Кяхтинское месторождение (республика Бурятия) включает 20 рудопроявлений силлиманита. Запасы руд по категориям А2, В и С1 составляют 4.1 млн. тонн (силлиманита 916 тыс. тонн).

8. Китойское месторождение (Иркутская область), запасы силлиманитовых руд по категории С2 — 150 млн. тонн.