ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2007, № 5, с. 530-535
УДК 549.67 (470.13)
АНАЛЬЦИМСОДЕРЖАЩИЕ ПОРОДЫ СРЕДНЕГО ТИМАНА
© 2007 г. Д. А. Шушков, А. В. Носков
Институт геологии Коми научного центра УрО РАН 167982 Сыктывкар, ул. Первомайская, 54;
Поступила в редакцию 28.12.2005 г.
В работе изложены результаты исследования особенностей минерального состава, физико-химических и технологических свойств анальцимсодержащих пород Среднего Тимана. На основе изучения обогатимости этих пород предложена технологическая схема их обогащения. Показана возможность использования анальцимсодержащих пород Среднего Тимана в различных областях человеческой деятельности.
В мировой науке и практике цеолитам уделяют внимание не меньшее, чем золоту и алмазам. В настоящее время насчитывается более 90 видов природных цеолитов [Recommended..., 1997; Пе-ков и др., 2004]. Их разнообразные свойства (адсорбционные, ионообменные, каталитические, молекулярно-ситовые) являются основой для использования в различных областях промышленности, сельского хозяйства, в медицине, строительстве, при решении экологических проблем. В Республике Коми представления о цеолитах как минеральном сырье и перспективах его использования базируется на результатах отдельных исследований. Ресурсная стратегия Республики Коми направлена на формирование собственной базы цеолитового сырья, которая позволит выйти на новые перспективные направления в геологии, создать современные геотехнологии.
Цеолитсодержащие породы достаточно широко распространены на Тимане и прилегающих территориях. Однако природные ресурсы очень непросто превратить в реальные жизненные блага. Решение таких задач во многом зависит от результатов совместных исследований в различных областях науки, которые аккумулирует технологическая минералогия цеолитсодержащих пород. Среди многочисленных разновидностей цеолитового сырья анальцим-содержащие породы являются сложным, но перспективным объектом исследования, как в геологическом, так и технологическом плане.
Среди причин, которые затрудняют практическое использование анальцимсодержащих пород, можно назвать следующие: недостаточная изученность зависимости их физико-химических свойств от вещественного состава, сложность пород для процессов обогащения из-за полиминерального состава и срастания тонкодисперсных минералов с близкими разделительными свойствами.
Поэтому исследование физико-химических и технологических свойств анальцимсодержащих
пород, а также разработка технологий их обогащения, является актуальной задачей, имеющей важное научное и практическое значение.
ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Во второй половине прошлого века в Республике Коми была выделена Тиманская цеолито-носная провинция [Остащенко, 1984]. Наиболее изученной в ее пределах является Коинская цео-литоносная площадь (рис. 1). Нами были исследованы анальцимсодержащие отложения Веслян-ской группы проявлений (см. рис. 1, проявления № 7, 8, 9, 10). Основой для изучения верхнепермских отложений стали послойные описания обнажений и пород, вскрытых горнопроходческими работами, выполненные Е.О. Малышевой при участии авторов и сотрудником ООО "Комигеология" А.Н. Игнатьевым, а также коллекция образцов, отобранных с обнажений, и валовые пробы, взятые из двух шурфов анальцимопроявления "Весляна" [Малышева и др., 2000, 2002]. В ходе работы было проведено детальное макро- и микроскопическое исследование пород, выполнен комплекс анализов их вещественного состава (рентгендифракцион-ный, полуколичественный спектральный, полный силикатный и карбонатный).
Плотность анальцима и других минералов определяли объемометрическим методом, твердость - с помощью полуавтоматического микро-твердометра ПМТ-3М. Удельная магнитная восприимчивость измерена на установке Kappabridge KLY-2. Измерение удельной поверхности проводили хроматографическим методом по десорбции аргона. Определение ионообменной емкости по магнию проведено методом Бобко-Аскинази-Алешина. Гравитационное обогащение осуществлялось на винтовом сепараторе ВС-300 и в тяжелых жидкостях. Магнитная сепарация проводилась на электромагнитном сепараторе минералов типа
ф проявление цеолитов
1 - Вымское 2 - Эшмес
3 - Бэжъюдор 4 - Коинское-2
5 - Коинское-1 6 - Коинское-3
7 - Веслянское-2 8 - Веслянское-1
9 - Чернореченское 10 - "Весляна"
Рис. 1. Коинская цеолитоносная площадь (по материалам В.М. Капитанова, А.Н. Игнатьева и др., ООО "Комигеоло-гия" [Шушков и др., 2006]).
СИМ-1. Ультразвуковая обработка пород осуществлялась на диспергаторе УЗДН-2Т.
МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ АНАЛЬЦИМСОДЕРЖАЩИХ ПОРОД
Анальцимсодержащие породы представлены позднепермскими алевролитами, аргиллитами и
значительно реже мергелями, в которых широко развиты полости, частично или полностью выполненные анальцимом.
Олигомиктовые и полимиктовые алевролиты характеризуются пятнистой и неравномерносло-истой текстурами, обусловленными чередованием слойков и гнезд, сложенных материалом псаммитовой, алевритовой и пелитовой размерности.
Рис. 2. Различные стадии заполнения пустот анальцимовыми агрегатами.
Изображения, полученные с помощью поляризационного микроскопа Leica RD DM (ВИМС, г. Москва). Параллельные николи. увел. х200: а - инкрустации полости агрегатами анальцима; б - агрегаты анальцима полностью выполняют полость.
Тонкозернистый материал вклинивается в более крупнозернистый и переслаивается с ним. При этом какой-либо заметной закономерности в чередовании разнозернистого материала не наблюдается. Обломочные частицы алевролитовой размерности характеризуется весьма слабой степенью окатан-ности и плохой сортировкой. Обломки кварца, полевого шпата, эффузивных пород, чешуйки и пластинки мусковита сцементированы глинистым и глинисто-карбонатным материалом, в котором присутствуют вкрапленники переработанного органического вещества коричневого цвета различной интенсивности, обуславливающие пятнистую окраску цемента. В целом тип цемента ба-зальный и контактово-базальный. Из аутигенных минералов присутствуют серицит, хлорит и пирит.
Аргиллиты также характеризуются пятнистой и неравномернослоистой текстурой, обусловленной, с одной стороны, неравномерным ожелезнением, с другой - наличием слойков разной мощности, сложенных разнозернистым (псаммитовым и алевритовым) материалом. Крупнозернистые частицы представлены кварцем, полевыми шпатами, карбонатами и обломками эффузивных пород. Отмечаются также пирит и гидроксиды железа.
Агрегаты анальцима инкрустируют округлые и овальные полости, а также выполняют микротрещины в породах. Под микроскопом в шлифах четко прослеживаются разные стадии заполнения анальцимом пустот - от незначительной инкрустации до полного выполнения (рис. 2). Отмечаются как тонкокристаллические (размер кристаллов менее 0.01 мм), так и среднекристаллические агрегаты (размер кристаллов около 0.5 мм). Содержание анальцима в породе варьирует от 1 до 30% .
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АНАЛЬЦИМСОДЕРЖАЩИХ ПОРОД
Анальцимсодержащие породы Среднего Ти-мана относятся к "неопределенному виду сырья" в связи со слабой их изученностью. Основными задачами исследований анальцимового сырья являются: изучение цеолитов с целью изменения (модификации) их технологических свойств для использования в определенных процессах; разработка комплексных схем максимального извлечения анальцима и ценных компонентов из цеолит-содержащих пород.
Механические свойства. Значения твердости минералов анальцимсодержащих пород изменяются в значительных пределах. Наиболее высокой твердостью обладают кварц (1023-1236 кГс/мм2), полевые шпаты (735-922 кГс/мм2), гетит (532-580 кГс/мм2). Присутствие в минералах структурно связанной воды снижает их твердость. Так, твердость смек-титов варьирует в пределах 50-76 кГс/мм2, анальцима - 329-377 кГс/мм2.
Анальцимсодержащие породы имеют высокий показатель измельчаемости, низкие показатели виброизноса, истираемости и механической прочность на раздавливание.
Гравитационные свойства минералов определяются их плотностью. Значения плотности минералов анальцимсодержащих пород варьируют в пределах от 2000 до 5500 кг/м3, при этом почти все минералы (кроме гетита и гидрогетита) обладают плотностью от 2000 до 3500 кг/м3. Например, плотность кварца - 2650-2660 кг/м3, полевых шпатов - 2540-3450 кг/м3, смектитов - 2000-2330 кг/м3, анальцима - 2200-2300 кг/м3, каолинита - 25002680 кг/м3. Плотность же гетита (гидрогетита) колеблется от 3300 до 5500 кг/м3 [Шушков, 2004].
Следует отметить, что определение механических, гравитационных и других свойств проводи-
Удельная поверхность и ионообменная емкость анальцимсодержащих пород
Проявление № пробы Содержание аналь-цима в породе, % Удельная поверхность по аргону, м2/г Ионообменная емкость по магнию, мг-экв/100 г
Веслянское-2 50201 5 13.66 34.2
502010 7 не опр. 55.7
Весляна 551 25 21.37 63.4
55201 9 16.77 28.7
58901 10-12 не опр. 120
Веслянское-1 56401 10 не опр. 47.0
56402 11 не опр. 195
56403 14-18 9.08 51.9
Чернореченское 58601 15-18 10.46 47.3
58602 18-20 16.72 58.0
58603 18-20 12.67 83.6
монофракция анальцима 1.5 21.5
лось по технологическим пробам без учета разновидностей анальцима и других минералов. Было необходимо оценить диапазон значений твердости, плотности и других показателей для использования полученных результатов в технологических процессах (водоподготовка, обогащение).
Магнитные свойства. В качестве характеристики этих свойств использована удельная магнитная восприимчивость. Значение удельной магнитной восприимчивости анальцима (0.87 х 10-8 м3/кг) значительно ниже, чем других минералов: кварца -15-25 х 10-8, полевых шпатов - 5-10 х 10-8, смек-титов - 15-60 х 10-8, гетита (гидрогетита) - 3045 х 10-8 м3/кг [Шушков, 2004].
Сорбционные свойства. Значения удельной поверхности по аргону анальцимсодержащих пород находятся в интервале от 9.08 до 21.37 м2/г (таблица). Удельная поверхность анальцимсодер-жащей породы, прокаленной при температуре 500°С в течение 1 ч, составила 24.7 м2/г. Удельная поверхность по аргону чистого анальцима -1.5 м2/г и зависит от формы образца. Данный факт объясняется тем,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.