научная статья по теме ТРАНСФОРМАЦИИ РУДНЫХ МИНЕРАЛОВ ОКЕАНСКИХ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РАЗЛИЧНОГО ГЕНЕЗИСА ПРИ НАГРЕВАНИИ Геология

Текст научной статьи на тему «ТРАНСФОРМАЦИИ РУДНЫХ МИНЕРАЛОВ ОКЕАНСКИХ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РАЗЛИЧНОГО ГЕНЕЗИСА ПРИ НАГРЕВАНИИ»

ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2007, № 4, с. 339-355

УДК 551

ТРАНСФОРМАЦИИ РУДНЫХ МИНЕРАЛОВ ОКЕАНСКИХ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РАЗЛИЧНОГО ГЕНЕЗИСА

ПРИ НАГРЕВАНИИ

© 2007 г. Г. В. Новиков, О. Ю. Богданова

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997 Москва, Нахимовский проспект, 36;

E-mail: novibog@ocean.ru Поступила в редакцию 20.09.2006 г.

Рассматриваются результаты термических превращений рудных минералов океанских железомар-ганцевых отложений различного генезиса при их нагревании до 1000°C. Марганцевые минералы с различным типом кристаллической решетки обладают разной термической устойчивостью. Слоистые Mn-минералы - бузерит-I, асболан-бузерит и бернессит - устойчивы до 120-150°C, асболан -до 180°C; термически устойчивым является вернадит - приблизительно до 500°C. Тодорокит и пиролюзит - минералы туннельной структуры - сохраняют устойчивость до температуры 600 и 670°C соответственно. Сорбированные катионы тяжелых металлов оказывают влияние на температуру преобразований и минеральный состав продуктов, формирующихся при прокаливании железомар-ганцевых отложений. На примере бернессита и тодорокита показано, что генезис железомарганце-вых отложений не влияет на термические свойства слагающих их минералов.

К началу XXI столетия накоплен значительный объем данных по минералого-геохимиче-ским исследованиям, направленным на изучение вещественного состава океанских железомарган-цевых отложений. Установленные в конкрециях и корках высокие содержания Ni, Cu, Co позволяют рассматривать эти отложения как рудное сырье на цветные металлы и марганец (ферромарганец). В то же время кристаллохимические особенности, физико-химические, механические свойства рудных минералов данных отложений исследованы еще недостаточно полно.

В настоящее время известно сравнительно большое количество публикаций, в которых приводятся данные по поведению марганцевых и железистых минералов океанских железомарганце-вых отложений в водных растворах электролитов [Варенцов и др., 1988; Горшков и др., 1992; Грибанова, Шацкая, 1988; Лысюк, 1991; Новиков, 1988, 1996; Новиков, Шацкая, 1990; Новиков, Батурин, 1997; Новиков Мурдмаа 2007; Новиков и др., 2006; Пивоваров, 2004; Пивоваров, Лакштанов, 2003; Челищев и др., 1991, 1992; Giovanoli, 1980; Golden et.al., 1986; Gunneriusson, 1994; Novikov, Cherkashov, 2000; Pivovarov, 2001; Takematsu, 1979 и др.]. Результаты исследований указывают на значительную химическую и структурную устойчивость минералов марганца и железа в реакциях ионного обмена, при щелочной и кислотной обработках. Установленные при этом фазовые превращения слоистых марганцевых минералов - бу-зерита-I, асболан-бузерита, бернессита, вернади-

та - друг в друга [Горшков и др., 1992; Грибанова, Шацкая, 1988; Новиков, 1996; Новиков, Шацкая, 1990; Новиков и др. 2005; Челищев и др., 1991, 1992] есть прямое доказательство ранее полученных теоретических выводов о близости структур этих минералов [Чухров и др., 1989].

Существенное дополнение к общей картине структурных преобразований слоистых марганцевых минералов океанских конкреций и корок дает термический анализ. Поведение минералов марганца при нагревании определяется восстановительными процессами, сопровождающимися выделением кислорода. При этом фазовые превращения минералов протекают, как правило, в широких температурных интервалах. Диагностика продуктов прокаливания конкреций и корок осложняется близостью дифрактометрических характеристик образующихся оксидов марганца и железа, а отсутствие данных о химическом составе полученных фаз позволяет на основании рентгенофазового анализа лишь весьма условно говорить о преобладании тех или иных фаз в продуктах прокаливания исследуемых отложений при температуре выше 500°С.

Цель настоящей работы состояла в изучении термических превращений как рудных минералов океанских железомарганцевых отложений разного генезиса, так и полученных в результате ионообменных реакций их катионных производных (форм) при последовательном их прокаливании до 1000°С.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Характеристика исходного материала. В качестве объектов исследования были изучены желе-зомарганцевые отложения различного генезиса: диагенетические и седиментационные конкреции, корки, корковые конкреционные образования, низкотемпературные гидротермальные марганцевые корки из различных районов Мирового океана. Минеральный состав исследованных нами железомарганцевых отложений представлен характерной для каждого типа ассоциацией марганцевых минералов.

В диагенетических конкрециях преобладающими минералами являлись: бузерит-1, асболан-бузе-рит (обр. 666-5, 2483-12, 19 / т-1 - рудная провинция Кларион-Клиппертон Тихого океана; обр. 1352-30 -Центральная котловина Индийского океана; обр. 6742-13 - Восточно-Индийский хребет); асбо-лан-бузерит, бернессит (обр. 19/т-2 - рудная провинция Кларион-Клиппертон; обр. 2520-25/2 - Центральная котловина Тихого океана); бузерит-1, бернессит (обр. 6А-124-2 и 3857 - соответственно Перуанская и Гватемальская котловины Тихого океана; обр. 1370-1.5 - Центральная котловина Индийского океана); тодорокит, асболан-бузерит (обр. 3852-1 - Гватемальская котловина). В качестве примесей в соответствующих образцах конкреций находятся бернессит, бузерит-П, тодорокит, безжелезистый вернадит.

Седиментационные отложения, сложенные в основном Fe-вернадитом, Мп-фероксигитом, были представлены: конкрециями из Тихого (обр. 2520-17 и 6298-56 - Центральная и Южная котловины, соответственно), Индийского (обр. 6754-5 -Западно-Австралийская котловина) и Атлантического океанов (обр. 43-63 - Бразильская котловина); корками (обр. 9-124, 11-298) и корковыми конкреционными образованиями (обр. 9-77) Ма-геланновых гор Тихого океана.

Низкотемпературные гидротермальные марганцевые корки были представлены образцом с Восточно-Тихоокеанского поднятия, практически полностью сложенным бернесситом (обр. 285-1), и образцами с Восточно-Индийского хребта, сложенными более чем на 90% тодорокитом (обр. 415-2) или пиролюзитом (обр. 415-4). Химический состав исследованных отложений приведен в табл. 1. Исследованные образцы являются характерными для каждого морфогенетического типа железомарганцевых отложений: диагенетические конкреции характеризуются повышенным содержанием Мпобщ, Мп2+, №, Си, Zn, Мо, седиментационные - Fe, Со и РЬ, низкотемпературные гидротермальные корки - крайне низким содержанием всех катионов тяжелых металлов.

Ранее [Новиков, 1996; Новиков, Батурин, 1997; Новиков, Мурдмаа, 2007; Новиков и др., 1995, 2005, 2006; Челищев и др., 1991] в результа-

те обменных реакций между катионами металлов (№+, К+, Са2+, Mg2+, Мп2+) рудных минералов железомарганцевых отложений и катионами металлов (Си2+, Со2+, №2+ и др.), содержащимися в растворах, были получены катионные формы этих минералов (Си-, Со-, №-формы и др.), использованные в настоящей работе. Содержание сорбированных катионов металлов в соответствующих формах минералов (табл. 2) значительно больше их содержания в исходных образцах железомарганцевых отложений. Исключением является низкотемпературная гидротермальная корка (обр. 415-4), сложенная пиролюзитом и обладающая наименьшей среди всех изученных ассоциаций марганцевых минералов поглотительной способностью по отношению к катионам металлов.

Термические исследования железомарганцевых отложений проводились на дериватографе М0М-102 (скорость нагревания образцов 10 град/мин). При максимальных температурах эндотермических и экзотермических эффектов, взятых из кривых ДТА, образцы исследуемых отложений дополнительно прокаливались в течение двух часов. Диагностика продуктов прокаливания природных образцов и их катионных форм проводилась методами просвечивающей аналитической электронной микроскопии с использованием электронного микроскопа JEM-100C со встроенным гониометром и микрозондовой энергодисперсионной приставкой KEVEX-5100 (анализ проводился в лаборатории кристаллохимии ИГЕМа РАН) и рентгеновской порошковой ди-фрактометрии (ДРОН-2, Си-Ка монохроматизи-рованное, 40 кВ, 30 мА, скорость сканирования 1 град/мин). Для определения содержания катионов металлов в океанских железомарганцевых отложениях и их катионных формах, а также в продуктах прокаливания навески образцов разлагались при кипячении в смеси концентрированных растворов НС1 + Н202 при 5-7-минутном кипячении. Определение концентраций ионов металлов из соответствующих растворов проводилось методом пламенной атомной абсорбции на приборе "РегЫп-Е1тег 503" (химические определения выполнены в аналитической лаборатории ИО РАН).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Термографические исследования диагенетических конкреций, сложенных различными ассоциациями слоистых марганцевых минералов, установили однотипный характер протекающих процессов. Дериватограммы характеризуются несколькими эндотермическими эффектами с максимумами в интервале температур 120-150, 210-230, 400-415

и 590-600°С (рис. 1)1. По сравнению с деривато-

1 Здесь и далее результаты исследований показаны на примере обр. 19/т-1.

Таблица 1. Содержание (мае. %) катионов металлов в железомарганцевых образованиях различного генезиса

№ станции Fe МПобщ Мп2+ № Со Си Zn РЬ Мо Cd Са Mg № К Мп/Ре

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Диагенетические конкреции

666-6 6.85 28.25 1.56 1.30 0.18 1.10 0.16 0.035 0.037 1.4 1.34 2.06 1.50 0.72 4.86

2483-12 5.52 26.16 1.47 1.24 0.20 1.06 0.12 0.035 0.037 1.4 1.36 1.88 1.47 0.74 4.74

19/т-1 4.56 26.80 1.65 1.08 0.22 1.05 0.14 0.060 0.045 4.0 1.45 1.75 1.81 0.72 5.88

19/т-2 4.76 28.40 1.75 1.22 0.20 0.96 0.12 0.060 0.038 3.0 1.34 1.68 1.76 0.78 5.98

2520-25/2 6.63 21.90 0.87 0.98 0.10 0.66 0.041 0.054 0.022 1.7 0.97 1.50 1.22 0.35 3.35

6А-124-2 7.42 24.82 1.12 1.21 0.038 0.46 0.071 0.048 0.048 1.5 1.30 1.54 1.83 0.35 3.34

3852/1 4.26 37.60 1.82 0.80 0.024 0.47 0.24 0.0057 0.018 1.5 1.88 2.23 2.38 0.86 8.83

3857 1.36 40.86 1.86 0.67 0.016 0.40 0.25 0.013 0.025 1.6 1.06 2.44 2.10 0.55 30.0

1352-30 4.24 26.90 1.52 1.20 0.16 1.43 0.19 0.048 0.038 1.0 1.05 2.15 1.24 0.64 6.34

1370-1.5 4.66 34.88 1.72 1.30 0.10 1.14 0.14 0.

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геология»