Министерство образования и наук

и Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

На правах рукописи

КОТОВА ЕЛЕНА ЛЕОНИДОВНА

ОНТОГЕНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЖИЛЬНОГО КВАРЦА КЫШТЫМСКОГО

РАЙОНА ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА КВАРЦЕВОГО СЫРЬЯ

Специальность 25.00.05 - Минералогия, кристаллография

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН, профессор Марин Юрий Борисович Санкт-Петербург –

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК КЫШТЫМСКОГО РАЙОНА

1.1 Геологическая характеристика основных кварцевых месторождений и проявлений Кыштымского района

1.1.1 Кыштымское месторождение

1.1.2 Кузнечихинское месторождение

1.1.3 Аргазинское месторождение

1.1.4 Вязовское месторождение

1.1.5 Иткульское месторождение

1.1.6 Курманское месторождение

ГЛАВА 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОИ БАЗЫ

КВАРЦЕВОГО СЫРЬЯ РОССИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕЕ РАЗВИТИЯ................ 2.1 Существующие разновидности природного кварцевого сырья и возможности его использования в промышленности

2.2 Основные технологические требования к кварцевому сырью

2.3 Актуальность использования оперативной схемы оценки промышленной пригодности кварцевого сырья для Российских месторождений

2.4 Анализ состояния кварцево-сырьевого потенциала Кыштымского района

ГЛАВА 3 МИНЕРАЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ КВАРЦЕВЫХ АГРЕГАТОВ

3.1 Микроскопическое изучение кварцевых агрегатов

3.1.1 Результаты микроскопических исследований

3.1.1.1 Жила 175 (Кыштымское месторождение)

3.1.1.2 Жила 414 (Кузнечихинское месторождение)

3.1.1.3 Жила 119 (Аргазинское месторождение)

3.1.1.4 Жила 5 (Вязовское месторождение)

3.1.1.6 Кварциты (гора Юрма)

3.1.2 Обобщение результатов микроскопических исследований................ 3.2 Стереометрический анализ

3.2.1 Оценка степени шероховатости границ срастания (D)

3.2.2 Оценка коэффициента агрегативности (КА)

3.2.3 Анализ гранулометрического состава

3.2.4 Анализ модального состава выделенных типов зерен для изученных месторождений

3.2.5 Оценка внутренней удельной поверхности кварцевых зерен (Oi)...... 3.2.6 Обобщение результатов стереометрического анализа

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ АНАТОМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ИНДИВИДОВ

КВАРЦА

4.1 Анализ газово-жидких включений

4.1.1 Описание «флюидного портрета» зерен из месторождений гранулированного кварца

4.1.2 Метод декрепитации

4.2 Измерение разориентировки блоков кристаллической решетки (блоков волнистого погасания) зерен кварца

4.2.1 Исследование на Федоровском столике (ФС)

4.2.2 Исследования на монокристальном дифрактометре STOE IPDS II... 4.3 Изучение строения кварцевых агрегатов методом дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD)

4.4 Катодолюминесцентный анализ тонкого строения кварцевых агрегатов.. 4.5 Оценка прозрачности кварцевых агрегатов (коэффициента светопропускания)

4.6 Обобщение результатов по изучению строения кварцевых агрегатов.......

ГЛАВА 5 ОНТОГЕНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ КВАРЦЕВЫХ

АГРЕГАТОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

гарантированной поставки кварцевого гранулята определенного качества на длительную перспективу (не менее нескольких лет) возможно только при эксплуатации кварцевых объектов со значительными запасами, определенным качеством кварцевого сырья и относительно стабильной его обогатимостью.

Чтобы сохранить конкурентоспособность на рынке, производители стремятся не повышать себестоимость кварцевых продуктов, что приводит к поиску новых подходов к методике технологической оценки кварцевых тел. Анализ потенциала минерально-сырьевой базы показал, что в нашей стране значительные запасы разнокачественного кварца практически одного генетического типа. Тенденции мирового кварцевого рынка и постоянный рост спроса на особо чистое кварцевое сырье диктуют необходимость выделения тех объектов, которые при существующих и предлагаемых системах обогащения позволяли бы получить гранулят для производства кварцевого стекла, соответствующего мировым уровням стандарта. Традиционные «длинные» или полные схемы обогащения будут экономически малоприменимы из-за необходимости неоднократного прохождения концентрата по отдельным циклам. Существует острая нехватка новых методов оценки пригодности кварцевого сырья для основных наиболее перспективных генетических типов, преимущественно гранулированного кварца.

Осложняющий момент в получении гранулята стабильного качества – большое число месторождений, а на каждом из них – часто десятки кварцевых жил, каждая из которых может отличаться по технологическим показателям кварцевого продукта. В настоящее время оценка качества кварцевого сырья осуществляется только путем технологического опробования по результатам пробных плавок. Изучение минералогии кварцевых тел и типоморфных особенностей слагающих их индивидов и агрегатов с использованием онтогенического и стереометрического анализа позволяет получить ценную информацию об условиях их формирования и содействовать оценке пригодности кварцевых тел для получения того или иного типа сырья на ранних стадиях поисково-разведочных работ. Именно повышающиеся требования по обеспечению российской промышленности особо чистым кварцевым сырьем при минимальных денежных затратах при его переделе, оценке технологической пригодности кварцевых тел и определяет актуальность разработки методики их оперативной разбраковки на стадии поисково-разведочных работ.

Современное состояние вопроса исследований. Сложность генезиса и политипность кварцевых образований создает необходимость их систематизации для удобства дальнейшего описания. Зернистая разновидность жильного кварца, получившая название гранулированного, стала известна благодаря работам С.Ф. Адамса (1934) и Г.Н. Вертушкова (1946, 1955). Начиная с середины 20-го столетия технологи обратились к гранулированному кварцу как заменителю дефицитного горного хрусталя при получении высокотехнологичного кварцевого сырья. В связи с этим за прошедшее время была проделана колоссальная по объему работа по исследованию и типизации кварцевых образований (А.И. Захарченко, 1955; Д.П. Григорьев 1961; Г.А.Юргенсон, 1961; А.А.

Щеколдин и др., 1963; Г.Н. Вертушков, 1964; Г.А. Синкевич, 1967; Т.Г. Петров и Е.П. Мельников, 1968; Г.Н. Вертушков и др., 1970; Е.Я. Киевленко, 1973; В.В.

Буканов, 1974; В.И. Якшин, 1976; Ю.М. Соколов и др., 1977; А.Г. Жабин, 1979;

В.Ю. Эшкин и Корякина Т.А., 1983; Э.Ф. Емлин и др., 1988; А.А. Кораго и А.В.

Козлов, 1988; Е.П. Мельников, 1988; С.К. Кузнецов, 1998; Ю.А. Поленов, 2002;

Л.А. Данилевская, Л.С. Скамницкая, В.В. Щипцов, 2004; В.А. Попов, 2011 и многие другие).

Начало систематическому изучению гранулированного кварца на Урале положено кафедрой минералогии Свердловского горного института во главе с Г.Н. Вертушковым (1964), предложившим первым подход к изучению этого типа кварцевого сырья, основанного на корреляции структуры кварцевых агрегатов и технологической пригодности кварцево-жильных объектов.

Именно его последователями (Э.Ф. Емлин, Г.А. Синкевич, В.И. Якшин, Ю.А. Поленов) была зафиксирована тесная взаимосвязь между определенным типом метаморфизма, связанным с ним магматизмом, и структурой кварцевого агрегата, в результате типы кварцевых агрегатов дифференцировались по качественным структурно-текстурным признакам.

Для оптимизации процесса оперативной оценки кварцевого сырья, нами было предложено проводить её на основе количественной характеристики строения минеральных индивидов, слагающих кварцевый агрегат.

стереометрического анализа строения кварцевых агрегатов, процессов их преобразования, прогнозирование технологических свойств с оценкой качества и созданием методики выделения различных типов кварцевого сырья.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

исследовать распределение газово-жидких и минеральных включений в зернах кварца, изучить геометрическими и топологическими методами границы срастаний и собственные границы индивидов кварца, в том числе ориентировки малоугловых границ индивидов, с получением качественных и количественных характеристик, и на этой основе провести их дискриминацию с выделением типов;

оценить модальную долю зерен каждого из выделенных типов и характер их распределения в изученных кварцевых телах;

провести на основе количественных характеристик строения кварцевых индивидов и агрегатов оценку жильного кварца разных месторождений по их пригодности для получения определенных типов кварцевого сырья.

Научная новизна. На основе анализа различных параметров минеральных индивидов, слагающих кварцевые агрегаты, впервые проведена количественная минералого-петрографическая оценка гранулированного кварца, получена онтогеническая информация об условиях преобразования жильного кварца и разработаны основы типизации различных видов кварцевого сырья.

стереометрического анализа предложена методика оперативной оценки гранулированного кварца для технологических целей на стадии поисковоразведочных работ при разбраковке уже известных и новых месторождений и в дальнейшем при разработке или корректировке схемы технологического передела кварцевого сырья. Её использование доступно на производстве, не требует значительных материальных затрат и в конечном счете, снизив себестоимость выходной продукции, повысит стоимость сырья, передаваемого в эксплуатацию месторождения. Полученные результаты могут быть дополнительным обоснованием для разработки массива кварцитов с целью их использования в качестве сырья для плавки и в стекольной промышленности, а также внедрены в учебные дисциплины «Технологическая минералогия» и «Поисковая минералогия».

Фактический материал и методика исследований. Диссертационная работа выполнена на основе материала, собранного автором в ходе двух полевых сезонов (2009 и 2010 г.г.) в составе кварцевой партии Института минералогии УрО РАН, работавшей на кварцево-жильных объектах Кыштымского района Урала. При посещении в 2012 г. ОАО «Кыштымский ГОК» были получены образцы основных технологических типов кварцевого сырья и подробные консультации о современных технологиях его переработки.

За весь период исследований было изучено около 540 петрографических шлифов жильного кварца и кварцитов, 80 тонко-параллельных кварцевых пластинок, 50 структурных шлифов.

Для изучения кварцевых агрегатов выполнено их микроскопическое исследование в отделе минералогических методов ФГУП ВСЕГЕИ. На основе выявленных структурных характеристик проведена дискриминация кварцевых индивидов в плоскости каждого агрегата, основанная на оценке относительного количества определенных типов минеральных индивидов, их распределения в пространстве агрегата, выявлении их гломерозернистых образований или субагрегатов. Дифференциация кварцевых зерен основана на ведущих признакахкритериях онтогенического анализа. Это, прежде всего, характер анатомии минеральных индивидов: состав и распределение включений, следы пластических и упругих деформаций, распределение и взаимоотношение блоков кристаллической решетки с малоугловой разориентировкой в пределах одного индивида (известные как блоки облачного погасания). Мы учитывали также такие геометрические особенности границ срастания минеральных индивидов, которые характеризуют энергетический статус границ (энергонасыщенные или энергоемкие) и существующие различия между ними, ориентировку границ срастания минеральных индивидов в пространстве агрегата и относительно друг друга. Изучалась форма случайных сечений зерен. Проведенная дискриминация кварцевых агрегатов при микроскопическом изучении в оптическом диапазоне контролировалась более тонкими исследованиями.

минералогических методов ФГУП ВСЕГЕИ было выполнено стереометрическое исследование, в ходе которого выявленные качественные характеристики кварцевых агрегатов были преобразованы в количественные. Для получения дополнительной генетической информации и подтверждения проведенной дискриминации были реализованы следующие виду анализов:

изучение малоугловых разориентировок c помощью Федоровского столика и методами монокристальной рентгеновской дифрактометрии;

изучение газово-жидких включений методом гомогенизации, изучение минеральных включений с помощью микрозонда, определение коэффициента светопропускания, изучение тонкого строения кварцевых агрегатов (присутствие дефектов строения: блоков волнистого погасания, двойников, распределение газово-жидких и минеральных включений) методом катодолюминесцентного микроанализа и методом обратно отраженных электронов (EBSD).

Положения, выносимые на защиту.

1. В изученных кварцевых телах выявлено 4 типа кварцевых зерен (Q1 Q4), находящихся в различных количественных сотношениях и отличающихся по:

количеству и плотности пластических деформаций в зернах; наличию и плотности газово-жидких и минеральных включений; шероховатости границ срастания минеральных индивидов; плотности границ зерен выделенных типов в единице объема кварцевого агрегата.

2. Многократно возобновляющийся процесс рекристаллизации кварцевых агрегатов различных кварцевых тел имеет общий тренд, выраженный в уменьшении в кварцевых индивидах газово-жидких и минеральных включений, постепенном очищении зерен от следов упругих деформаций и уменьшении шероховатости границ срастаний индивидов кварца от Q1 к Q4;

3. Для разбраковки по технологической пригодности кварцевых тел на стадии поисково-разведочных работ наиболее информативными являются:

выделение 4 типов кварцевых индивидов, их модальная доля, коэффициент агрегативности (гломерозернистости) и коэффициент светопропускания.

Степень достоверность и апробация полученных результатов. Основные положения диссертации опубликованы в 11 работах, включая 2 статьи в журналах из списка ВАК, и докладывались на совещаниях: «Минералы: строение, свойства, методы исследования» (Миасс, 2009), Международный форум молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2009), Годичное собрание РМО (Санкт-Петербург, 2009), XI Съезд РМО: Современная минералогия: от теории к практике (Санкт-Петербург, 2010), Международный форум молодых Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского (Санкт-Петербург, 2011), Mineralogy and analytics of high-purity SiO2 raw material: Freiberger Forschungsforum Research conference (Freiberg, Germany, 2011), ICAM-2011. (Trondheim, Northway, 2011), 2nd International Conference on Competitive Materials and Technology Processes (ic-cmtp2) (Miskolc, Hungary, 2012), Годичное собрание РМО (г. СанктПетербург, 2013).

Исследования были поддержаны грантами Министерства образования и науки (государственный контракт № 14.740.11.0192), компании ОПТЕК (Carl Zeiss) на реализацию проекта «Особенности использования методов современной электронной микроскопии при изучении границ и внутреннего строения минеральных индивидов кварца для проведения оценки качества кварцевого сырья» (2011 г.) и DAAD на проведение исследований на базе Фрайбергской горной академии (2012 – 2013 гг.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения.

Работа изложена на 120 страницах текста, сопровождается иллюстрациями, 13 таблицами. Список литературы включает 132 наименования.

Благодарности. Диссертационная работа выполнена под руководством доктора геолого-минералогических наук, члена-корреспондента РАН Ю.Б. Марина, которому автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность за огромный личный вклад в формирование личности автора.

Автор сердечно благодарит Р.Л. Бродскую (ВСЕГЕИ) и О.Б. Котову за непосильную мотивацию к реализации поставленных целей и задач и постоянную веру в успех их реализации и силы автора. Искреннюю благодарность автор выражает Быкову Б.Н., Кораблеву А.Г., Игуменцевой М. А. (Институт минералогии г. Миасс) за предоставление возможности прохождения практики, отбора образцов и ценной консультации по тематике диссертации. Автор сердечно признателен генеральному директору В.Г. Кузьмину и главному геологу П.А. Красильникову Кыштымского кварцевого ГОКа за предоставление образцов и очень важной технологической информации.

Особую благодарность автор выражает директору Института минералогии Фрайбергской горной академии профессору Г. Хайде (G. Heide), а также сотрудникам ФГА У. Кемпе (U. Kempe), Й. Гётце (J. Gtze) за организацию стажировки и проведение исследований по теме диссертации. Значительную помощь в проведении лабораторных исследований и обработке результатов оказали М.В. Морозов, А. И. Глазов (Горный Университет), И. В. Бильская, Ю. В. Кобзева, В.Д. Ляхницкая (ВСЕГЕИ), С. Н. Бритвин (СПбГУ), Е. Г. Ожогина (ВИМС), Е. В. Толмачева (ИГГД РАН) - всем им автор выражает искреннюю благодарность.

ГЛАВА 1 ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК КЫШТЫМСКОГО РАЙОНА

Все изученные месторождения жильного кварца и кварцевые проявления Кыштымского района приурочены к Восточному склону южной части Среднего Урала (рисунок 1.1). Многообразие кварцевых тел разного генезиса и морфологии в пределах района определяется сложным геологическим строением и длительной многостадийной эволюций Урала.

Территория района находится в пределах Уфалейского антиклинория, являющегося составной частью Центрально-Уральского поднятия. На западе Уфалейский антиклинорий граничит с Тараташским антиклинорием, отделяясь от него региональным тектоническим нарушением. Восточной границей антиклинория является крупное тектоническое нарушение, разделяющие терригенные образования от осадочно-вулканогенных пород силура и девона Тагильско-Магнитогорского прогиба. Породы, являющиеся субстратом Уфалейского метаморфического комплекса, относятся к двум структурным ярусам (рисунок 1.2) (Кейльман, 1974).

Рисунок 1.1 - Схематичная карта Кыштымского района (Мельников, 1969).

Цифрами обозначены месторождения кварца: 1 – Иткульское; 2 – Вязовское; 3 – Кузнечихинское; 4 – Кыштымское; 5 – Аргазинское, 6 - гора Юрма Нижний – верхнепротерозойский структурный ярус (уфалейская свита) занимает центральную часть (ядро) антиклинория. Он сложен глубоко метаморфизованными породами (Мельников, Мельникова, 1970): гнейсовидными амфиболитами, амфибол-биотитовыми гнейсами и биотитовыми гранитогнейсами, переходящими вверх в гнейсовидные амфиболиты, чередующиеся с двуслюдяными и биотитовыми гнейсами и гранитогнейсами.

Гнейсы и амфиболиты, как правило, сланцеватые с минеральной линейностью и равномернозернистой структурой.

Верхний – ордовикско-нижнедевонский структурный ярус сложен терригенными образованиями сланцевого обрамления ядра антиклинория, представленными шунутской, куртинской и шайтанской свитами, налегающими с несогласием на осадочно-эффузивные образования уфалейской свиты. Породы представлены слюдяно-кварцевыми сланцами с гранатом, кианитом, амфиболом и ставролитом, графитослюдистыми кварцитами, а также подчиненными амфиболовыми сланцами и амфиболитами (Мельников и др., 1969; Еремин, 2007).

Важная роль в геологическом строении района принадлежит тектонике, как пликативной, так и разрывной. В пределах Уфалейского антиклинория выделяются пять главных структурных единиц (с запада на восток): Указарская антиклиналь, Тагашская синклиналь, Кукахтинская антиклиналь, ось которой совпадает с осью антиклинория, Куяшская синклиналь и Кизильская антиклиналь.

Наиболее крупную складчатую структуру район представляет Кукахтинская антиклиналь. Остальные четыре структуры обладают незначительным размерами и развиты на ее крыльях. Кукахтинская и Кизильская антиклинали имеют характер брахиструктур (Кейльман, 1970, 1971). Район приурочен к узкой зоне между Косогорско-Серебрянским и Уфалейско-Карабашским (Главный Уральский) разломами с серией оперяющих Слюдяногорских нарушений.

Интенсивная трещиноватость, наличие многочисленных тектонически ослабленных участков - явились благоприятными факторами для локализации безрудных кварцевых жил.

Рисунок 1.2 - Схематическая минерагеническая карта Уфалеиско-Карабашского 1 – гнейсы и амфиболиты гнейсового блока; 2 – сланцы, кварциты, бластомилониты куртинской свиты; 3 – динамосланцы таганайско-указарской зоны смятия; 4 – вулканиты Карабашского тектонического блока; 5 – пироксениты, габбро, габбро-амфиболиты; 6 – гранитоиды Н-Уфалейского массива; 7 – Главный коллизионный шов; 8 – рифтогенные разрывы рифейского возраста, вмещающие тела древних гранитоидов, кварцитов и тел пироксенитов с месторождениями титано-магнетитовых руд кусинского типа; 9 – взбросы, надвиги; 10 – оперяющая Серебровский надвиг сдвиговая зона трещиноватости; 11 – сбросы; – наиболее крупные кварцевые жилы; 13 – отрабатываемые в настоящее время кварцевые жилы и их номера; 14 – месторождения и проявления магнетита и гематита; 15 – древние кварциты (кварцитовые ломки); 16 – мусковитовые пегматиты с редкоземельной и редкометальной Ведущая роль в формировании геологических образований изученного метаморфический комплекс характеризуется сложной многоэтапной эволюцией.

В изученном районе выделены 2 главных этапа метаморфизма, причем в породах, образующих гнейсовое ядро проявлены оба, а в породах сланцевого обрамления лишь поздний этап (Кейльман,1970):

становлением уфалейского антиклинория и подразделяется на две подстадии:

а) ранняя стадия, протекающая в условиях прогрессивного метаморфизма высокотемпературной силлиманит-альмандиновой субфации амфиболитовой фации;

б) поздняя стадия, наблюдается в проявлении процессов регрессивного метаморфизма и сопутствующей ему гранитизации (фиксируется в повсеместном наложении гранитных прожилков на кварцевые жилы).

ультраметаморфический характер, выразившийся в региональном развитии явлений переплавления, мигматизации и гранитизации и преобразовании амфиболитов в гранито-гнейсы с привносом калия, кремния, натрия и выносом кальция, магния и титана в условиях повышенной щелочности гранитизирующих растворов. Кислотное выщелачивание протекало преимущественно на регрессивном этапе метаморфизма. С процессами кислотного выщелачивания связано образования кварцевых жил.

2 этап – среднепалеозойский, был общим для гнейсового ядра и сланцевого обрамления. Соответствует ставролит-кварцевой субфации амфиболитовой фации.

кварцевожильном районе крайне неравномерное. Наиболее насыщены жильным кварцем породы верхнего структурного яруса (куртинская свита), образующие в восточном экзоконтакте гнейсового ядра узкую меридиональную полосу шириной 1-2 км и длиной около 50 км. В эндоконтактовой части гнейсового ядра кварцевые жилы имеют меньшее распространение, но по запасам отдельные объекты достигают десятков и даже сотен тысяч тонн (например, жила № Кыштымского месторождения) (Красильников, 1988).

В результате многолетних исследований условий локализации кварцевых жил в пределах Уфалейского гнейсово-мигматитового комплекса (Захарченко, 1955, Эшкин, 1973; Мельников и др., 1970; Белковский, 1986; Мельников, 1988;

Поленов, 2008) были установлены следующие факторы, контролирующие размещение кварцевых жил: тектонический, литолого-стратиграфический и метаморфический.

В тектоническом плане кварцевые жилы приурочены к антиклинальным складкам, осложненным долгоживущими разрывными нарушениями.

Подавляющее количество жил локализовано в довольно узкой зоне, расположенной между Косогорско-Серебрянским сбросо-сдвигом и УфалейскоКарабашским разломом, охватывающим восточную, часть исследуемой Уфимской площади.

Литолого-стратиграфический фактор обусловлен приуроченностью жил к породам, содержащим большое количество свободного кремнезема.

Необходимым условием является частое переслаивание пластичных пород, что приводит при различных деформациях слоев к образованию полостей, в которых отлагается кремнезем.

проявлен в приуроченности жил высокопрозрачного кварца к древней толще сильнометаморфизированных пород – гнейсовому ядру.

1.1 Геологическая характеристика основных кварцевых месторождений и В пределах Кыштымского района известно несколько значимых по запасам и качеству месторождений и проявлений гранулированного кварца – Кыштымское, Кузнечихинское, Аргазинское, Вязовское, Инткульское. Объектами исследования стали тела гранулированного кварца, представляющие интерес для промышленности (по предварительным результатам технологического опробования из кварцевого сырья этих тел, возможно, получить особо чистый кварцевый концентрат (ОЧК) отвечающий стандартам ТУ 6726-002-11496665-97, не ниже КГО-4 (глава 2, таблица 1.1)).

Кроме того, в районе встречаются многочисленные тела кварцитов. Одним из самых крупных тел, с наиболее близким к гранулированному кварцу строением кварцевых агрегатов, являются кварциты массива Таганай, которые также стали предметом нашего исследования.

Месторождение приурочено к восточному крылу Кизильской антиклинали и протягивается в виде узкой полосы от озера Большой Агордяш на юге до г.

Шарабрина – на севере (Петров, 1964ф). Общая протяженность месторождения в субмеридиональном направлении 15 км при ширине 1-3 км. Кыштымское месторождение представляет собой крупное скопление кварцевых жил, приуроченных к толще метаморфических пород верхнего протерозоя и ордовика, прослеживающихся узкой полосой вдоль восточного контакта уфалейского гнейсово-мигматитового комплекса (Поленов, 2008).

морфологических типа: линзовидные, плитообразные и неправильной формы.

Самый распространенный – первый морфологический тип, включающий собственно линзовидные тела с острым и тупым выклиниванием, веретенообразные и коробчатые тела. Тела этой группы отличаются наибольшими размерами (до 100-150 м) при мощности, редко превышающей 2-2,5 м. Второй тип – плитообразные тела с ровными параллельными зальбандами и резким тупым выклиниванием (Петров, 1964ф).

Основным породообразующий минералом жил является кварц (от 90 до 99%). Второстепенные минералы жил (от 10 до 1 %) находятся в тесной связи с составом вмещающих пород. Так, в жилах, залегающих среди гнейсов и амфиболитов уфалейской свиты, они представлены биотитом, амфиболом, плагиоклазом, титанитом, апатитом, в жилах, залегающих среди кристаллических сланцев и амфиболитов куртинской свиты, - мусковитом, плагиоклазом, эпидотом, рутилом, турмалином, титанитом, сульфидами (Сигаев, 1979ф, 1980ф).

Самой крупной жилой месторождения является жила 175. Располагается она на западном склоне г. Острой в пределах слюдяногорской подсвиты уфалейской свиты верхнего протерозоя. Жила имеет плитовидную форму и залегает согласно с вмещающими мигматизированными биотит-амфиболовыми гнейсами. Элементы залегания: азимут падения 130-150° с углом 32-45°.

Мощность от 0,7 м на северном фланге до 14 м. прослеженная длина по простиранию 320 м, протяженность по падению 180 м.

гранобластовой структуры. Жила имеет сложное строение, рассечена многочисленными прожилками гнейсогранитов и кварц-полевошпатовыми пегматитовыми прожилками. Отмечаются скопления крупнозернистого амфибола, иногда совместно с биотитом, обособляющиеся в виде неправильных пятен размером от 5 см до 0,5 м или цепочек небольших гнезд, ориентированных параллельно трещиноватости, совпадающей с залеганием жилы. В виде таких же пятен и гнезд, но значительно реже, отмечаются выделения крупных зерен полевых шпатов. Из других минералов в жильном кварце отмечены биотит и мусковит (по трещинам), карбонаты, сульфиды, апатит в виде отдельных зерен по зальбандам, в верхней части жилы – гидроксиды железа и марганца. Карбонаты встречаются преимущественно на выклинивании жилы по падению. Средний минеральный состав жилы: гранулированный кварц 98%, минеральные примеси 2%.

антиклинали. На площади месторождения и его флангах (около 90 км2) выявлено более трех десятков жил гранулированного кварца. Большинство кварцевых жил группируется в кварцево-жильные узлы (зоны), представляющие собой группы сближенных кварцевых жил с единой геолого-структурной позицией. Кварцевые тела залегают в крупном теле высокотитанистых габброидов, метаморфизованных в условиях амфиболитовой фации. Все породы месторождения - габброиды и развитые по ним амфиболиты, кварцевые жилы - секутся гранитными прожилками (Кейльман, 1974; Поленов, 2008). Комплекс посткварцевых образований представлен дайками плагиоаплитов, аплитов, плагиоклазитов, субщелочных гранитов. Наиболее крупные кварцевые жилы месторождения (191, 193, 413 и 414) пространственно связаны с поздним комплексом субщелочных пород (Страшенко, 2002ф).

Морфология жил достаточно простая. В зависимости от характера выклинивания, жилы подразделяются на линзовидные и веретенообразные.

Размеры жил варьируют от первых до 120 м по простиранию при мощности от 0, до 10-12 м. Залегание кварцевых жил большей части согласное с вмещающими их амфиболитовыми гнейсами, реже – секущее (Красильников, 1988ф). Основным минералом жил является кварц (от 90 до 99%). Второстепенные минералы представлены в основном слюдами (фенгит, биотит), полевыми шпатами, эпидотом, амфиболом, реже сульфидами, гранатом, апатитом (Мельников и др., 1968).

Самой крупной и перспективной, с технологической точки зрения, является жила 414, которая располагается на южном фланге месторождения.

Жила залегает согласно в биотит-амфиболовых гнейсах и имеет линзовидную форму и субширотное простирание (Кокшин, 2001ф). Кварц, слагающий жилу, от среднезернистого светло-серого гранулированного до полупрозрачного и прозрачного тонко-мелкозернистого. Жила почти мономинеральна: кварц – 99,8%, второстепенные минералы (0,2-0,3 %) представлены в основном слюдами, полевыми шпатами, эпидотом, гидроксидами железа, амфиболом, реже сульфидами, гранатом, апатитом. Наиболее распространены минеральные примеси, образующие в кварцевом стекле прозрачные бесцветные включения (полевые шпаты, слюды, эпидот), причем ведущую роль играют полевые шпаты.

меридиональном направлении на 33 км: от южного берега оз. Увильды на севере до оз. М. Миассово на юге. Месторождение приурочено к центральной части восточного крыла Сысертско-Ильменогорского мегантиклинория (Захарченко, 2000ф; Кузьмин, 1981ф, 1983ф) В строении Аргазинского жильного поля принимают участие породы сысертско-ильменогорского гнейсового комплекса и его сланцевого обрамления. Гнейсовое ядро представлено амфиболитами и амфиболовыми гнейсами с прослоями графитовых кварцитов, объединяемыми в графитовых микрокварцитов игишской свиты.

Наибольшее развитие кварцевые жилы получили в графитовых сланцах и кварцитах игишской свиты, значительно реже отмечаются в гнейсовом комплексе. Жилы, как правило, согласные со сланцеватостью вмещающих пород, имеют субмеридиональное простирание и крутое восточное, реже западное падение под углами 70-30°. Форма жил преимущественно линзовидная, размеры, в основном не превышают 30 м по простиранию, при мощности от одного до двух метров. Отдельные жилы имеют длину по простиранию до 100 м и мощность до 14 м (Неживых, 1963ф).

Месторождение охватывает четыре пространственно разобщенных участка концентрации кварцпроявлений: Увильдинский, Халитовский, Чишминский и Саитовский общей площадью 45 км2. Всего на 4-х указанных участках выявлено гранулированным кварцем. Выделяются жилы, сложенные среднекрупнозернистым гранулированным и молочно-белым кварцем. Все жилы обычно мономинеральны с незначительным содержанием гидроксидов железа, хлорита, мусковита, полевого шпата, турмалина (Сигаев, 1979ф, 1980ф).

Наиболее крупной жилой этого месторождения является жила месторождения. Жила имеет линзовидное строение. Залегает в графитовых субмеридиональное простирание и крутое восточное, реже западное падение под углами 70-80°.

Кварц, слагающий жилу, мелко-среднезернистый гранулированный.

Наиболее «чистый» кварц приурочен к верхней части жилы. Содержание минеральных примесей незначительно (менее 1%). Среди примесей присутствуют гидроксиды железа, хлорит, мусковит, полевой шпат, турмалин, пирит, арсенопирит. По зальбандам жилы развито ожелезнение. Иногда в кварце отмечается присутствие скрытокристаллического агрегата каолинизированных полевых шпатов в виде скоплений по трещинам и мелким пустотам. В зонах контакта с графитовыми кварцитами в трещинах присутствует углистое вещество.

В жиле отмечены участки сильно минерализованного кварца, не соответствующего требованиям, предъявляемым к особо чистому кварцу. Эти участки, как правило, приурочены к выклиниванию жил по простиранию.

Участок жилы вблизи выхода на поверхность (центральная и верхняя часть жилы) сложен отчетливо гранулированным среднезернистым кварцем высокого качества. Остальная часть жилы сложена неравнозернистым неоднородным по структурно-текстурным особенностям кварцем, уступающим по качественным показателям среднезернистому кварцу центральной и верхней части жилы.

Вязовское месторождение приурочено к западному крылу СысертскоИльменогорского мегантиклинория. осложненному складчатыми структурами высоких порядков: Иткульской и Вишневогорской антиклиналями, разделенными Ташкуль-Верхне-Сысертской синклинальной зоной.

В юго-восточной части месторождения обнажается западное крыло Вишневогорской антиклинали. В ядре антиклинали залегают миаскиты Вишневогорского массива, а западное крыло сложено породами борзовской свиты, представленными, в основном, амфиболовыми и биотит-амфиболовыми гнейсами, в меньшей степени эпидот-цоизитовыми амфиболитами. К контакту пород борзовской свиты с ордовикскими отложениями приурочена полоса развития пород ультраосновного состава (Панфилов, 1977). Кроме того, на месторождении встречаются серпентиниты и тальк-карбонатные породы, приуроченные к границе вулканогенно-осадочных пород силура и кристаллических сланцев игишской и сысертской свит.

различные кристаллические сланцы, графитовые и слюдистые кварциты, относимые к игишской свите. Широкое распространение имеют отложения сысертской свиты, залегающие на породах игишской свиты, и представленные гранат-слюдяно-кварцевыми, слюдяно-кварцевыми, амфиболовыми, амфиболслюдяно-кварцевыми сланцами, биотитовыми и амфиболовыми гнейсами с незначительным количеством графитовых кварцитов и графитсодержащих сланцев (Красильников, 1988ф).

метаморфических пород нижнего палеозоя сланцевого обрамления Иткульского и Вишневогорского гнейсовых куполов. Большинство жил залегает в породах игишской свиты. В пределах Вязовского месторождения насчитывается кварцевых жил. Выделены Аракульский и Воскресенский участки концентрации кварцевых жил. Около 2/3 жил и 90% запасов кварцевого сырья месторождения сконцентрировано на Воскресенском участке (Сигаев, 1976ф, 1980ф).

Кварц месторождения представлен гранулированными агрегатами от тонко до крупнозернистыми разностями. Местами встречается крупногигантозернистый стекловидный и молочно-белый кварц. На месторождении наблюдается четкая пространственная связь различных типов кварцевых жил с метаморфической зональностью. Первый тип жил, сложенный тонко- и мелкозернистым гранулированным кварцем, развит только среди пород сысертской свиты, претерпевших метаморфизм в условиях кварц-альбит-зпидотальмандиновой субфации зеленосланцевой фации. Жилы, сложенные среднекрупнозернистым гранулированным кварцем, приурочены главным образом к отложениям игишской свиты, метаморфизм которых соответствует ставролитальмандиновой субфации эпидот-амфиболитовой фации. Жилы с крупнозернистым молочно-белым кварцем приурочены к тектонически ослабленным зонам субмеридионального направления в пределах сысертской свиты и имеют незначительное распространение. Последний тип жил, сложенных гигантозернистым стекловидным с прозрачными участками кварцем, пространственно тяготеет к субширотным нарушениям, оперяющим региональный Ольховский разлом.

По отношению к вмещающим породам жилы подразделяются на согласные и секущие. Особенностью большинства согласных жил является юго-западное склонение от 5 до 14°, совпадающее с общим погружением в этом направлении Вязовской антиклинали и Каганской синклинали. По морфологическим признакам кварцевые жилы подразделяются на плитообразные, неправильно линзовидные, иногда каплевидные. Размеры жил колеблются в широких пределах от единиц до сотен метров по простиранию и от первых десятков см до 8 м по мощности. Протяженность жил по падению по данным геологоразведочных работ не превышает их длины по простиранию. Преобладают жилы в основном согласные с вмещающими породами по простиранию и секущие под небольшим углом по падению. Реже встречаются крутосекущие жилы. Нередко жилы будинированы, как бы “обдавлены” вмещающими породами.

Большая часть объема жил (98-99%) сложена кварцем. Ассоциации минералов-примесей находятся в тесной связи с уровнем метаморфизма вмещающих пород. В жилах, залегающих среди кристаллических сланцев сысертской свиты, минеральные примеси представлены мусковитом, реже альбитолигоклазом, хлоритом, рутилом, пиритом и магнетитом. В жилах, залегающих в графитовых кварцитах игишской свиты, минеральные примеси представлены графитом, слюдой и сульфидами (Страшенко, 2002ф).

Самой крупной жилой месторождения является жила № 5, которая располагается на Воскресенском участке и в которой сосредоточено около четверти запасов всего месторождения. Жила имеет плитообразное строение, залегает согласно с вмещающими породами и характеризуется юго-западным склонением от 5 до 14°, совпадающим с общим погружением в этом направлении Вязовской антиклинали и Каганской синклинали. Кварц жилы представлен равномернозернистыми агрегатами с массивной текстурой. По размеру зерен выделяются тонкозернистые (до 1 мм), мелкозернистые (1-2 мм), среднезернистые (2-5 мм) и крупнозернистые ( 5-10 мм) разности.

Находится на юго-западном крыле южного периклинального замыкания Сысертско-Ильменогорского мегантиклинория (Кейльман, 1970). В строении месторождения принимают участие породы иткульского гнейсового комплекса (PR3) и сланцево-амфиболитового комплекса (О1-3). Породы иткульского комплекса распространены в западной части месторождения и представлены слюдистыми гнейсами с подчиненными маломощными прослоями и линзами амфиболовых гнейсов и амфиболитов. Метаморфиты имеют сравнительно крутое (от 45° до 80°) восток-северо-восточное падение. Широким развитием пользуются дайки гранитоидов, пегматитовых и кварцевых жил, в большинстве случаев имеющих согласное северо-западное простирание.

Сланцево-амфиболитовый комплекс слагает восточную часть участка и включает отложения сысертской свиты, состоящие из амфиболитов, чередующихся с прослоями слюдяно-кварцевых, графито-кварцевых сланцев, амфиболитовых и биотит-амфиболовых гнейсов. С востока по косому тектоническому нарушению толща этих пород контактирует с мощным восьмидесятиметровым горизонтом графито-кварцевых и слюдяно-кварцевых сланцев игишской свиты. Среди пород амфиболитового комплекса наблюдаются мелкие тела глубокометаморфизованных гипербазитов и апогаббровых амфиболитов, превращенных в тальк-карбонатные, тальк-актинолитовые и хлорит-актинолитовые породы (Старун, 1976ф).

Кварцевые жилы приурочены к восточному крылу и замковой части Иткульской антиклинали, а также к западному крылу Ташкуль-Верх-Сысертской синклинали. Пространственно тяготеют к полям развития гранитных даек.

Кварцевые жилы имеют залегание преимущественно согласное с вмещающими породами. Падают на восток и северо-восток под углами 40-80°. Размеры жил в основном не превышают 40 м по простиранию, 15 м по падению, мощность колеблется от 0,5 до 4 м. Форма преимущественно линзовидная или каплевидная (Сигаев, 1964ф).

Кварцевые тела практически мономинеральны с незначительным содержанием пирита, эпидота, апатита, рутила, хлорита, турмалина, полевого шпата и мусковита. Кварц месторождения представлен гранулированными мелко- до крупнозернистых агрегатами. Местами встречается крупногигантозернистый стекловидный и молочно-белый кварц. Кварц характеризуется катакластической и зубчатой структурой, в шлифах наблюдаются признаки деформации: волнистое угасание и замутненность зерен, залеченные сети трещин в реликтовых участках с гигантозернистой структурой. Жилы, сложенные мелко- и тонкозернистым гранулированным кварцем, приурочены исключительно к образованиям сысертской свиты, претерпевшим метаморфизм в условиях зеленосланцевой фации, кварц-альбит-эпидот-альмандиновой субфации (Юрганова. 1965ф).

Жилы, сложенные крупно-среднезернистым гранулированным кварцем, развиты в разнообразных кристаллических сланцах, обрамляющих гнейсовое ядро, метаморфизм которых соответствует эпидот-амфиболитовой субфации (породы игишской свиты и черновской серии). Для кварца характерна гранобластовая и катакластическая структура. Форма зерен удлиненно-овальная и сглажено-угловатая.

Месторождение характеризуется отсутствием крупных кварцевых жил, нестабильностью качества сырья, обилием в кварце газово-жидких включений.

Наибольший интерес для технологов представляет жила № 14, располагающаяся в Дайтовском участке месторождения. Мощность жилы около 10 м. По форме жила представляет собой два кулисообразно залегающих вытянутых линзообразных тела с тупым выклиниванием как по простиранию, так и по падению, и крутым субвертикальным залеганием. Контакт жилы с вмещающими биотитовыми гнейсами с поверхности согласный, а на выклинивании по падению секущий. Сложена гранулированным средне-крупнозернистым кварцем. В качестве второстепенных минералов встречается чешуйки и скопления мусковита, полевой шпат, гранат, гидроксиды железа.

Находится в районе пос. Нижний Уфалей Челябинской области, в 15 км к западу от г. Карабаш. Месторождение представляет собой пластообразную залежь кварцитов мощностью более 50 м. Наибольший интерес представляет массив горы Юрма, расположенный в самой южной части месторождения на левом берегу реки Уфа. Массив сложен чередующимися слоями (от 2 до 50 м) плотных мелкозернистых серых и белых кварцитов гранобластового строения, визуально с четко выраженным гранулированным строением. Породы Юрмы относятся к таганайской свите (возраст около 1,5 млрд. лет), представленной кристаллическими сланцами и кварцитами, с подчиненным значением хлоритоидных и графитовых сланцев. Толщи пород таганайской свиты имеют согласный контакт с нижележащими гнейсами и амфиболитами уфалейской свиты, верхний контакт проходит в пределах переклиналей складчатых таганайских структур по сланцам уреньгинской свиты.

Продуктивные кварциты с гранобластовой структурой и гранулированным строением располагаются среди мелкозернистых разностей тех же пород и образуют пластообразные тела, залегающие согласно со сланцеватостью вмещающих пород. Кварциты состоят на 98% из кварца и небольшого количества слюды, обычно бесцветной, желтовато-белой, золотистого или розоватого цвета.

В качестве акцессорных минералов встречаются циркон, турмалин, рутил (Щеколдин, 1963ф). Кварциты характеризуются низкими содержаниями оксидов титана, железа, алюминия и фосфора при максимальном (из всех кварцитов Кыштымской площади) содержании кремнезема.

ГЛАВА 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОИ

БАЗЫ КВАРЦЕВОГО СЫРЬЯ РОССИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕЕ РАЗВИТИЯ

2.1 Существующие разновидности природного кварцевого сырья и возможности его использования в промышленности В настоящее время основными источниками природного кварцевого сырья являются (Золоев, 1995; Мусафронов, 1999; Цюцкий, 1999; Кусова, 1999):

гидротермальных жил (наиболее известные месторождения жилы «альпийского типа») и в пустотах пегматитовых жил. Кроме того встречается в пустотах и жеодах осадочных пород, но чаще всего не образует в них крупных кристаллов.

Наиболее ценными с практической точки зрения являются кристаллы размером от 3-5 см. Основным критерием пригодности является отсутствие различных дефектов структуры и химическая чистота. Основное ограничение использования этого вида сырья связано с редкостью обнаружения новых месторождений и «отработанностью» известных.

Применение этого типа сырья весьма различно: микроэлектроника, авиация и космонавтика, радиотехника и электроника, изготовление ювелирных изделий и т.д. (Гумеров, 1995).

Прозрачный жильный кварц. Встречается в мономинеральных кварцевых жилах, сложенных гигантозернистым кварцем. Размеры зерен в таких жилах достигают 1 м в длину и до 0,5 м в поперечнике. Подавляющая часть объема жил сложена замутненным кварцем, разбитым большим количеством залеченных трещин. Блоки прозрачного кварца составляют небольшую часть зерен-гигантов и ограничиваются залеченными трещинами. Для плавки прозрачного кварцевого стекла используется только прозрачный кварц, трудностями.

По технологическим свойствам прозрачный жильный кварц уступает горному хрусталю и гранулированному кварцу в связи с наличием значительного количества газово-жидких включений по залеченным трещинам. С большими ограничениями эта разновидность кварца может применяться для плавки прозрачного кварцевого стекла. Прозрачный жильный кварц может с успехом использоваться для получения многокомпонентного оптического стекла повышенной прозрачности, искусственного выращивания пьезокварца и в других направлениях промышленной утилизации с пониженными требованиями к качеству кварцевого сырья (Золоев, 1995).

Гранулированный кварц. Этот тип природного кварцевого сырья так же, как и прозрачный, слагает практически мономинеральные кварцевые регенерационным цементом. По размерам зерен выделяются крупнозернистые (крупнее 5 мм), среднезернистые (2-5 мм) и мелко- и тонкозернистые (менее мм) разности. Происхождение кварцевых агрегатов этого типа связывают со сложными многостадийными процессами, в результате которых происходит преобразование (перекристаллизация) исходной кварцевой породы. Эти изменения легко фиксируются по эволюции строения минеральных индивидов и постепенному их очищению от различных дефектов.

В сложении жил, помимо кварца, принимают участие различные слюды, полевые шпаты, гидроксиды железа, графит и т.д., которые составляют не более объема жил. Большинство минеральных примесей находятся в 1-2% технологическом переделе кварцевого сырья. Такие агрегаты можно считать практически мономинеральными, так как содержание минеральных примесей незначительно (по технологическим характеристикам незначительное содержание минеральных примесей менее < 2%).

Гранулированный кварц по чистоте не уступает горному хрусталю и применяется для плавки прозрачного кварцевого стекла. По заключениям технологов, он служит полным заменителем горного хрусталя для плавки всего ассортимента кварцевых стекол и является наиболее перспективным видом природного сырья для плавки прозрачного кварцевого стекла в связи с высоким качеством и значительными запасами в недрах (Поленов, 1995).

представляют собой образования мономинеральных гидротермальных кварцевых жил. По размерам зерен встречаются разновидности от крупнозернистых до мелко- и тонкозернистых. Характеризуется высокой химической чистотой, в связи с чем применяется во многих отраслях промышленности: для варки многокомпонентного оптического стекла, выращивания искусственного горного хрусталя, для кислотных фильтров, для получения карбида кремния, тонкой керамики, то есть является ценным полезным ископаемым. В некоторых случаях молочно-белый кварц используется и для плавки прозрачного кварцевого стекла.

Основные ограничения в использовании молочно-белого кварца как особо «чистого» кварцевого сырья является обогащенность кварцевых индивидов газово-жидкими включениями, напрямую влияющие на коэффициент светопропускания кварцевого сырья. Но чаще всего газово-жидкие включения приурочены к межзерновым пространствам кварцевых индивидов, что облегчает их устранение при технологическом переделе.

Приведенного перечня применения молочно-белого кварца достаточно для того, чтобы считать работы по оценке его месторождений актуальными. Особенно актуален этот вопрос для месторождений, представленных кварцевыми жилами с гнездами кристаллов пьезооптического кварца. Как правило, ценность молочнобелого жильного кварца во много раз превышает ценность пьезокварца этих месторождений. Поэтому для повышения рентабельности отработки таких месторождений (особенно расположенных в благоприятных физикогеографических и экономических условиях) необходимо производить комплексную оценку, а затем и эксплуатацию этих месторождений на пьезокварц и жильный молочно-белый кварц с использованием его в различных отраслях промышленности (Данилевская и др., 2009).

Кварциты. Применение кварцитов, в качестве кварцевого сырья, зависит от их химической чистоты. Большая часть кварцитов характеризуется содержанием SiO2 менее 95%, что и является решающим фатором их использования в основном как сырье для флюсов, ферросплавов, огнеупоров и карбида кремния (Яговкин, 1995).

гранобластового строения относительно свободны от минеральных примесей и могут быть использованы для плавки химического кварцевого стекла, а так же и в других отраслях промышленности, где применяется молочно-белый кварц.

Особый интерес представляют кварциты с близким к гранулированному кварцу строением. В связи с природным обогащением при рекристаллизации кварцитов в ходе метаморфизма эти кварцевые тела характеризуются относительной химической чистотой и хорошей обогатимостью.

Пегматитовый кварц. Слагает ядра гранитных пегматитов и так называемые силекситы, представлен средне-, крупно-, гигантозернистыми индивидами. Характеризуется содержанием различных примесей, которые находятся в технологическом допуске для использования этого типа кварца для получения высокопрозрачного кварцевого сырья для оптической и электронной промышленности. Основная проблема использования пегматитового кварца состоит в невозможности выплавки из кварцевого гранулята конечного продукта.

Большинство исследователей связывают это с наличием примесей щелочных соединений, что определяет плохую вязкость кварцевого расплава при производстве (Никитин, 1967).

7. Кварцевые пески. В настоящее время в мировом производстве кварцевого сырья этот вид оценивается десятками миллионов тонн в год. Его использование определяется относительной дешевизной и распространенностью месторождений кварцевых песков. Относительная мономинеральность кварцевых песков облегчает его дальнейшую утилизацию, однако, их применение весьма ограничено из-за низких технологических характеристик при обогащении.

Основная отрасль потребления – стекольная промышленность, чаще используются кварцевые пески в строительной, химической и металлургической промышленности (Яговкин,1995).

2.2 Основные технологические требования к кварцевому сырью Кратко технические требования к кварцевому сырью сводятся к следующим (Красильников, 1999; Бурьян и др., 2007; Данилевская и др., 2007):

1. В кварцевом сырье для флюсов, динаса, абразивов, стройматериалов, фильтров, ферросплавов содержание кремнезема должно быть не ниже 94-98%, а оксидов Al, Fe, Cu, Ti 0,1-0,5 до 2-3% по отдельным элементам. Характеристика светопропускания для этого типа сырья не учитывается.

2. В кварцевом сырье, используемом для производства многокомпонентных оптических стекол, непрозрачного кварцевого стекла, металлического кремния, карбида кремния, тонкой керамики, хрусталя, синтеза монокристаллов содержание кремнезема должно составлять 98-99,5%. Вредными примесями являются красящие элементы - Fe, Cu, Ti, Са. Массовое содержание (в ppm) каждого из указанных элементов не должно превышать от 1 10-2 до 110-6.

Другие элементы допускаются в больших количествах. Не ухудшает качества Светопропускание 5-40%.

3. Наиболее жёсткие технические требования предъявляются к кварцу, применяемому для получения прозрачного кварцевого стекла (плавленого кремнезёма). Содержание SiO2 в исходном кварцевом сырье не должно быть ниже 99,98 %, а отдельных элементов не более: железо от 210-4 до 4010-4, алюминий 3010-4, титан 310-4, магний от 310-4 до 710-4, кальций от 310-4 до 1010-4, марганец 610-5, натрий от 1010-4 до 5010-4, калий от 1010-4 до 5010-4.

Суммарное содержание указанных примесей в кварце свыше 810-3 ppm не допускается. Сумма твёрдых минеральных примесей, создающих стекловидные включения, не может быть более 110-3 ppm, а количество твёрдых минеральных примесей, создающих окрашенные включения, должно составлять не более знаков на 1 кг обогащённого концентрата. Светопропускание зёрен кварца не менее 70 - 80% (ТУ 5726-002-1149665-97).

Самым известным в настоящее время производителем особо чистого кварца (ОЧК) является американская компания Юнимин и ее продукт «Йота» (High Purity Quartz Iota (I-Q), UNIMIN, USA).

производитель считается почти полным монополистом на рынке особо чистого кварца (около 70 % потребителей выбирают эту марку). В связи с этим технологические характеристики этого продукта являются эталонными (Edwards, 2001).

Таблица 1.1 Сводная таблица сравнения тнхнических требований к концентратам ведущей компании по производству кварцевого продукта Юнимин, США (UNIMIN, USA) и по данным ТУ 6726-002-11496665-97 в России Требования