О явлениях метаморфизма хромшгшнелида хромовых руд на примере Урала. Камбулатовское, Верхне-Уфалейское и Варшавское месторождения

В статье продолжена характеристика мета-морфогенных изменений рудного хромшпинелида в хромовых рудах уральских месторождений. Ме-таморфогенные изменения хромшпинелида Кам-булатовского, Верхне-Уфалейского (Южная залежь Песчанского месторождения Верхне-Уфалей-ской группы месторождений) и Варшавского месторождений описаны в минералого-технологических пробах хромовых руд, поступающих на ЧЭМК. Всего изучено 6 проб хромовой руды, по 2 пробы, весом 5-6 кг, с каждого месторождения.

Камбулатовское месторождение

Месторождение представлено двумя пробами сплошной хромовой руды массивной текстуры (соответственно № 1 и № 2 в таблице). Хромовая руда имеет простой минеральный состав: хромшпинелид (80-85 %) и хлорит (15-20 %).

Хромшпинелид составляет зернистый агрегат с хлоритом. Размер зерен хромшпинелида 0,2-2 мм. Зерна хромшпинелида неравномерно катаклазиро-ваны, до размера отдельных обломков 0,01-1,5 мм. Наблюдаются линейные, взаимно пересекающиеся зоны тонко катаклазированного хромшпинелида. Метаморфизм хромшпинелида проявлен либо в виде кайм, развитых по обломкам первично-магматического хромшпинелида (рис. 1), либо в виде включений размером 0,01-0,1 мм (рис. 2). Химический состав первично-магматического и метамор-фогенного хромшпинелида (см. таблицу, рис. 3) резко различен. Метаморфогенный хромшпинелид содержит меньше шпинелевой и больше магнетитовой составляющих. Одновременно в метаморфо-генном хромшпинелиде уменьшается содержание минала магнезиохромита (в связи с выносом MgO) и несколько увеличивается содержание минала якобсита. Отражательная способность метаморфо-генного хромшпинелида значительно выше чем у первично-магматического хромшпинелида. Хромшпинелид изученных проб Камбулатовского месторождения метаморфизован на 25-30 %.

Хлорит по данным рентгеноспектрального микроанализа (РСМА), содержит FeO = 0,98-1,14%; MgO = 35-41 %; Cr2O3 = 2,34 - 3,76 %; А12О3 = = 10,5 - 10,8 %; SiO2 = 35,2 - 36,1 %. Рассчитанные для двух анализов хлорита кристаллохимические формулы позволяют отнести хлорит к разновидностям хромового клинохлора-пеннина [7]:

(Fe 0,090 Mg 4,942) 5,032 (Cl 0,280 Al 0,56s) 0,845

[Al 0,600 Si 3,4oo] 4,000 (ОН) 8;

(Fe+20,074 Mg 5,549) 5,623 (Cr 0,168 Al 0,351) 0,519 [Al 0,804 Si 3,19б] 4,000 (OH) g.

Рис. 1. Катакпазированный хромшпинелид Камбулатовского месторождения. 1 - хромшпинелид первично - магматический; 2 - хромшпинелид метаморфогенный; 3 - хлорит. Отраженный свет

Верхне-Уфалейское месторождение (Южная залежь Песчанского месторождения)

Две пробы (№ 3, 4) хромовой руды месторождения несколько различаются по количеству основного минерала - хромшпинелида. Проба № 3 содержит около 90 % хромшпинелида и 10 % хлорита, представляя собой сплошную хромовую руду массивной текстуры. Зерна первично-магматического хромшпинелида размером 0,05-4 мм в разной степени катаклазированы до размера обломков 0,01—1 мм. Плоскостные зоны тонкого дробления хромшпинелида шириной 0,2-1 мм проходят через весь образец.

Проба № 4 (образец № 4 в таблице) содержит 70-80 % хромшпинелида и 20-30 % хлорита, представляя собой густовкрапленную хромовую руду пятнистой текстуры. Пятнистая текстура обусловлена неравномерным распределением скоплений зерен хромшпинелида и хлорита. Зерна хромшпинелида размером 0,05-4 мм сильно катаклази- рованы, до размера отдельных обломков 0,01-1 мм. Через весь образец проходят зоны тонкого дробления хромшпинелида шириной до 1-2 мм.

Характер метаморфизма хромшпинелида пробы № 3 морфологически сходен с метаморфизмом хромшпинелида Камбулатовского месторождения. По данным РСМД, в метаморфогенном хромшпинелиде возрастает содержание Сг2О3 в сравнении с первично-магматическим хромшпинелидом (см. таблицу, анализ № 12). Это вызывает повышение в метаморфогенном хромшпинелиде содержания минала феррохромита с одновременным снижением содержания минала магнетита. Хромшпинелид пробы метаморфизован на 5-10 %.

Рис. 2. Включения метаморфогенного хромшпинелида (2) в первично-магматическом хромшпинелиде (1). 3 - хлорит. Камбулатовское месторождение. Отраженный свет

Метаморфогенный хромшпинелид пробы № 4 имеет весьма разнообразную морфологию выделений, развиваясь по ослабленным зонам (нераскрытым и раскрытым трещинам) зерен первичномагматического хромшпинелида (рис. 4). Нередко метаморфогенный хромшпинелид нацело, или в виде участков тонкозернистых агрегатов, замещает первично-магматический хромшпинелид (рис. 5). В зонах милонитизации мелкие обломки хромшпинелида обычно нацело метаморфизованы.

Метаморфизм хромшпинелида пробы № 4, по данным РСМД, сопровождается:

• •    понижением содержания А1₂О₃;

• •    повышением содержания Сг₂О₃;

• •    неоднозначным поведением содержания MgO.

При этом в метаморфизованном хромшпинелиде уменьшается содержания миналов шпинели и феррохромита, при увеличении содержаний миналов магнезиохромита, якобсита и магнетита.

Хромшпинелид пробы №4 метаморфизован на 60-70 %.

В целом для проб № 3, 4 метаморфизм хромшпинелида сопровождается увеличением его отражательной способности.

Хлорит в рудах заполняет межзерновые промежутки и раскрытые трещины в хромшпинелиде, образует включения в агрегатах метаморфизованного и первично-магматического хромшпинелида. По данным РСМД хлорит содержит 0,64 % FeO; 36,8% MgO; 2,48% Cr2O3; 10,0 % Д12О3; 33,1 % SiO2, что соответствует кристаллохимической формуле хромового пеннина [7]:

(Fe 0,053 Mg 5,401) 5,453 (Сг 0,193 Al 0,419) 0,612

[Al 0,742 Si _3>25s] 4,000 (OH) 8

Варшавское месторождение

Месторождение представлено двумя (№ 5, 6) сходными между собой пробами густовкраплен-ной хромовой руды. Зерна хромшпинелида размером 0,3-5 мм слагают зернистый агрегат, с межзерновыми промежутками, заполненными хлоритом. Трещиноватость зерен хромшпинелида преимущественно крупноблочная, с размером отдельных обломков 0,5-4 мм. Хлорит выполняет трещины в хромшпинелиде и образует многочисленные включения внутри зерен хромшпинелида.

Характер метаморфизма хромшпинелида Варшавского месторождения морфологически отличается от вышеописанных Камбулатовского и Верхне-Уфалейского месторождений. Метаморфизм хромшпинелида глубокий, реликты неизмененного (первично-магматического) хромшпинелида наблюдаются в центральных частях зерен (рис. 6), краевые зоны зерен хромшпинелида метаморфизованы. Иногда зерна и обломки хромшпинелида метаморфизованы нацело (рис. 7). Метаморфогенный хромшпинелид имеет неравномерную, несколько повышенную в сравнении с первично-магмати-ческим хромшпинелидом отражательную способность. Метаморфизованная зона зерна хромшпинелида насыщена закономерно ориентированными включениями хлорита (0,001—0,05 мм), реже - магнетита (0,001-0,01мм), еще реже встречаются вкрапленники гематита (0,001-0,02 мм) (см. рис. 5, 6). Граница между зонами первично-магматического и метаморфогенного хромшпинелида устанавливается не всегда. Метаморфогенный хромшпинелид, по данным РСМА, имеет крайне неоднородный химический состав (см. таблицу). Метаморфизм хромшпинелида сопровождается:

• •    выносом А1₂О₃;

• •    увеличением содержания Сг₂О₃;

• •    небольшим увеличением железистости;

• •    небольшим уменьшением содержания MgO.

В метаморфогенном хромшпинелиде уменьшается доля шпинелевого минала, увеличиваются со-

Серия «Металлургия», выпуск 5

Таблица

Химический состав хромшпинелида Камбулатовского, Верхне-Уфалейского и Варшавского месторождений (масс. %), по данным рентгеноспектрального микроанализа

Месторождение	Камбулатовское								Верхне-Уфалейское										Варшавское
№ пробы	1				2				3				4						5					6
Метаморфизм*	п	м	п	п	п	п	м	м	п	п	м	м	п	м	п	м	П	м	п	п	п	п	м	п	м
№ анализа	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
Компоненты
Ст2О3	58,9	57,9	61,1	58,3	56,2	55,2	56,6	53,9	58,0	55,8	55,7	60,2	46,8	52,3	45,8	61,1	46,7	54,0	42,4	41,2	41,0	42,5	58,4	41,5	55,4
А12О3	8,60	2,51	9,50	9,69	И,4	11,6	2,17	2,27	12,3	13,4	5,54	4,91	24,0	11,5	24,4	6,57	24,4	7,61	23,3	23,0	23,4	22,4	6,16	20,7	12,0
Ре2О3	3,98	10,0	2,75	3,67	5,06	4,32	11,8	13,1	2,48	2,82	9,9	5,27	1,59	11,98	1,15	6,31	0,83	Н,7	4,33	5,75	5,44	5,07	5,71	5,26	1,68
FeO	15,1	19,2	10,0	12,5	13,2	13,1	20,9	18,6	14,0	13,7	20,3	22,0	13,0	6,12	12,6	11,2	12,0	14,1	18,4	15,9	13,4	15,4	19,2	20,7	24,0
MgO	11,4	7,93	15,10	13,20	13,2	12,9	6,87	7,80	13,0	13,1	7,90	6,60	15,2	18,1	15,2	14,2	15,7	12,5	11,5	12,8	14,20	13,0	8,59	9,10	6,42
MnO	0,57	0,68	0,18	0,41	0,32	0,34	0,67	0,57	0,28	0,26	0,56	0,74	0,23	0,28	0,19	0,32	0,21	0,35	0,23	0,22	0,21	0,21	0,36	0,22	0,25
TiO2	0,18	0,18	0,17	0,22	0,12	0,13	0,10	0,08	0,12	0,10	0,15	0,10	0,30	0,25	0,27	0,28	0,33	0,32	0,40	0,38	0,33	0,37	0,18	0,30	0,17
Сумма	98,7	98,4	98,8	98,0	99,5	97,6	99,1	96,3	100,1	99,1	100,0	99,8	101,1	100,5	99,6	100,0	100,2	100,6	100,6	99,3	98,0	99,0	98,6	97,7	99,9
Магнезиохромит MgOCr2O3	38,63	33,62	54,74	45,58	41,65	40,60	28,94	34,13	38,75	37,53	27,22	22,27	26,93	64,30	26,58	55,34	28,79	45,02	10,84	17,79	24,01	19,95	29,78	4,45	8,07
Феррохромит FeOCr2O3	42,86	47,49	27,32	34,53	34,66	35,98	50,43	42,56	40,18	39,20	50,31	62,93	36,82	1,77	36,79	25,56	35,11	26,68	49,48	40,40	33,63	40,00	52,58	57,31	72,31
Шпинель MgOAlA	12,15	3,56	13,41	13,79	15,98	16,58	3,06	3,28	17,14	18,86	7,73	6,87	33,13	15,96	34,20	9,17	33,97	10,56	32,33	32,33	33,34	31,58	8,72	29,54	16,71
Ульвит 2 FeOTiO2	0,51	0,51	0,48	0,63	0,34	0,37	0,28	0,23	0,34	0,28	0,42	0,28	0,83	0,70	0,76	0,78	0,92	0,89	1,И	1,07	0,94	1,05	0,51	0,86	0,48
Якобсит MnOFe2O3	1,88	2,25	0,59	1,36	1,05	1,13	2,20	1,92	0,91	0,85	1,82	2,41	0,74	0,91	0,62	1,04	0,68	1,13	0,74	0,72	0,70	0,69	1,19	0,73	0,81
Магнетит FeOFe2O3	3,95	12,54	3,44	4,07	6,32	5,28	15,09	17,73	2,68	3,27	12,50	5,24	1,54	16,36	1,05	8,10	0,52	15,71	5,50	7,68	7,34	6,73	7,20	7,06	1,62

* Метаморфизм: «п» - хромшпинелид первично-магматический; «м» - хромшпинелид метаморфизованный.

Толканов О. А., Чернобровин В.П.,                   О явлениях метаморфизма хромшпинелида

Ослоповских В.Н., Пашкеев И.Ю. _____________________________ хромовых руд на примере Урала...

Камбулатовское месторождение, хромшпинелид первично-магматический (анализ №6)

Камбулатовское месторождение, хромшпинелид метаморфогенный (анализ №7)

Верхне-Уфалейское месторождение, хромшпинелид первично-магматический (анализ №10) '

Верхне-Уфалейское месторождение, хромшпинелид метаморфогенный (анализ № 12)

Варшавское месторождение, хромшпинелид первично-магматический (анализ №21)

Варшавское месторождение, хромшпинелид метаморфогенный (анализ №23)

42%

Рис. 3. Химический состав первично-магматического и метаморфогенного хромшпинелида (месторождения: Камбулатовское, Верхне-Уфалейское, Варшавское)

Рис. 4. Метаморфогенные изменения первично-магматического хромшпинелида по трещинам и с краев зерен. Верхне-Уфалейское ■ месторождение. 1 - первично-магматический хромшпинелид; 2 - метаморфогенный хромшпинелид; 3 - хлорит. Отраженный свет

Рис. 5. Метаморфогенный хромшпинелид, участками замещающий первично-магматический хромшпинелид. Верхне-Уфалейское месторождение. 1 - первично-магматический хромшпинелид; 2 - метаморфогенный хромшпинелид; 3 - хлорит. Отраженный свет

Рис. 6. Реликты первично-магматического хромшпинелида в центральных зонах зерен метаморфогенно-го хромшпинелида. Варшавское месторождение. 1 - первично-магматический хромшпинелид; 2 - метаморфогенный хромшпинелид; 3 - магнетит (?); 4 -гематит; 5 - хлорит. Отраженный свет

Рис. 7. Метаморфогенный хромшпинелид Варшавского месторождения. 1 (2) - хромшпинелид, в различной степени метаморфизованный; 3 - магнетит (?); 4 -гематит; 5 - хлорит. Отраженный свет

держания феррохромитового и, частично, магнезиохромитового миналов. Содержание магнетитового минала изменяется без видимой закономерности.

Неравномерность отражательной способности свидетельствует о разнообразии химического состава образующегося метаморфогенного хром-пшинелида, что подтверждается при РСМА.

Метаморфические изменения хромшпинелида Варшавского месторождения сопровождаются появлением минералов железа в форме оксидов: магнетита (?) и гематита. «Магнетит» образует включения некристаллографической формы размером 0,0010,01 мм. По химическому составу «магнетит» содержит 2,85-3,52 % Сг2О3 (по данным РСМА). Отражательная способность хромсодержащего «магнетита» ниже окружающего хромшпинелида (более или менее метаморфизованного). Гематит образует редкие включения размером 0,001-0,02 мм, содержит, по данным РСМА, до 4,6 % Сг2О3 и до 1,8 % А12О3.

Химический состав хлорита хромовой руды Варшавского месторождения (по данным РСМА): FeO = = 0,49 - 3,19 %; MgO = 27,7 - 37,0%; Сг2О3 = 0,98 -- 5,23 %; А12О3 = 18,7 - 23,2 %; SiO2 = 25,7 - 33,6 %.

Рассчитанные кристаллохимические формулы позволяют отнести хлорит к разновидностям от хромсодержащего до хромового корундофиллита -прохлорита [7]:

(Ге "о,256 Mg 4 401) 4.658 (Cl 0,398 Al 0,96s) 1,363

[Al 1,404 Si 2,596] 4,000 (ОН) в; ■

(Ге^т"_о,о47 Mg 4,9is) 4,962 (Of 0,069 Al 0,95g) 1,027 [Al 1,006 Si 3,994] 4,000 (OH) ₈.

Обсуждение результатов и выводы

Хромшпинелид изученных проб хромовых руд Камбулатовского, Верхне-Уфалейского (Южно-Песчанская залежь) и Варшавского месторождений метаморфизован. Характер метаморфогенных изменений хромовых руд вследствие метаморфизма хромшпинелида в целом сходен с изменениями хромовых руд Верхне-Уфалейского (Волчьегорское и северо-западная залежь Песчанского месторождения) и Качкинского месторождений, отличаясь некоторыми особенностями:

• 1 .При изменении химического состава зерен (участков) метаморфогенного хромшпинелида в сравнении с зернами (участками) первично-магматического хромшпинелида обогащение остаточным Сг₂О₃ происходит, вероятно, до определенной стадии метаморфизма, после чего Сг₂О₃ уже выносится [2] (см. анализы № 1-8 в таблице).

• 2 .Образованные в результате метаморфизма хромшпинелида метаморфогенные структуры хромовых руд сходны с описанными структурами руд Верхне-Уфалейского и Качкинского месторождений, отличаясь морфологическими и размерными характеристиками структурных элементов. Мета-морфогенный хромшпинелид формирует:

• •    каймы вокруг зерен и обломков первичномагматического хромшпинелида (каемчатая ме-таморфогенная структура);

• •    включения в первично-магматическом хромшпинелиде (прожилково-вкрапленная метаморфо-генная структура);

• •    сплошные замещения участков первичномагматического хромшпинелида (сплошная мета-морфогенная структура¹);

• •    участки метаморфизма зерен и обломков первично-магматического хромшпинелида с образованием закономерных прорастаний хлорита в метаморфогенном хромшпинелиде (решетчатая метаморфогенная структура)..

• 3 .Наличие гематитизации (аналога мартити-зации магнетита [2]) хромшпинелида.

• 4 . Наличие магнетитизации (?) хромшпинелида.

Факт магнетитизации хромшпинелида Варшавского месторождения в процессе метаморфизма нуждается в уточнении по двум причинам:

• •    исторически магнетитизация в процессе метаморфизма хромшпинелида была отвергнута А.Г. Бетехтиным [1];

• •    отражательная способность включений в метаморфогенном хромшпинелиде Варшавского месторождения, условно отнесенных нами к магнетиту, меньше вмещающего их хромшпинелида.

• 2 . Кашин С. А. Метаморфизм хромшпинелидов в хромитовых месторождениях Верблюжьих гор (на Южном Урале)// Хромиты СССР. — М., 1937. -Т. 1. -С. 251-338.

• 3 . Павлов Н.В., Кравченко ГГ, Чупрынина И.И. Хромиты Кемпирсайского плутона. - М.: Наука, 1968. -197 с.

• 4 .Пономарева М.Н., Павлов НВ. Об отражательной способности минералов изоморфного ряда магнетит -магнезиоферрит//Геология рудных месторождений. -1964. -№ 1,—С. 99—101.

• 5 .Пономарева М.Н., Павлов Н.В., Чупрынина И.И. Определение состава некоторых минеральных видов хромшпинелида по показателям отражения// Геология рудных месторождений. -1964. -№3.-С. 103-106.

• б .Рамдор П. Рудные минералы и их срастания. —М.: ИЛ, 1962. -1132 с.

• 7 .Сердюченко Д.П. Хлориты, их химическая конституция и классификация. - Труды Ин-та геол, наук АН СССР, Минералого-геохимическая серия. -1953. - Вып. 140. -№ 14. - 338 с.

• 8 . Справочник-определитель рудных минералов в отраженном свете/ Т.Н. Чвилева, М.С. Без-смертная, Э.М. Спиридонов и др. - М.: Недра, 1988.-504 с.

Данные исследователей относительно пределов вариаций отражательной способности хром-шпинелидов и магнетитов различного химического состава неполны, иногда противоречивы. Для хромшпинелида называются цифры значений отражательной способности R = 12 - 16 % [6], R = 13 -- 17 % [8], R= 10,0- 13,2 % [3, 5], R = до 22,8 % (в метаморфизованных разностях, Абовян - 1957) [3]. Для разновидностей магнетита называется не менее широкий спектр возможных значений: R = = 14,8 - 20 % (в зависимости от содержания примесей Сг и А1) [8], R = 26,6 - 32,0 % (в зависимости от содержаний MgO и А12О3) [4]. Приведенные данные позволяют допустить возможность совместного нахождения метаморфогенного хромшпинелида и метаморфогенного магнетита с отмеченным соотношением отражательных способностей. Данные химического состава включений (РСМА) и результаты травления аншлифа в соляной кислоте (минерал травится в соляной кислоте с переходом в раствор железа и незначительного количества Сг3+) позволяют с большой долей уверенности диагностировать магнетит, возможно с примесью молекулы маггемита, однако нельзя исключить более сложный минеральный состав описанных существенно железосодержащих включений. Например, возможно присутствие гётита, с чем может быть связано понижение отражательной способности включений.

С присутствием в хромовых рудах Варшавского месторождения свободных оксидных минеральных форм железа метаморфогенного происхождения связывается уменьшение температуры начала карботермического восстановления руд при их технологическом переделе. Вместе с химическим составом хромшпинелида и степенью его окисленно-сти (т.е. отношением Fe2O3/FeO в хромшпинелиде), оксидные минеральные формы железа повышают скорость и понижают температуру восстановления хромовых руд.

Из-за пониженного отношения Cr/Fe в хромшпинелиде и, соответственно, в рудах, получается высокоуглеродистый (передельный) феррохром с пониженным содержанием хрома в металле.

За время практического использования хромовых руд уральского региона на ЧЭМК (19961999 гг.) создан термин: уральские хромовые руды. Одним из результатов изучения вещественного состава хромовых руд различных месторождений Урала стало понимание относительной условности объединения хромовых руд разных месторождений Урала в одном термине. Хромовые руды уральских месторождений весьма неоднородны по составу и строению как при сравнении различных месторождений, так и в пределах одного отдельно взятого месторождения, что требует дифференцированного подхода при их технологической переработке.