Титановые минералы современной прибрежно-морской россыпи о. Страдброук (Вост. Австралия) и пижемской палеороссыпи Среднего Тимана (Россия)

Введение. Остров Страдброук (Вост. Австралия, штат Квинсленд) — один из самых больших в мире островов песка (285 км²) с богатыми растительностью дюнами, огромными запасами рудного и чистого кварцевого песка, добыча которого ведется около Национального парка. Песчаные дюны сформировались в четвертичный период.

Рудные и кварцевые пески в настоящее время добываются поверхностным способом. Энтерпрайз — самый большой рудник, в 2011 г. его выработ ка составила 60 % от всей добычи на острове. Полезные минералы используются главным образом в стекольном производстве, а также в цифровых устройствах, в частности iPad, а также для производства красок, пластмасс, металлов, косметики и в биотехнологиях.

Добыча песка на острове Страдброук началась в 1949 году австралийской компанией ACI (Australian Consolidated Industries). В 2009 австралийская горнорудная компания полезных ископаемых Unimin Australia

Limited приобрела контрольный пакет акций и изменила свое название на Australia Sibelco (2011) [1].

Изменчивость титановой руды и ее дальнейшее поведение при переработке и обогащении напрямую связаны с ее составом и генезисом. Нами были изучены титановые минералы и этапы их преобразования в экзогенных условиях современных прибрежно-морских россыпей Австралии. Необходимость в этом возникла в связи с исследованием подобной, но погребенной Пижемской палеороссыпи на

Среднем Тимане (Россия), в которой по прошествии времени некоторые процессы затушеваны.

Результаты и их обсуждение. В табл. 1 представлены физические свойства и химические формулы основных минералов песков прибрежно-морской россыпи Австралии. Так, ильменит обладает высокой магнитной проницаемостью и электрической проводимостью по сравнению с цирконом, а рутил — низкой магнитной проницаемостью и высокой электрической проводимостью. Минера лы рудных песков месторождения имеют высокую плотность и, как правило, образуют концентрат во время шторма, отделяясь от более легких минералов, в частности кварца, формируя оффшорные их скопления в сильном прибрежном течении.

Оптико-минералогическим анализом (аналитик И. В. Голиусова, ВИМС, Москва), установлен следующий состав песков о. Страдброук, мас. %:

Циркон 0.532

Рутил 0.473

Анатаз 0.007

Ильменит 0.956

Лейкоксен 0.180

Турмалин 0.307

Монацит 0.018

Ставролит 0.006

Гранаты 0.007

Кварц 97.439

Эцидот 0.065

Корунд 0.002

Амфибол 0.006

Пироксен 0.002

Основным компонентом песков является кварц (более 97 %). Менее 3 % приходится на такие минералы, как ильменит, циркон, рутил, турмалин, лейкоксен, на остальные — не более 0.1 %. В электромагнитной фракции преобладают ильменит (39 %)

Таблица 1

Физико-химические свойства минералов рудных песков (о. Страдброук)

Минерал	Промышленно ценный	Магнитная проницаемость, отн. ед.	Проводимость, отн. ед.	Плотность, г/см"’	Химическая формула
Циркон	да	низкая	низкая	4.7	ZrSiO4
Ильменит	да	высокая	высокая	4.5-5.0	Fe.TiO3
Рутил	да	низкая	- « -	4.2-4.3	TiO2
Лейкоксен	да	средняя	- « -	3.5^1.1	Fe.TiO3.TiO2
Монацит	нет	- « -	низкая	4.9-5.3	(Ce,La,Th,Nd,Y)PO4
Гранат	нет	- « -	- «-	3.4^.2	(Fe,Mn,Ca)3.Al2(SiO4)3
Кварц	нет	низкая	- « -	2.7	SiO2

и амфибол (28 %). Остальной объем включает пироксен, гранат, эпидот, хромшпинелиды и ставролит. В неэлектромагнитной фракции титановые минералы представлены рутилом (50 %) и лейкоксеном (20 %), присутствуют турмалин (14 %) и циркон (7 %). В знаковом количестве встречаются монацит, анатаз, титанит, ксенотим и силлиманит (аналитик 3. П. Двойникова, ИГ Коми НЦ УрО РАН). Ильменит представлен округлыми пластинчатыми зернами размером около 0.3—0.4 мм с характерными признаками вторичных изменений. В ходе гипергенного воздействия постепенно менялись химический состав и физические свойства минерала в два четко выраженных этапа: на первом этапе происходили окисление и вынос железа с одновременным обогащением титаном, на втором — кристаллизация рутила [2, 3, 4].

Процесс постепенного преобразования ильменита в рутил прекрасно иллюстрируется на примере Австралийской титановой россыпи (рис.1).

Преобразование ильменита в одном случае проходит вдоль трещин отдельности (рис.1, а), в другом начинается с краевых участков зерна (рис.1, б). На снимке ильменита в электронном излучении (рис. 1, в) хорошо просматривается кайма с повышенным содержанием титана (аналитик В. Н. Филиппов, ИГ Коми НЦ УрО РАН). Количество TiO2 в данном случае увеличивается от 48.86 % в центральной части зерна до 53.37 % в краевой (табл. 2) за счет выноса трехвалетно-го железа. Ильменит замещается вторичными титановыми минералами и превращается в агрегат, главным минералом которого является псевдорутил (рис. 1, г, д) [ 5 ].

Развитие рутила по псевдорутилу до полного его замещения также идет постепенно. На рис. 1, е в рутиловом агрегате еще отмечаются отдельные небольшие реликтовые участки псевдорутила, а на рис. 1, д представлена полная псевдоморфоза рутила с хорошо выраженной сагенитовой решеткой (рис. 1, ж, з). Замещение

Рис. 1. Замещение ильменита титановыми минералами в прибрежно-морских россыпях Восточной Австралии.

Обозначения: 1 — псевдорутил, 2 — рутил, 3 — ильменит.

а — замещения ильменита псевдорутилом (показан стрелкой) (обр. 7а); б — пятнистое распределение зон, обогащенных титаном (обр. 2а); в — периферийные зоны ильменита (серая кайма), обогащенные титаном (обр. 6а); г, д — зернистый агрегат псевдорутила (обр. 4а); е — реликтовые участки псевдорутила в рутиловом агрегате (обр. 4а); ж, з, и — сагенитовый рутил (обр. 5а)

ильменита рутилом через переходную фазу псевдорутила сопровождается выносом Mn и V. Их концентрация относительно объема пластинки минерала резко варьирует. Эта особенность объясняется индивидуальным химическим составом каждого зерна псевдорутила, образующего агрегат (табл. 2).

Например, в обр. 4а в зернах псевдорутила содержание TiO2 колеблется от 60.1 до 66.46 %, отмечается

Таблица2

Химический состав и кристаллохимические формулы титановых минералов

Номер	Компонент, мае. %	Кристаллохимическая
образца] точки	TiO2 | MnO | FeO* | V2O5	формула

Титановые минералы современной россыпи о. Страдброук

1а	1 2 3 (рутил)	52.30 52.66 87.09	5.24 5.28 0.0	38.43 35.66 2.18	0.69 0.0 1.37	Fe 2 о Мп о з Ti 2 7 О 9 Fe 19 Мп о.з2 Ti 2.8 О 9 Fe о.оз Ti 0.9 О 2
	1	59.35	3.55	37.00	0.72	Fe 1 з Мп 0 2 Ti 2.9 О 9
	2	49.06	11.08	41.77	0.89	Fe 2.1 Мп о.бз Ti 2 5 О 9
	3(рутил)	72.55	0.5	22.46	1.25	?е 0.24 Ti 0.8 О 2
	4 (рутил)	76.42	0.9	19.65	1.04	Fe 0.2 Ti 0.8 О 2
За	1	54.78	0.51	30.85	0.76	Fe17 Мп о.оз Ti 3.1 О 9
	1	61.18	2.19	32.68	1.08	Fe 16 Mn 0.1 Ti 3 07 О 9
4а	2	66.46	0.41	27.01	0.86	Fe 14 Mn 0.02 Ti 3.4 О 9
	3	60.21	2.59	36.57	0.0	Fe i ss Mn 0.1 Ti з об О 9
5а	1 (рутил)	87.85	0.0	0.83	1.08	Fe 0.01 Ti 0.9 О 2
	центр	48.86	0.58	51.02	0.77	Fe o,85 Mn 0.01 Ti 0.8 О 3
6а	кайма	53.37	0.72	51.39	0.0	Fe 0.7 Mn 0.01 Ti 0.9 О 3
	кайма	53.26	0.69	42.14	0.93	Fe 0.7 Mn 0.01 Ti 0.9 О 3

Титановые минералы Пижемской палеороссыпи

	1 (рутил)	55.41	0.7	17.33	0.0	Fe 0 23 Ti 0.73 О 2
	2	55.25	0.51	37.55	0.0	Fe2.o Mn о.оз Ti 2.9&O 9
In	3	55.06	1.11	34.07	0.0	Fej 9 Mn 0.07 Ti 305O 9
	4	50.83	4.5	28.95	0.0	FeI 64 Mn 0.3 Ti 2.9O 9
	5	56.70	0.57	37.85	1.05	FeL64 Mn 0.3 Ti 2.9O 9
	1	55.13	1.59	34.07	0.0	Fei gg Mn 0.1 Ti з обО 9
2n	2	53.04	5.22	30.14	1.01	Fei 69 Mn 0,3 Ti 2.970 9
	3(рутил)	92.66	0.0	1.1	1.1	Fe 0.01 Ti 0.97 О 2
3n	1	51.99	4.08	30.45	0.0	Fei 76 Mn o.26 Ti 3 2O 9
4n	1	53.70	2.11	33.31	0.0	FeI 86 Mn 0.1 Ti 3 0 О 9
5n	1	54.93	3.45	36.39	0.0	Fei 93 Mn 02 Ti 2.9О 9
	2	56.45	2.82	37.50	0.0	Fei 95 Mn 0.16 Ti 2.9 О 9
6n	1	55.02	1.57	34.92	0.0	Fei 93 Mn o.o9 Ti 3.04 О 9
	1	53.80	5.57	33.79	0.0	Fei g Mn 0.34 Ti 2.9 Og
	2	53.88	4.5	32.66	0.65	Fej g Mn 0.28 Ti 3 0 O9
7n	3	54.08	4.47	33.58	0.72	Fej 82 Mn 0,27 Ti 2.9 O9
	5	54.61	1.85	34.09	0.0	Fei 86 Mn 0.1 Ti 2.98O9
	6	55.23	2.01	34.62	0.0	Fei ge Mn 0.1 Ti 2.98O9
8 n	1 (рутил)	92.17	0.0	0.0	0.0	Fe 0.02 Ti 0.9 О 2

резкое сокращение количества оксидов марганца (до 0.41 %) и ванадия (до 0.86 %). При этом надо отметить, что австралийский ильменит и его разности в целом характеризуются весьма высоким содержанием MnO — от 5.24 до 11.08 % (табл. 2). Неравномерное распределение оксидов железа, титана и марганца в зернах измененного ильменита хорошо демонстрируется на снимках, произведенных в режиме характеристического рентгено- вского излучения (рис. 2). В участках замещения ильменита псевдорутилом концентрации указанных элементов резко варьируются из-за разных количественных соотношений основных компонентов в каждом его зерне, тогда как в области развития рутила эти соотношения почти одинаковые.

Гораздо сложнее ситуация с титановыми минералами Пижемской россыпи на Среднем Тимане. Дело в том, что лейкоксен, поступивший в девонскую прибрежно-морскую россыпь, не подвергался процессам гипергенеза (рис. 3, а, б). Источником титановых минералов в пижемской россыпи являются широко распространенные ильменитсодержащие метапелиты, образовавшиеся в разных условиях метаморфизма [6]. Однако генезис лейкоксена в метаморфических породах трактуется неодинаково. Одни специалисты предполагают, что он развивался по ильмениту в условиях диафтореза как вторичный агрегат титановых минералов [7], а другие считают, что образование лейкоксена происходило еще на стадии диа- и катагенеза и заканчивалось на низкотемпературных стадиях регионального метаморфизма до появления биотита [8]. При этом никто не оспаривает метаморфогенную природу лейкоксена.

Пижемская палеороссыпь, расположенная в среднем течении р. Печорской Пижмы на Среднем Тимане, приурочена к нижней толще малору-чейской свиты (D 2 mrc) и залегает с угловым и стратиграфическим несогласием на метаморфических сланцах верхнего протерозоя [9]. Рудовмещающие породы представлены ритмично переслаивающимися олигомиктовыми песчаниками, гравелитами, алевролитами и глинами. Основной объем тяжелой фракции составляет лейкоксен, который является агрегатом. Также отмечаются псевдорутил, ильменит и рутил, которые могут входить в его состав. Встречаются циркон, анатаз, куларит, монацит [9]. В песчаниках наше внимание привлек-

Рис. 2. Концентрация элементов (Ti, Fe, Mn) в зернах титановых минералов из россыпи Вост. Австралии (обр. 2, а); снимки сделаны в режиме характеристического рентгеновского излучения

Рис. 3. Пойкилобласты титановых минералов в рифейских сланцах.

а — пластинки лейкоксена с пойкилитовыми включениями кварца в сланце покьюс-кой свиты, шлиф снят без анализатора; б — замещение рутилового агрегата ильменитом (1 — рутил, 2 — ильменит, 3 — кварц)

ли выделения титанового минерала (черного цвета), имеющие форму, близкую к пластинчатой. Микрозон-довое исследование показало, что они, по существу, являются рыхлым титановым агрегатом с многочисленными пойкилитовыми включениями кварца (рис. 4, а). По химическому составу он отвечает псевдорутилу, развивающемуся по ильмениту в Пижем-ской россыпи. Псевдорутил ранее был выявлен рентгено-дифрактометрическим методом [10]. Но нашими рентгеновскими исследованиями подтвердить наличие этого минерала не удалось (аналитик Б. А. Макеев). В редких случаях встречается ильменит в кварцевой «рубашке» без каких-либо вторичных изменений (рис. 4, г). Титановые минералы характеризуются повышенным содержанием марганца (до 5.22 %). Высокое содержание оксидов марганца в тиманских титановых минералах является их особенно стью, что отмечалось другими и нашими исследованиями по отношению к таким же минералам из метаморфических сланцев, являющихся коренными источниками для палеороссыпи Пижемского месторождения [11]. Повышенное количество марганца характерно и для современных австралийских титановых россыпей, что может указывать на одинаковый генетический тип коренного источника для сравниваемых россыпей, а именно метаморфогенный. По количеству ванадия Пижемская россыпь значительно (в несколько раз) уступает Австралийской (табл. 2). По результатам микрозондового анализа в пижемс-ком псевдорутиле количество оксидов железа достигает 17.3, марганца 0.7 и ванадия 1.1 %. В зернах минерала отмечается неравномерное распределение оксидов железа, титана и марганца. При исследовании зерен псевдорутила микрорентгеноспектральным

(зондовым) методом в режиме характеристического рентгеновского излучения проявились значительные колебания количества марганца и железа на фоне относительно равномерного распределения титана: в краевых участках псевдорутилового агрегата содержание марганца возрастает, тогда как содержание железа падает.

Заключение. Комплексом минералого-аналитических методов было проведено сравнительное изучение минерального состава, морфоструктурных характеристик и степени из-мененности минералов современной прибрежно-морской россыпи о. Страдброук (Вост. Австралия) и Пи-жемской палеороссыпи Среднего Тимана (Россия).

Установлено, что в рудных песках о. Страдброук преобладает ильменит, а в Пижемском титановом месторождении — лейкоксен. Палеороссыпи Пижмы представляют более трудно-обогатимые руды вследствие преобладания в них сложных титановых (и не только) образований, наряду с главными рудными компонентами присутствуют другие металлы, форма нахождения которых может быть различная (изоморфная примесь, самостоятельные минеральные фазы).

Для указанных россыпей характерен комплексный характер полезных минералов. Кроме основных рудных концентратов можно получить попутную нерудную продукцию, что повышает эффективность освоения россыпей.

Особенности минерального состава песков определяют выбор методов первичной переработки и после-

Рис. 4. Титановые минералы — псевдорутил (1), кварц (2), рутил (3), ильменит (4) — Пижемской палеороссыпи: а — в — псевдорутил с пойкилитовыми включениями кварца (обр. 3 п, 4 п, 6 п); г — сагенитовая решетка рутила с включениями кварца, обр. 8 п; д — ильменит в кварцевой «рубашке», в центре зерна включение циркона ярко-белого цвета (обр. 9 п); е — псевдорутил и сагенитовая решетка рутила (обр. 1 п); ж — и — картины концентрации титана, железа и марганца в титановых минералах (обр. 1 п), снятые в режиме характеристического рентгеновского излучения

дующих способов разделения минералов. Технологические свойства рудообразующих минералов, в первую очередь плотностные и магнитные, указывают на близость рассматриваемых россыпей и требуют проведения дальнейших исследований для разработки методов направленного изменения физико-химических параметров для повышения их контрастности. Полученные нами результаты исследования физических свойств, особенностей минерального состава, морфоструктурных характеристик и степени измененности титановых минералов из россыпей, указывают на перспективность использования физических методов обогащения (флотации, гравитационной и магнитной сепарации) и на возможность применения комбинированных методов.

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта программы РАН № 12-М-35-2055.