Платинометальная минерализация Урала
Содержание
1. Введение…………………………………………………………
2. История открытия и разработки платины на Урале………………………...-4-
3. Геологическая позиция и строение массивов дунит-клинопироксенит-
4. Платино-хромитовые месторождения и рудопроявления в дунитах Платиноносного пояса Урала………………………………………………....-8-
5. Платиноидная минерализация в магнетитовых рудах Качканарского и Гусевогорского месторождений Нижнетагильского массива………………-12-
6. Платиновые россыпи Урала…………………………………………………..-15-
7. Различия платино-хромитит-дунитовой и палладиево-
8. Общие выводы по платиноидным месторождениям и рудопроявлениям Платиноносного пояса Урала………………………………………………………-19-
9. Список литературы……………………………………………………
Введение
Платина получила свое название от испанского слова platina, уменьшительного от plata – серебро. Так пренебрежительно назвали светло-серый металл, изредка попадавшийся среди золотых самородков, испанские конкистадоры – колонизаторы Южной Америки, около 500 лет назад. Никто не мог тогда предположить, что в конце второго тысячелетия платина (Pt) и элементы платиновой группы (ЭПГ): иридий (Ir), осмий (Os), рутений (Ru), родий (Rh) и палладий (Pd), получат широкое применение в разных отраслях науки и техники, а по своей стоимости будут превосходить золото. Тем более, никто не знал в те далекие времена, что одним из главных поставщиков платины и платиноидов на мировой рынок станет в XIX веке Урал, который удержит лидирующее положение по добыче платины в течение 100 лет.
Согласно современным представлениям, основными источниками платиноидов являются их собственные месторождения и месторождения, из которых платина и другие металлы Pt-группы добываются попутно. Собственные платиновые месторождения, в свою очередь, делятся на эндогенные (связанные с глубинными источниками) и экзогенные (образующиеся в результате процессов, происходящих на поверхности Земли). К эндогенным месторождениям относятся магматогенные, скарновые и гидротермальные. К экзогенным – россыпные, месторождения кор выветривания и собственно осадочные месторождения. [3]
Магматогенные месторождения ЭПГ связаны с интрузиями основных пород (базальтов, долеритов и др.) и концентрически-зональными ультраосновными массивами и образовались в результате кристаллизации магматических расплавов. Скарновые месторождения, как правило, формируются при взаимодействии магматических пород с карбонатными осадочными (известняки) или метаморфическими (мрамора) породами. При понижении температуры, в процессе становления интрузивных массивов, в них происходит обособление высокотемпературных, минерализованных растворов, которые циркулируют по трещинам и полостям в горных породах и после своей окончательной кристаллизации формируют гидротермальные жильные месторождения.
Среди них наибольшее экономическое значение имеют россыпные месторождения платины. Благодаря своей высокой плотности, колеблющейся в природных образцах от 15 до 19 г/см3, платиноиды с трудом переносятся водными потоками и накапливаются в речных осадках совместно с другими тяжелыми минералами. [3]
История открытия и разработки платины на Урале
Первое официально зарегистрированное упоминание о находке платины в золотых россыпях Урала относится к 1819 году, а уже в 1824 году, на р. Орулиха, к северу от Нижнего Тагила, была открыта первая в России собственно платиновая россыпь. С 1827 года начинается настоящая “платиновая лихорадка”, связанная с обнаружением и эксплуатацией многочисленных платиновых россыпей в Нижнетагильском районе Среднего Урала. В то время ежегодная добыча платины из россыпей достигала 2-3 тонны. В последующие годы богатые платиновые россыпи были обнаружены севернее и южнее и на карте Урала появились еще несколько крупных платинодобывающих районов: Качканарско-Исовской, Кытлымский, Павдинский.
На Урале развиты два типа россыпей: элювиальные (залегающие непосредственно над платиноносными коренными породами) и аллювиальные, образовавшиеся после переноса и отложения каменного материала речными водами. Геологический разрез аллювиальных наносов большинства уральских рек достаточно однообразен.
Значительные размеры некоторых россыпей позволили извлекать платину из речных наносов с помощью технически оснащенных драг, которые потеснили тяжелый старательский труд на приисках. Современные драги представляю собой своеобразные плавучие обогатительные фабрики, специально предназначенные для разработки россыпных месторождений. Они оснащены многоковшовым землечерпальным оборудованием, позволяющим извлекать грунт из-под воды с глубины 10-20 м, который затем многократно просеивается и промывается водой, в результате чего легкие минералы смываются, а платина, золото и другие тяжелые минералы накапливаются в остатке, который называется шлихом. [3]
На рубеже двадцатого века Нижнетагильские и Исовские прииски давали до 80% мировой добычи платины, а вклад Урала в целом, составлял по оценкам специалистов, от 92 до 95% мирового производства платины. В 1892 году, спустя 65 лет после начала разработки россыпей в Нижнетагильском массиве было обнаружено первое коренное проявление платины, которое повлекло за собой интенсивные поиски и многочисленные открытия новых месторождений, самое крупное из которых “Господская Шахта” была обнаружено старателями в 1909 году. Среднее содержание платины в руде, в верхних горизонтах месторождения, составляло около 400 г/т, и только за первый период эксплуатации было добыто порядка 50 кг металла.
За неполные сто лет с момента открытия месторождений платины (с 1924 по 1922 г.), на Урале, по официальным данным, было добыто около 250 тонн металла, и еще 70-80 тонн добыто незаконно хищническим образом. Самый крупный самородок платины, извлеченный из коренного месторождения, весил около 427 г, а крупнейшие самородки, найденные в россыпях достигали 8-9 кг. До сих пор платиновые самородки, добытые на Урале в ХIX и начале ХХ века, остаются самыми крупными в России. [3]
К середине XX столетия коренные месторождения платины Нижнетагильского массива полностью отработаны, а новые месторождения не обнаружены. В настоящее время продолжается эксплуатация только россыпных месторождений, причем работы ведутся преимущественно небольшими старательскими артелями в пределах старых горных отводов т.е. перемываются отвалы некогда знаменитых на весь мир платиновых приисков. Во второй половине двадцатого века крупнейшие в России платиновые россыпи были открыты в Хабаровском крае, Корякии и Приморье, но коренных месторождений, аналогичных тем, которые разрабатывались на Урале до сих пор не найдено.
Геологическая позиция и строение массивов дунит-клинопироксенит-
Все без исключения крупные платиновые россыпи приурочены к массивам кристаллических пород, состоящих либо из оливина (Mg,Fe)2SiO4 с небольшой примесью хромита FeCr2O4, либо из клинопироксена (Ca,Mg,Fe)SiO3 с примесью оливина. Первые породы называются дунитами, а вторые – клинопироксенитами. В тесной ассоциации с ними находятся оливин-клинопироксен-
Дунит-клинопироксенит-габброва
Среди основных и ультраосновных пород Платиносного пояса Урала наиболее распространены габбро, однако на дуниты приходится 20 % площадей выходов ультрамафитов, на клинопироксениты – около 35%, на верлиты – свыше 30 %.
В пределах меридиональной зоны массивы пояса группируются в две параллельные полосы – западную, с массивами дунитов и пироксенитов и восточную, с массивами габбро и пироксенитов. Платиноносный пояс располагается западнее Хромитоносного пояса Урала, как бы обрамляя его с континентальной стороны и представляя собой формирование более консолидированной тектонической структуры. Массивы пояса тяготеют к границе двух крупных структур: Центральноуральского антиклинория на западе и Зеленокаменного синклинория на востоке. Массивы Платиноносного пояса приурочены к западному борту Тагильского прогиба, представленного вулканогенно-осадочными отложениями палеозоя мощностью 5-8 км, имеющими моноклинальное падение с постепенным выполаживанием к востоку.
«Дунит-клинопироксенит-
Массивы Платиноносного пояса окружены зонами контактово-термальных пироксен-плагиоклазовых роговиков мощностью в десятки и сотни метров. Дунитовые ядра большей частью залегают в габбро и отделены от них клинопироксенитовыми зонами.
К числу главнейших разновидностей мафитов и ультрамафитов Платиноносного пояса относятся дуниты, верлиты, пироксениты и габбро. Среди клинопироксенитов выделяются низкоглиноземистые оливиновые клинопироксениты, окаймляющие дуниты, и высокоглиноземистые и высокожелезистые магнетитовые клинопироксениты, генетически связанные с габброидами.
Платино-хромитовые месторождения и рудопроявления в дунитах Платиноносного пояса Урала
«Эти месторождения залегают в дунитовых ядрах зональных дунит-клинопироксенит-
В дунитах наряду с подиморфными телами имеются настоящие резкоочерченные и выклинивающиеся жилы и прожилки, изобилующие миаролитовыми пустотами – вторая генерация хромитовых тел, представляющих собой обычные жилы. Стенки миаролитовых пустот выстланы кристаллами уваровита, хромдиопсида, хромвезувиана, фуксита и хромистого хлорита. В таких пустотах наблюдается обрастание кристалликов платины хром-везувианом. Предварительное дробление и последующая цементация эруптивной брекчии хромитом ведет к образованию хромититов с брекчиевой текстурой. Дуниты рассматриваемых зональных массивов – типичные анхимономинеральные породы. Средний нормальный дунит состоит из 98,22 % оливина, 0,78 % клинопироксена и 1 % хромита. В качестве вторичного минерала наблюдается серпентин. Кроме дунитов встречаются магнетитовые или безмагнетитовые оливиниты, секущие пироксениты и габбро. Дунитовые пегматиты чаще присутствуют в центральных частях дунитовых массивов среди крупнозернистых дунитов. Они имеют зональное строение: их периферические части сложены крупно- и грубозернистым дунитом с оливином, а центральные – хромовым пеннином, хромдиопсидом, хромандрадитом, хризотил-асбестом. [1]
Главнейшим минералом коренных месторождений рассматриваемой формации является хромшпинелид, который находится в дунитах в интерстиционных промежутках между зернами оливина в виде кристаллов 0,1 – 0,3 мм в диаметре. Более мелкие зерна этого минерала часто располагаются внутри оливиновых зерен. Вокруг хромшпинелида наблюдаются узкие прерывистые каймы хроммагнетита и магнетита. По сравнению с рудными хромитами этого комплекса хромшпинелиды являются более железистыми, особенно в части оксидного железа, а рудные хромиты – более магнезиальными и глиноземистыми. Платина обычно содержит включения хромшпинелидов в виде обломков, зерен неправильной формы, редко идиоморфных кристаллов размером до 0,5 мм. Зональность в зернах-включениях проявлена слабо. По составу хромшпинелиды-узники попадают в поле алюмохромита-хромпикотита в диапазоне от состава акцессорных до состава рудных хромитов.
Хромититы, слагающие шлиры в значительной степени состоят из рудного хромита, а также из серпентинизированного оливина с небольшой примесью сульфидов. По поводу распределения платины в хромититах, можно отметить резко выраженную концентрацию в шлировых скоплениях хромита, неравномерное распределение хромититовых образований в дунитовых телах, неравномерное распределение платины в самих хромититовых образованиях. «В целом по общему высокому уровню содержания платиноидов уральские хромититы явно тяготеют к стратиформным хромититам расслоенных массивов и существенно отличаются от подиформных офилитовых хромититов». [1]
Рассмотрим состав и структурные особенности наиболее распространенных минералов платиновой группы.
Платина. По А. Г. Бетехтину коренная первичная платина по химическому составу отвечает поликсеновой разности, он подчеркивал, что платина практически представлена поликсеном, т.е. разновидностью самородной платины, содержащей 80-88 % и более платины и 12 % и менее железа. Элементарная ячейка – гранецентрированный куб, сингония кубическая. Другие исследователи считают, что коренная платина уральских дунитовых массивов – это изоферроплатина. Ю. А. Волченко различал платину с повышенным содержанием иридия и иридистую платину в хромититах, железистую платину, самородную платину и изоферроплатину в дунитах и оливиновых пироксенитах. Наконец, коренную платину называли «платино-железистыми твёрдыми растворами». Одна и та же уральская коренная платина носит разные названия.
Анализ структурных взаимоотношений платины с минералами дунитов и хромититов показал, что главная масса платины в хромититах занимает ксеноморфное пространство между зернами хромита и даже оливина. Среди хромшпинелидовых зерен платина распределяется неравномерно, образуя цепочки и гнезда. Значительно реже платина встречается в виде хорошо образованных идиоморфных кристаллов кубической формы во включениях в зернах хромита. Ещё реже в самой платине наблюдаются идиоморфные вростки хромита. В тонкозернистых дунитах платина находится в тонкодисперсном или изоморфном виде в породообразующих минералах и не образует собственных выделений. В средне- и крупнозернистых дунитах платина и минералы платиновой группы образуют самостоятельные выделения, самые крупные из которых ассоциируют с грубозернистыми дунитовыми пегматитами и с хромитами. Дунитовый тип имеет преимущественно комковидную и изометрическую форму, а также представлен отдельными кристаллами кубической формы и их сростками относительно мелко- и крупнозернистого размера. «Хромитовый тип характеризуется зернами неправильной формы, часто с извилистыми, крючковатыми и зазубренными контурами примерно того же размера, что и зерна дунитового типа». [1]
Платина Нижнетагильского массива содержит редкие включения самородного осмия, кубические и эмульсионно-неправильные выделения осмирида, платинистого осмирида, реже иридосмина, рутениридосмина, самородного иридия и многочисленных сульфидов платиноидов. В массиве наблюдается два типа зерен платины: с включениями редких самородных минералов и без включений. Характерной особенностью состава уральской коренной платины является довольно постоянное содержание железа, постоянная и значительная примесь иридия, а также родия и меди, при незначительной примеси никеля, палладия, осмия и рутения.
Туламинит (Pt2FeCu). При травлении царской водкой зерен платины было установлено, что периферические каймы этих зерен обладают более легкой растворимостью и имеют иной химический состав, чем центральные, обнаруживая обогащенность железом, медью и никелем за счет платины. Этими исследованиями было показано, что реакционные каймы сложены медистой платиной или куроплатиной с существенным содержанием меди. И железа, никелистой платиной с повышенным содержанием никеля, а также ферроплатиной. Изучая россыпи платиновых минералов, связанных с массивом Туламин в Канаде, исследователи обнаружили там минерал, соответствующий по составу куроплатине и назвали его туламинитом, который в последствии был определен в Нижнетагильском массиве.
Сравнение состава туламинита с составом платины помимо обогащения медью за счет платины свидетельствует о его резком обеднении всеми редкими платиноидами, особенно иридием и осмием. В ходе процесса серпентинизации и замещения туламинитом, тетраферроплатиной и ферроникельплатиной платина не только теряет в своем составе часть платины, но и лишается при этом значительной доли иридия, осмия и других редких платиноидов, которые освобождаясь могут образовывать собственные минералы.
Платиновый осмирид (невьянскит). Является вторым по распространению после платины минералом платиновой группы. Главной особенностью состава коренного осмирида является значительное содержание платины, а также заметная примесь рутения, вследствие чего минерал можно назвать рутениево-платиновым осмиридом (невьянскитом). [1]
Выводы.
Коренная платина в дунитах Платиноносного пояса Урала теснейшим образом связана с хромитами.
Хромититы в дунитах подразделяются на сингенетические, образующие столбы, линзы, шлиры, и жильные позднемагматические. Сингенетические хромититы обладают такими же формами залегания, как и подиформные хромититы.
Средний химический состав хромитита и хромитовых тел Платиноносного пояса богат железом, особенно трехвалентным, и близок к средним химическим составам стратиформных хромитов из платиноносных хромитовых горизонтов Бушвелдского и Стиллуотерского массивов.
Сингенетические хромититы кроме подиформных форм залегания характеризуются крутыми углами падения этих форм, что также типично для подиформных хромититов.
В процессе серпентинизации первичная платина замещается реакционными каймами и псевдоморфозами, сложенными туламинитом, тетраферроплатиной и никельферроплатиной, и в процессе этого замещения теряет часть платины и главную массу редких платиноидов, которые образуют собственные минералы или выносятся из серпентинизированной породы в зоны разгрузки растворов.
Распределение платины в самих дунитовых массивах является довольно неравномерным и колеблется в широких пределах.
Главными минералами платиновой группы (МПГ) в дунитах и хромититах Платиноносного пояса Урала являются иридистая платина и планиновый осмирид. [1]
Платиноидная минерализация в магнетитовых рудах Качканарского и Гусевогорского месторождений Нижнетагильского массива
В рассматриваемой магматической формации помимо дунитов платиноидную минерализацию несут также пироксениты. Материнскими породами здесь служат не только безрудные, но и магнетитовые клинопироксениты с относительно высоким содержанием магнетита – до 25 %. Они образуют железорудные месторождения, богатые титаном и ванадием.
Габбро-пироксенитовые массивы Платиноносного пояса Урала имеют форму расслоенных брахисинклиналей. Рудные клинопироксениты в них располагаются стратиграфически выше безрудных оливиновых клинопироксенитов. Пироксениты слагают два самостоятельных массива: Качканарский на западе и Гусевогорский на востоке. Качканарский пироксенитовый массив, вмещающий одноименное магнетитовое месторождение, вытянут в северо-западном направлении на 5,5 км при ширине 3,2 км. Кроме пироксенитов в его составе содержатся оливиниты и перидотиты. Гусевогорский пироксенитовый массив, частично сложенный перидотитами, горнблендитами и габбро, протягивается в меридиональном направлении на 8,5 км при ширине до 4 км. Рудные тела представляют собой залежи главным образом вкрапленных, а также шлирово-вкрапленных или массивных магнетитовых руд, имеющих форм линз, жил, пластов и труб. Переход от рудных пироксенитов к безрудным осуществляется постепенно. [1]
Основными минералами рудных клинопироксенитов являются диопсид и магнетит. Второстепенные нерудные минералы представлены оливином, амфиболом, вторичные – серпентином, хлоритом, эпидотом, циозитом, акцессорные – шпинелью, апатитом. Второстепенные рудные минералы представлены пиритом, пирротином, реже халькопиритом, пентландитом, борнитом. Структура магнетитовых клинопироксенитов – типичная сидеронитовая.
Магнетит Качканарского месторождения присутствует в рудных клинопироксенитах в виде двух основных разновидностей. Первая – количественно преобладающая вкрапленная или интерстиционный магнетит. Для него характерна ксеноморфная форма выделения. При повышенных содержаниях этого элемента он играет роль цемента, что приводит к образованию сидеронитовой структуры клинопироксенитов. Внутреннее строение магнетита характеризуется наличием выделений шпинели, пластинчатых вростков ильменита, располагающихся по плоскостям магнетита, а также вростков гематита, корунда, периклаза. «В химическом отношении это титаносодержащий магнетит с относительно высоким содержанием ванадия». [1]
В магнетите Гусевогорского месторождения в среднем находится 0,35 мас. % ванадия. По особенностям пертитового строения и наличию характерных геохимических примесей титана и ванадия магнетит похож на магнетит из рудных залежей Верхней зоны Бушвелдского массива. Вторая разновидность магнетита – вторичный пылевидный магнетит, образующийся при серпентинизации пироксенитов.
Анализ баланса распределения элементов платиновой группы по минералам рудных клинопироксенитов показал, что в главные породообразующие минералы – клинопироксен и магнетит – входит лишь незначительная часть платины и палладия. Редкие же платиноиды – родий, иридий, рутений, осмий, - наоборот, концентрируются в этих минералах в первую очередь в магнетите. Таким образом магнетит является хорошим концентратором редких платиноидов. Также немаловажно, что концентратором части платины и палладия, а также родия в магнетитовых пироксенитах выступает оливин.
Следует отметить, что содержание платины и палладия в сульфидной фракции на несколько порядков выше, чем в магнетитовой, ильменитовой или нерудной фракциях. Анализ распределения элементов платиновой группы показывает, что главным концентратором этих элементов являются сульфидные минералы. [1]
Согласно данным исследователей, магнетитовые руды Гусевогорского месторождения характеризуются преобладанием платиножелезистых твердых растворов над иридийсодержащими минералами. Главными минералами коренной платиноидной минерализации качканарского типа являются железо-платиновые твердые растворы и платинистый иридий, второстепенными – осмирид, иридосмин, куперит, лаурит, самородный осмий и эрлихманит. С другой стороны, исследователи, изучающие магнетитовый концентрат открыли новый для Урала палладиевый парагенезис с главным палладиевым элементом высоцкитом, на долю которого приходится око 60 % общего количества минералов платиновой группы. [1]
Выводы.
Качканарское и Гусевогорское магнетитовые месторождения уральского Платиноносного пояса являются единственными месторождениями в мире, в которых сопровождающая платиноидная минерализация имеет промышленное значение.
Главными концентраторами элементов и минералов платиновой группы в магнетитовых клинопироксенитах Качканарского и Гусевогорского месторождений являются сульфидные минералы.
Платиноидная минерализация носит палладиевый характер с высоцкитом в качестве главного минерала платиновой группы. Это резко отличает ее от платиновой специализации дунитов и оливиновых клинопироксенитов уральского Платиноносного пояса. [1]
Платиновые россыпи Урала
Уральские россыпи распространены на Среднем Урале в ограниченной полосе протяженностью около 300 км по меридиану. Они залегают в пределах дунитовых и пироксенитовых массивов, являясь чисто платиновыми, но после того, как они выходят из пределов ультраосновных пород, к платине все больших количествах примешивается золото и россыпи становятся смешанными золото-платиновыми и осмирид-платиновыми с обогащением их тонкой фракцией осмирида. Уральские россыпи подразделяются на три главных типа, к которым добавляются карстовые и древние, имеющие подчиненное значение: остаточные и элювиальные, аллювиальные россыпи современных речных долин, террасовые россыпи долин, карстовые и древние россыпи. Ведущая роль по содержанию платины принадлежит аллювиальным россыпям четвертичного возраста. Эти россыпи являются узкими и маломощными в верховьях рек и широкими и мощными в низовьях. [2]
По простиранию россыпей те части, которые находятся в пределах или вблизи выходов дунитов и пироксенитов, являются в большинстве случаев наиболее богатыми платиной, по мере удаления от границ ультраосновных пород россыпи постепенно беднеют. В поперечном разрезе россыпи более мелкие частицы платины располагаются ближе к бортам россыпи, а более крупные – в виде узких струй, соответствовавших направлению быстрого течения. В слоистых галечниках платина крупнее, в глинистом слое мельче. Форма и размер частиц россыпной платины зависят от длины переноса от коренного источника.
Рассмотрим подробнее основные минералы уральских россыпей.
Платина. Безусловно является главным элементом россыпей. В качестве спутником встречаются иридистая платина, самородный иридий, осмирид, иридосин, палладий и родий, порпецит, родит, сперрилит, лаурит. Также отмечают поликсен, ферроплатину, платинистый иридий, а в качестве спутников – хромшпинелиды. По сравнению с коренной россыпная платина обогащена платиной и железом и обеднена медью, палладием. По мере измельчения цвет платины в россыпи становится более светлым, так как происходит ее освобождение от механических включений и химическое очищение от железа. [2]
Платина в элювиальных россыпях представлена мелкими кристаллами, кристаллическими сростками, бесформенными и угловатыми зернами. Нередко наблюдаются сростки платины с хромитом, титаномагнетитом, с оливином и диопсидом. В россыпях встречаются самородки с обтертыми и округленными формами, встречаются также совершенно неокатанные. Самородки из дунитов содержат включения хромшпинелидов, а самородки из пироксенитов – включения магнетита. На поверхности самородков встречаются коробчатые формы. В аллювиальных россыпях из нижних частей долин шлиховая платина представляет собой мелкий порошок. Пластинчатые или чешуйчатые частицы имеют овальную, квадратную, неправильную формы. Внутреннее строение россыпной платины представляет собой смесь зерен ферроплатины и поликсена с примесью осмистого иридия и других самородных металлов, т. е. как и коренная платина содержит включения минералов платиновой группы.
