Al_1.92Fe_0.02Si_1.04O₅

Al_1.88Fe_0.02Cr _0.01Si_1.07O₅

Al_1.96Fe_0.03Cr _0.01Si_1.01O₅

Состав рутила (мас.%)

Эмпирическая формула рутила

Ti_1.98Fe_0.01V_0.01O₂

По зонам кианита варьирут лишь изоморфные примеси Ti³⁺ , Cr³⁺ , Fe³⁺ (<1 мас.%), содержание которых не сказывается на качестве коммерческого типа кианита, а только меняется цвет. В более темных зонах (зеленовато-синих) содержание этих примесей больше, чем в центральной светло-серой зоне.

По анализу включения в кианите определен кремнезем, сумма низкая, это, предположительно, опал.

Образец 7

Рис. 18. Сросток расщепленных кристаллов кианита с включениями турмалина

Сросток расщепленных кристаллов кианита серого цвета, цвет обусловлен мелкими включениями (1 мм) черного дравита. Размер обломка кианита - 2Ч1,2 см. Также трещинки заполнены кварцем, размером до 0,4 мм, изометричной, округлой, немного вытянутой формы. Турмалин наблюдается в виде мелких иголочек черного цвета (размером 0,05Ч0,3 мм). На поверхности сростка наблюдается мусковит желтовато-белого цвета.

Кианит имеет индукционные поверхности с мусковитом и турмалином.

Из расчетов по микрозондовому анализу были определены включения в кианите кварца и дравита, а также кианит с изоморфной примесью FeO 15,3 мас.%.

Таблица 5. Состав кианита и минеральных включений (мас.%)

Таблица 6. Эмпирические формулы кианита и минеральных включений

Образец 8

Рис. 19. Сросток кристаллов кианита

Сросток кристаллов темно-серого цвета до черного, размер 1,5Ч0.6 см. Есть включения кварца, изометричные, светло-серого цвета, размером 0,05-0,1 мм. Черный цвет кристалла обусловлен большим количеством включений титаномагнетита. На темном фоне светлые полосы, которые заполнены этими же включениями, но в меньшем количестве. В светлых частях кристалла под бинокуляром наблюдаются включения слюды. Кианит является реликтовым, так как наблюдаются «следы» текстуры предшествующей породы, предположительно сланца.

Таблица 7. Состав титаномагнетита и кианита (мас.%)

Таблица 8

Эмпирические формулы включений в кианите и самого кианита:

Образец 9

Рис. 20. Полированная пластинка зонального кристалла кианита с единичными включениями

Зональный, светло - голубого цвета по краям, внутри безцветный, размер 1,5Ч0.5 см. Включения черные, очень мелкие, единичные. Кристалл практически чистый. Наблюдается отложение лимонита по трещинам. Присутствуют единичные тонкие вростки красного рутила (0,05 мм). Присутствуют очень мелкие газово-жидкие включения, диагностика которых затруднена.

Образец 10

Рис. 21. Полированная пластинка зонально-секториального кристалла кианита

Кристалл светло-голубого цвета (2,4Ч0.7 см), на индивиде сохранилась одна грань. Секториальность определяется различием цвета, в центре кристалла расположен светлый «стержень» (светло-голубой). В кристалле наблюдаются включения красного рутила - тонкопризматического (0,05мм), а также темные мелкие включения. Включения расположены ориентированно, в виде полос - текстура унаследованная от предшествующей породы.

Образец 11

Рис. 22 Сросток расщепленных кристаллов кианита (а - фото образца, б фото полированной пластинки)

Расщепленные кристаллы, размером по удлинению около 2 см, серовато-желтого цвета. Наблюдаются включения темно-красного рутила ( < 0,5 мм), просвечивающего, с алмазным блеском. В кристалле, между блоками расщепления имеются скопления белой слюды - мусковита.

Образец 12

Рис. 23. Двойник зонального кристалла кианита

Полированная пластинка, параллельная (100)

Двойник кристалла кианита (2,7Ч1 см), голубого цвета, имеются включения мусковита. В кристалле наблюдается отдельность по (001). Встречаются рутил в виде темно-красных просвечивающих коротко-призматических кристалликов с сильным алмазным блеском, а также есть более крупные кристаллы рутила (размером до 0,1 мм), на которых отчетливо видны грани тетрагональной призмы и конечные грани дипирамиды, встречаются двойниковые сростки. Среди красных включений рутила встречаются черные включения магнетита и ильменита. Единичные зерна рутила в виде крестообразных двойниковых срастаний. Присутствуют включения апатита.

Также в кристалле наблюдается секториальность, которая проявляется в цвете: голубой-светло-голубой - голубой. Отложение лимонита по трещинам. Включения в кианите расположены хаотично.

Таблица 9. Состав рутила и кианита(мас.%)

Эмпирическая формула кианита:

Al_1.5Fe_0.01Si_0.9O₅

Эмпирическая формула рутила в кианите:

Ti_0.99 Fe_0.01O₂

7.1 Гониометрия и вычерчивание кристалла кианита

Кристаллы столбчатые, зачастую уплощенные (досковидные), вытянутые по оси с. Главные формы - пинакоиды (100), (010) и (110) (рис. 25-2,3.). Сростки кристаллов чрезвычайно часты, двойниковой плоскостью служит обычно (100), а двойниковой осью - перпендикуляр к ней. Дистеновые двойники можно определить по наличию входящих углов, встречаются пересечения индивидов под углами, близкими к 60° (Минералы…1972), кроме того, наблюдаются расщепленные кристаллы кианита.

В кристаллографическом отношении некоторые кристаллы кианита имеют ровные блестящие грани и пригодны для гониометрических измерений.

Исследования геометрических свойств кристаллов борисовского кианита проведено В. В. Доливо-Добровольским, который измерил всего около 200 кристаллов.

Мною был вычерчен монокристалл кианита с головкой. Кристалл прозрачный, светло-голубого цвета, размером 4Ч1 мм.

На столике Федорова были измерены углы между гранями, затем вычислены координаты граней (Табл. 10), построена стереографическая проекция (рис. 24) и по полученным данным был вычерчен кристалл кианита в программе Shape 7.1.(рис. 25-1)

Таблица 10

Рис. 24. Стереографическая проекция кристалла кианита

Рис. 25. Кристаллы кианита: 1 - новый кристалл( по Кульмухаметовой М. Г.), 2 и 3 - Борисовское месторождение, Южный Урал (по Доливо- Добровольскому)

Таким образом, вычерченный кристалл является новым для данного участка, так как ранее такие кристаллы вычерчены не были. Эти данные позволяют судить о том, что на кристаллах кианита есть редкие простые формы, создающие собственные сектора роста, физически и химически потенциально отличные от секторов роста распространенных форм.

7.2 Типы кианита

В техногенных россыпях на Андрее-Юльевском участке кианит встречается голубой, голубовато-серый, синий, коричневатый и бесцветный, в зернах типичного досковидного облика до 1-5 мм, с преобладанием граней пинакоидов (100), (010) и (001); огранение на головках редко. В составе обычны небольшие примеси Ti и Fe - в среднем 1 мас.%.

Общепринятой типизации кианита не существует. А.Н. Игумнов разделил Борисовские кианиты на два типа по цвету: «…к первому относится цветной дистен различных оттенков синего и зеленоватого цветов или собственно кианит», образованный в «кварцевых жилах», второй тип - «кианит серого цвета, вкрапленный в сланец». Первый тип «по облику столбчатый с сечением, часто близким к ромбическому и плоскопризматический с развитием граней (100), по которым часты двойники срастания, пластинчатый и пластинчато-лучистые агрегаты». Отмечает «включения кварца, слюды, рутила и турмалина». Второй тип - «одиночные кристаллы, имеют столбчатый (таблитчатый) облик, агрегаты лучистого строения, сросшиеся кристаллы, расположенные в параллельных плоскостях (слоями)». Отмечает, что «по чистоте кианит сланцев уступает кианиту кварцевых жил и обычными включениями в нем являются зерна кварца, красного рутила, слюда и редко черный шерл».

Лепезин Г. Г. приводит кианит по коммерческим сортам.

Таблица 11. Характеристика кианита по коммерческим сортам (мас.%):

Эта классификация по химическому составу без учета форм вхождения примесей в кианит. Для технологических целей существенно понимание в каком виде титан и железо находятся в концентрате, так как из-за содержания большого количества включений концентрация примесей повышается - это может сильно сказаться на сортах кианитовых руд (рутил дает большое количество примесей титана, ильменит - титана и железа, кварц кремния, магнетит - железа).

Тонкодисперсный рутил в кианите трудно извлекаем, что ограничивает области применения кианитового концентрата в промышленном использовании (требования по содержанию TiO₂ для керамических материалов - не более 0.2, а в иных случаях 0.01%) (Щипцов, 1988).

По проведенным мною исследованиям и наблюдениям кианит в техногенных россыпях Андрее-Юльевского участка (рис. 26) можно разделить по следующим критериям, и процентному содержанию в россыпях:

По размеру: В техногенных россыпях при изучении наблюдались различные типы кристаллов кианита, которые отличаются размером - мелкие (<1 см) - 20%, средние (2,5-1 см) - 65%, крупные выделения (2,5-10 см) - 15%.

По цвету: темные, почти черные - 5%, сине-зеленые - 3%, , синие - 12%, темно-синие 20%, серые - 60%.

Цвет кианита обусловлен небольшими изоморфными примесями, который не влияет на современную принятую сортность руд: 1) Ti³⁺ , Cr³⁺ -дают синий цвет; 2) Fe³⁺- зеленый цвет.

Серый цвет кианита обусловлен мелкими пылевидными включениями темных минералов - графита, ильменита, магнетита.

По включениям:

Кристаллы кианита отличаются включениями других минералов - в основном это зерна кварца - 7%, зерна красного рутила - 5%, видимые невооруженным глазом или под лупой, бинокуляром, включения ильменита - 5%, пластинки слюды - 3%, турмалин - 5% , магнетит - 5%.

По облику: столбчатые - 10%, пластинчатые - 40%, часто встречаются расщепленные кристаллы - 50%. Не редко среди кристаллов кианита наблюдаются двойники срастания по различным законам ((100), (010), (001)) и крестообразные двойники прорастания.

В большинстве случаев кианит в россыпях находится в виде плохо образованных веретенообразных кристаллов - так называемые «овсянка».

Кианит отличается наличием зональности и секториальности.

Рис. 26. Кианит россыпей (фото Попова В. А.)

Техногенная россыпь Андрее-Юльевского участка характеризуется неоднородностью распространения типов кианита, а также участок в разных частях характеризуется различным качественным и количественным составом.

7.3 Секториальное и зональное строение кристаллов кианита

При кристаллизации создаются одновременно растущие, но различные части кристалла, получающиеся за счет отложения вещества на разных гранях, ребрах, вершинах или разных участках иных поверхностей кристаллов кианита.

Кристаллы кианита обладают секториальным строением (рис. 16, 17, 20, 21), поскольку они состоят из пирамид нарастания (секторов), число которых равно числу растущих граней кристаллов в соответствующий момент роста.

Неодинаковость свойств секторов обусловлена неравномерным распределением между секторами: 1) изоморфных (структурных) примесей; 2) механических примесей.

Предположительно, секториальный кианит в разных частях секторов, а также на разных гранях и ребрах кристалла имеет различные физические и химические свойства.

Секториальность тесно сопряжена с зональностью. Уже сам механизм роста слоями вызывает слоистое строение пирамид нарастания граней, а наряду с этими - колебания хода кристаллизации с течением времени приводят к образованию более грубой зональности вплоть до макроскопической (рис. 17). Равным образом поверхности нарастания ребер и линии нарастания вершин отражают механизм слоистого роста и колебания хода отложения вещества, и также получают неоднородное сложение.

Особенности внутреннего строения кианита устанавливаются макро- и микроскопически по различиям в таких свойствах минерала, как окраска, распределение изоморфных примесей и включений. Разные части в одном кристалле отличаются по химическому составу.

Секториальность и зональность часто проявлены в одном и том же индивиде (рис. 21), формируются в растущем кристалле вместе, но различные пирамиды нарастания растут одновременно, тогда как отдельные зоны - последовательно.

Секториальность и зональность здесь описаны как возможность использования специальных типов кианитов. Знание этих свойств может понадобиться, если потребуются такие типы кианита.

Заключение

В работе рассмотрен Андрее-Юльевский участок техногенных россыпей в Пластовском районе, содержащий промышленные концентации кианита, для применения которого требуется предварительное обогащение и освобождение от минеральных примесей, находящихся в кристаллах кианита.

Приведенные в работе результаты изучения кианита позволяют сделать выводы, которые могут быть полезными в части подходов к решению задачи получения кианитовых концентратов высокого качества.

Геологическое изучение Андрее-Юльевского участка показало, что кианит слагающий техногенную россыпь поступал из высоко метаморфизованных пород, претерпевших гидротермально-метасоматические преобразования, кварц-кианитовых жил, а также «труб» кианитовых слюдитов описанных А. И. Белковским (1999 г.).

История изучения кианитовых руд очень поучительна, так как она отражает эволюционный переход от оценки их использования для получения алюминия, затем для производства силумина и, наконец, кианит становится практически ценным индустриальным минералом, химические и физические свойства которого стали предметом внимания.

В работе установлено, что в техногенной россыпи Андрее-Юльевского участка присутствуют различные типы кианитов, отличающиеся по цвету, содержанию примесей и по облику кристаллов.

Выявлены зональные и секториальные кристаллы кианита. Эти данные могут оказаться полезными в будущем при использовании специальных типов кианитов с определенными свойствами.

Цвет кианитов обусловлен очень небольшими изоморфными примесями Fe, Cr, Ti, не влияющими на современную принятую сортность руд. Изоморфные примеси FeO и TiO₂ достигают 1 мас.%.

На сортность руд могут сильно влиять минеральные включения в кианите: рутил, ильменит, турмалин, кварц, магнетит, слюды. Количество минеральных включений варьирует от 5 до 15 об.%.

Установлено, что наиболее загрязненными по минеральным примесям и химическому составу оказываются метаморфогенные типы сростков расщепленных кристаллов кианита. Наиболее чистыми оказываются кианиты голубого, синего и зеленовато-синего цвета из кварц-кианитовых жил.

Также по изучению геологического строения Андрее-Юльевского участка можно сделать вывод о том, что в разных частях по качественному и количественному составу, россыпь не однородна.

Список использованной литературы

Белковский А. И., Нестеров А. Р., Белковская А. Я. Кианит и ванадийсодержащий рутил из карбонатитоподобных пород Борисовских сопок на Южном Урале// Материалы Уральской летней минералогической школы. Екатеринбург, УГГГА, 29 июля - 2 августа 1997, с. 191-194.

Белковский А. И., Нестеров А. Р. Редкометальные серицитолиты Урала// Карбонатиты Кольского полуострова - Сборник статей. - Санкт-Петербург: СпбГУ, 1999, 133 с.

Бетехтин А. Г. Курс минералогии : учебное пособие. -- М. : КДУ, 2007. 720

Булах А. Г. Графика кристаллов (измерение, вычисление и вычерчивание). - М.: «Недра», 1971. 112 с.

Вертушков Г. Н., Авдонин В. Н. Таблицы для определения минералов по физическим и химическим свойствам: Справочник. - 2-е изд., перераб. И доп. М.: Недра, 1992. 489 с.

Григорьев Д. П., Жабин А. Г. Онтогения минералов (индивиды). - М.: «Недра», 1975. 316 с.

Доливо-Добровольский В. В. Исследование геометрических свойств кристаллов кианита из месторождения дер.Борисовки Качкарского района на Южном Урале. - М.: НКТП Государственное геолого-разведочное изд-во Ленинград, 1932. 43 с.

Игумнов А. Н., Кожевников К. Е. Уральские месторождения дистена (кианита). Труды ВИМС, вып.90, 1935. 70 с.

Кейльман Г. А. Мигматитовые комплексы подвижных поясов. - М.: Недра, 1974. 200 с.

Кейльман Г. А., Золоев К.К. Изучение метаморфических комплексов.- М.: Недра, 1989. 207 с.

Кисин А. Ю. Месторождения рубинов в мраморах (на примере Урала). Свердловск: УрО АН СССР. 1991. 131 с.

Колисниченко С. В., Попов В. А. «Русская Бразилия» на Южном Урале: Минералы рек Санарки, Каменки и Кабанки: Энциклопедия уральского камня. - Челябинск: изд-во «Санарка», 2008

Костов И. Кристаллография. М.: «Мир», 1965. 522 с.

Львов Б. К. Петрология, минералогия и геохимия гранитоидов Кочкарского района (Южный Урал). - Л.: Изд. ЛГУ, 1965. 164 с.

Минералы. Справочник. Том 3, выпуск 1, Силикаты с одиночными и сдвоенными кремнекислородными тетраэдрами. Главный редактор академик Ф. В. Чухров. - М.: изд-во Наука, 1972.

Попов Г. М., Шафрановский И. И. Кристаллография. Издание третье, исправленное и дополненное. М.: Государственное научно-техническое изд-во литературы по геологии и охране недр. 1955. 295 с.

Сначев В. И., Демин Ю. И., Романовская М. А., Щулькин В. Е. Тепловой режим становления гранитоидных массивов. БНЦ УрО АН СССР. Уфа, 1989.

Херлбат К., Клейн К. Минералогия по системе Дэна. Пер. с англ. - М.: Недра, 1982

Фондовые материалы:

Коротеев В. А. Отчет по проекту «Минералы группы силлиманита - новый вид сырья для производства высокоглинозёмистых огнеупоров, глинозёма, силумина и алюминия» Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2009

Коротеев Д. В. Кианит, как вид сырья для производства высокоглиноземистых огнеупоров (на примере техногенных россыпей Андрее-Юльевского участка Челябинской области). Екатеринбург: ИнГиГ УрО РАН, 2008

Лепезин Г. Г. Стратегия развития сырьевой базы алюминиевой промышленности России. Институт минералогии и петрографии СО РАН, 2003

Савичев А. Н. Проект на проведение геологоразведочных работ на Андрее Юльевском участке Челябинской области. Екатеринбург, 2009. 36 с.

Щипцов В. В., Скамницкая Л. С. и др. Хизоварское кианитовое поле (Северная Карелия) . Петрозаводск, 1988. 105 с.