ПРОМЫШЛЕННЫЕ МИНЕРАЛЫ

Применение и добыча магнезита

Более 90% добываемого магнезита обжигается намертво для производства огнеупорной магнезии в виде рыхлого зернистого продукта или в виде формованных кирпичей. Эти продукты используются главным образом в сталелитейной промышленности для внутренней футеровки основных горновых печей и конверторов. Кроме того, магнезитовые огнеупоры применяются в медеплавильных и цементных печах, а также других устройствах, действующих при высоких температурах.

Огнеупорная магнезия содержит 4—5% окисла железа и примерно такое же количество кремнезема, а кроме того, незначительные примеси глинозема и извести. Огнеупорные кирпичи могут быть изготовлены из одной магнезии или из смеси ее с другими веществами — хромитом, кремнеземом или оливином. Иногда огнеупорная магнезия может быть заменена намертво обожженным доломитом (стр. 241).

Каустическая магнезия используется в нескольких целях, но наиболее важное значение она имеет как сырье для окси- хлоридного цемента (цемента Сореля). Тонкомолотая магнезия в смеси с раствором хлорида магния образует вязкий плотный цемент, превосходно служащий для настила полов во внутренних помещениях, где полы должны быть особенно износоустойчивыми. Этот цемент служит связкой для "таких органических добавок, как опилки и пробка, и обладает повышенной эластичностью, устойчивостью к абразивным воздействиям, маслам и кислотам, легко поддается распиловке и разделке.

Месторождения округа Стивене, штат Вашингтон

Бейн (Bain, 1924) выделил четыре главных типа месторождений магнезита: 1) первичноосадочные; 2) продукты изменения серпентинитов; 3) жилы выполнения и 4) метасома- тические образования в карбонатных породах. В настоящее время магнезит в промышленных количествах добывается, главным образом из месторождений четвертого типа. Одно из двух главных месторождений магнезита США расположено в штате Вашингтон, а другое в Неваде.

С 1916 г. в больших количествах магнезит добывается на месторождениях в округе Стивене, в северо-восточной части штата Вашингтон ( 8.5) (Bennett, Г941; Campbell, Loofbourow, 1946). Магнезитоносное поле представляет собой вытянутый в северо-восточном направлении пояс длиной 30 миль и шириной от 2 до 7 миль, расположенный в восточных предгорьях Хаклеберри. Середина этого пояса находится приблизительно в 40 милях северо-западнее Слокайна; у северо-восточного окончания пояса расположен город Чивила. Абсолютные отметки колеблются от 1700 футов у реки Кол- вилл близ Чивила до 5,7 тыс. футов в более возвышенной части района в нескольких милях юго-восточнее.

Месторождения магнезита приурочены к доломитам формации Стенсгар, входящей в группу Дир-Трайл позднедокем- брийского возраста. Группа Дир-Трайл, суммарная мощность которой составляет 5 тыс. футов, состоит преимущественно из аргиллитов, аспидных сланцев и кварцитов. Отложения этой группы несогласно перекрываются докембрийскими конгломератами и зелеными сланцами, на которые в свою очередь налегают кварциты, вероятно, кембрийского возраста. В юго-западной части пояса расположен интрузивный массив гранитов Лоон-Лейк мелового возраста.

Метаосадочные и зеленокаменные породы интенсивно смяты в складки и слагают северо-западное крыло крупной антиклинали, склоняющейся к северо-востоку. Местами пласты опрокинуты и значительное развитие получают складки волочения. Части разреза неоднократно выходят на поверхность, смещаясь по меридиональным разломам, имеющим, по данным Кемпбелла и Луфбороу (Campbell, Loofbourow, 1957), вертикальное падение. Измененность пород, связанная со складчатостью и дизъюнктивной тектоникой, в окрестностях гранитного массива Лоон-Лейк усиливается контактным метаморфизмом.

Отложения формации Стенсгар мощностью около 600 футов представляют собой типичные плотные светлоокрашенные доломиты, местами перекристаллизованные в более грубозернистые метадоломиты. Формация выходит на дневную поверхность в серии вытянутых выходов, прослеживающихся на всем протяжении пояса. Магнезит образует в доломитах неправильные тела, которые по размеру колеблются от мелких линз, содержащих первые десятки тонн магнезита, до крупных залежей с запасами более 1 млн. г. Зернистость магнезита колеблется от тонкой до грубой, а окраска изменяется от белой через оттенки серого и красного цветов до черной. Примеси магнезита представлены участками незамещенного доломита, а также рассеянными зернами пирита, кварца и силикатов.

Разработке единой и общепринятой точки зрения на происхождение магнезита мешали сложные структурные и стратиграфические взаимоотношения пород, развитых в районе. В течение многих лет некоторые геологи придерживались представления о первичноосадочном образовании магнезита. Однако в результате исследований, проведенных в последнее время, со всей очевидностью выяснилось, что магнезит находится в неправильных секущих соотношениях с поверхностями напластования доломита, несет реликтовые черты структуры последнего и возник в результате его метасоматического замещения. Метасоматоз связывается с гидротермальными растворами, отщеплявшимися от гранитной магмы массива Лоон- Лейк, который внедрился после деформации осадков группы Дир-Трайл. Эти растворы проникали вдоль поверхностей напластования и по трещинам в доломитах, удаляя кальций и обусловливая его замещение магнием.

В районе эксплуатируются несколько крупных месторождений. Геологическое строение одного из них — месторождения Тёрк — описано Беннетом (Bennett, 1943), а происхождение магнезита рассматривалось Шредером (Schroeder, 1949). Геологическая карта всего горнорудного района округа Стивене без объяснительной записи была опубликована в 1957 г. (Campbell, Loofbourow, 1957).

При добыче магнезита применяются как открытые, так и подземные способы разработки. После дробления магнезит по транспортеру направляется на обогатительные установки, где при помощи флотации и сепарации в тяжелых средах из него удаляются примеси. Затем концентрат подвергается обжигу до получения огнеупорной магнезии и отправляется на заводы огнеупоров. Соответствие названия гор существу дела (paradise, рай) весьма сомнительное, так как климат здесь пустынный, водоснабжение представляет сложную проблему, а растительность скудная. Месторождения расположены на высоте 5—6,5 тыс. футов, дно долины Габбс западнее месторождений имеет гипсометрическую отметку 4600 футов. В двух милях западнее рудников расположен город Габбс, выстроенный на аллювиальном конусе выноса. Месторождения связаны с Южно-Тихоокеанской железной дорогой (у станции Лунинг) шоссейной дорогой с твердым покрытием протяженностью 29 миль. Город Рино расположен приблизительно в 115 милях северо-западнее месторождений.

В пределах Габбского рудного поля имеются, кроме того, эксплуатирующиеся месторождения брусита, мягкие воско- видные просвечивающие агрегаты которого несколько напоминают тальк. Первым промышленно интересным полезным ископаемым, обнаруженным здесь, был брусит (старателями в 1927 г.); вскоре после этого было установлено и присутствие магнезита. Содержание MgO в брусите составляет 69,0%, а в магнезите — 47,6%.

Хребет Парадайс представляет собой наклоненный тектонический блок сбросового типа (структура бассейнов и хребтов), окруженный третичными вулканическими породами и четвертичными пустынно-аллювиальными отложениями. Внутреннее строение этого блока отражает сложную историю его геологического развития. Пермские (?) и триасовые стратифицированные осадочные и вулканические породы подверглись складкообразовательным процессам, были разбиты дизъюнктивными нарушениями и регионально метаморфизованы. Затем они последовательно были интрудированы: 1) сотнями мелких даек и силлов диабазов, аплитов, риолитов и других ассоциирующих с ними пород; 2) несколькими разобщенными телами грубозернистых гранитов; 3) штоками и дайками гра- нодиоритов. Под воздействием этих интрузивных тел вмещающие породы претерпевали контактный метаморфизм, нало- жившийся на более ранний региональный метаморфизм, а растворы, отделявшиеся от интрузивов, привели к минерализации.

Доинтрузивное надвиговое движение с запада на восток имело амплитуду в несколько миль. Предполагается, что метаморфизм, интрузии и надвиговые движения имеют юрский возраст. Нормальные сбросовые движения начались до образования надвигов, а затем периодически возобновлялись вплоть до современного периода. В послетретичное время хребет был вовлечен в глыбовые движения и претерпел продолжительное поднятие.

Магнезит и брусит приурочены к верхней существенно доломитовой части формации Лунинг (верхний триас). Падение пород этой формации преимущественно западное, умеренное до крутого, хотя и имеются местные отклонения. Месторождения расположены поблизости от штока гранодиорнта, вытянутого в северо-западном направлении ( 8.6). Все породы рудного поля приурочены к висячему блоку надвига

Парадайс, который выходит на поверхность приблизительно на расстоянии одной мили восточнее.

Доломиты формации Лунинг подразделяются на три петрографических типа, в действительности представляющие собой различные разновидности метадоломитов. Первая из этих разновидностей — плотный темно-серый до черного тонкозернистый доломит. В нем обнаруживается параллельная ориентировка зерен карбоната и присутствуют незначительные количества тремолита; эта порода, несомненно, продукт динамического метаморфизма. Ко второму типу относится белый грубозернистый доломит, образовавшийся за счет темного в результате термического метаморфизма. Целые пласты и неправильные крупные участки претерпели перекристаллизацию такого типа. Третий тип — серые среднегрубозернистые доломиты, обладающие на выветрелой поверхности красновато- бурой окраской, обусловленной присутствием соединений железа. Предполагается, что железо было привнесено гидротермальными растворами и отлагалось в форме пирита. Породы этого типа постепенно переходят в магнезитизированные доломиты и магнезиты.

Серые среднезернистые гранодиориты у Габбса слагают шток весьма неправильной формы, секущий перекристаллизованные доломиты и магнезиты. Таким образом, эти последние уже присутствовали при становлении гранодиоритов и должны были образоваться в более раннее время. Предполагается, что перекристаллизация доломитов и образование магнезита связаны с воздействием интрузии грубозернистого гранита, которая, судя по полевым взаимоотношениям, происходила раньше внедрения гранодиорита. Граниты не обнажаются в Габбском районе, но слагают шток в хребте Брокен-Хилс примерно в 7 милях севернее, а также мелкие тела в хребте Парадайс в 2,5 милях юго-западнее рудного поля.

Брусит сечет и замещает как магнезит, так и связанные с ним доломиты, развиваясь в тесном контакте с гранодиори- тами. Можно полагать, что он возник под воздействием гидротермальных растворов, выделявшихся из гранодиоритов.

Гидротермальная концепция происхождения магнезита и брусита выдвинута Коллэганом (Callaghan, 1933); в последнее время она была развита и обоснована (Vitaliano, Callaghan, 1956; Vitaliano et al., 1957). Однако эта концепция оспаривается Мартином и Уиллардом (Martin, Willard, 1957), которые предполагают, что магнезит отложился «в осадочной обстановке». Мартин (Martin, 1956) поставил под сомнение существование генетической связи магнезитового оруде- нения с интрузиями. В свете исчерпывающих доказательств, приведенных Виталиано и др., эту последнюю концепцию принять трудно.

Магнезит присутствует в пределах участка протяженностью в 1 милю и шириной 3 тыс. футов, расположенного северо-восточнее штока гранодиоритов, однако не все породы, развитые здесь, представляют собой руду. Фактически в этом участке наблюдаются все постепенные переходы от чистого магнезита до чистого доломита с весьма причудливыми и взаимопроникающими границами разновидностей. В связи с большим внешним сходством развитых здесь двух карбонатных минералов различать их удается только с помощью химических анализов. Для достоверного опробования месторождений необходимо располагать колонковые скважины на расстоянии всего лишь 50 футов. Различают три сорта магнезита по содержанию СаО: менее 5%, от 5 до 26% и более 26%. Эти сорта распределены как в плане, так и в разрезе весьма сложно. Магнезит прослежен скважинами на глубину 600 футов, фактическая максимальная глубина его распространения неизвестна.

Примеси в магнезитах, помимо доломита, представлены окислами железа и некоторыми силикатными минералами. Кроме того, магнезиты пересечены дайками различных изверженных пород. Дайки очень затрудняют эксплуатационные работы.

Магнезит добывают две компании, применяя обычные методы открытой разработки. Эксплуатационная разведка производится колонковым бурением, и границы распространения кондиционной руды определяются опробованием на содержание извести и кремнезема. По данным опробования составляются планы распределения извести и кремнезема. После отпалки уступа в карьере размечаются границы кондиционного оруденения, что дает возможность производить селективную выемку материала. Обогащенный материал подвергается обжигу с получением как каустической, так и огнеупорной магнезии.

брусит образует два месторождения на противоположных сторонах тела гранодиоритов. Оба эти месторождения разрабатываются, однако большая часть продукции поступает из восточного, или верхнего, месторождения. Залежь брусита здесь имеет около 1 тыс. футов длины и 200 футов ширины. В брусите присутствует огромное количество примесей и включений — реликты доломита и магнезита, дайки и линзовидные тела изверженных пород, а также обильная примесь силикатов. Трещины в брусите выполнены поздним доломитом. Методы разработки брусита описаны Холмсом (Holmes, 1949). Брусит отправляется в Огайо, где он совместно с доломитом намертво обжигается для получения высокотемпературных огнеупоров.

Во время второй мировой войны габбские месторождения были источником сырья для крупнейшего в мире завода по производству металлического магния. Этот государственный завод располагался близ Лас-Вегас, Невада, где в изобилии имелась электроэнергия от гидроэлектростанции Хувер. Магниевый завод был закрыт в ноябре 1944 г., выработав к этому времени 81 272 т металлического магния из 920 000 т руды. В печати имеется полное описание технологии этого производства (Ball, 1944).

Другие месторождения

Осадочный магнезит обнаружен близ Овертона, округ Кларк, южная Невада. Он переслаивается с доломитом в формации Хорс-Спрингс миоценового (?) возраста. Эта формация несколько дислоцирована и залегает с падением 25—40°. Как магнезит, так и доломит имеют блестящий белый цвет; оба они мягкие и обладают консистенцией глины. Руби и Коллэган (Rubey, Callaghan, 1936) считают, что эта толща отложилась в плейассовом (пустынном) озере. Примерно в 120 милях южнее, близ Нидлс, Калифорния, расположено другое пластовое месторождение магнезита (VitalianOj 1950). Здесь магнезит слагает линзы мощностью 12 футов, шириной 600 футов и протяженностью 2400 футов в третичных осадках, которые претерпели заметную складчатость и разбиты сбросами. Предполагается, что магнезит имеет континентально- озерное происхождение. Возможным источником магния считают воды, которые генетически связаны с третичными вулканами региона и, вероятно, поступали в виде горячих источников. Осадочный магнезит в США имеет лишь потенциальное промышленное значение. Предполагают также, что осадочный генезис имеют и очень крупные месторождения северо-востока Китая (Nishihara, 1956).

Магнезит, связанный с серпентинитами, установлен во многих местах в домеловом комплексе ультраосновных пород Берегового хребта и западной части Сьерра-Невады в Калифорнии. Эти месторождения мелкие, но магнезит в них исключительно чистый. Благодаря последнему обстоятельству, а также в связи с близостью промышленных районов тихоокеанского побережья калифорнийские месторождения магнезита интенсивно разрабатывались в течение второй мировой войны. Большинство из них в настоящее время истощилось. Наиболее крупное месторождение этого типа расположено у горы Ред в пределах округов Санта-Клара и Станисло, в Береговом хребте, около 60 миль юго-восточнее Сан-Франциско. Здесь имеется сложное силлоподобное тело перидотитов и ассоциирующих с ними пород, измененное в серпентиниты по сколовым зонам. Магнезит также приурочен к этим зонам, где он слагает конкреционные метасоматические линзы и выполняет неправильные трещинные полости.

Эксплуатационные работы производились в залежах шириной 5—10 футов и протяженностью в горизонтальном направлении и на глубину до 500 футов. Так же как и на большинстве других связанных с серпентинитами месторождениях Калифорнии, магнезит у горы Ред криптокристаллический, белый и чистый, имеет раковистый излом и в свежем сколе напоминает негла- зурованный фарфор. Боденлос (Bodenlos, 1950) полагает, что магнезит образовался под воздействием восходящих гидротермальных вод, обогащенных двуокисью углерода, которые изменяли магнезиальные силикаты серпентинитов в карбонат. Первоначальные запасы магнезита оценивались приблизительно 1 млн. т. К 1950 г. было извлечено около 180 тыс. т, после чего месторождение не эксплуатировалось.

Виталиано (Vitaliano, 1951) описал магнезитовое проявление, в котором магнезит встречался в виде конкреций и жил в вулканических туфах. Минеральный состав и генезис этого месторождения (Faust, Callaghan, 1948) представляют значительный интерес, однако запасы магнезита здесь невелики, и месторождение не разрабатывалось.

Эксплуатировались также месторождения магнезита коры выветривания гипербазитов (Халиловское на Южном Урале), близкие к калифорнийским. Наибольшее промышленное значение во всем мире имеет магнезит, приуроченный к метаморфи- зованным доломитам; помимо крупнейших месторождений этого типа в докембрии Китая и Кореи, сюда относятся также основные европейские месторождения в палеозойских карбонатных толщах Пиренеев, Альп и Карпат, По всем главным признакам эти месторождения — продукт

ЛИТЕРАТУРА

Bain G. W. (1924). Types of magnesite deposits and their origin, Econ. Geology, 19, 412—433.

Ball C. J. P. (1944). The Basic Magnesium enterprise, Amer. Inst. Min. Met. Eng. Trans.. 159, 285—292.

Bennett W. A. G. (1941). Preliminary report on magnesite deposits of . Stevens County, Washington, Wash. Div. Geology Rept. Inv., 5.

Bennett W. A. G. (1943). Character and tonnage of the Turk magnesite deposit, Wash. Div. Geology Rept. Inv., 7.

Bodenlos A. J. (1950). Geology of the Red Mountain magnesite district, Santa Clara and Stanislaus counties, California, Calif. Jour. Mines and Geology, 46, 223—278.

Bray W. Т., Hilchey G. R. (1957). Magnesite deposits of Kilmar, Quebec, Geology of Canadian Industrial Mineral Deposits, Montreal, Can. Inst. Min. and Met., 164—166.

Callaghan E. (1933). Brucite deposit. Paradise Range, Nevada, Univ. Nev. Bull., 27, 1—34.

Campbell I., Loofbourow J. S., Jr. (1946). Geology of the magnesite belt of Stevens County, Washington, Bull. Geol. Soc. Amer., 57, 1250.

Campbell I., Loofbourow J. S., Jr. (1957). Preliminary geologic map and sections of the magnesite belt, Stevens County, Washington, U. S. Geol. Survey Map MF 117.

Chelf C. (1941). Magnesite mining In Llano County, Texas, Tex. Bur. Econ. Geology, Min. Res. Survey Circ., 40.

Davis R. E. (1957). Magnesium resources of the United States — a geologic summary and annotated bibliography to 1953, U. S. Geol. Survey Bull., 1019-E.

Faust G. Т., Callaghan E. (1948). Mineralogy and petrology of the Currant Creek magnesite deposits and associated rocks of Nevada, Bull. Geol. Soc. Amer., 59, 11—74; 1958, 69, 353—354.

Holmes G. H., Jr. (1949). Mining methods at the brucite deposit, Basic Refractories, Inc., Gabbs, Nye County, Nev., U. S. Bur. Mines Inf. Circ., 7543.

Holmes G. H., Jr., Mat son E. J. (1950). Investigation of the magnesite deposit of the Ala-Mar Magnesium Co., Inc., and Nevada Magnesite Co., White Pine County, Nev., U. S. Bur. Mines Rept. Inv., 4608.

Martin C. (1956). Structure and dolomitization in crystalline magnesite deposits, Paradise Range, Nye County, Nevada, Bull. Geol. Soc. Amer., 67, 1774.

Martin C., W II lard H. P. (1957). Quality control in selective mining of magnesite. Min. Eng., 9, 425—427.

Nishihara H. (1956). Origin of the bedded magnesite deposits of Manchuria, Econ. Geology, 51, 698—711.

Perry J. В., Kir wan G. M. (1938). The Bald Eagle magnesite mine, California, Amer. Inst. Min. Met. Eng. Trans., 148, 35—50.

Rubey W. W., Callaghan E. (1936). Magnesite and brucite, in He- wett D. F. et al., Mineral resources of the region around Boulder Dam, U. S. Geol. Survey Bull., 871, 113—144.

Schroeder M. C. (1949). The genesis of the Turk magnesite deposit of Stevens County, Washington, Compass, 26, 37—46.

Sea ton M. Y. (1942). Production and properties of the commercial magnesias, Amer. Inst. Min. Met. Eng. Trans., 148, 11^31.

Ver Planck W. E. (1957). Magnesium and magnesium compounds, Calif. Div. Mines Bull., 176, 313—323.

Vital iano C. J. (I960). Needles magnesite deposit, San Barnardino County, California, Calif. Jour. Mines and Geology, 46, 357—372.

Vitaliano C. J. (1951). Magnesium-mineral resources of the Currant Creek district, Nevada, U. S. Geol. Survey Bull., 978-A.

Vitaliano C. J., Callaghan E. (1956). Geologic map of the Gabbs magnesite and brucite deposits, Nye County, Nevada, U. S. Geol. Survey Map MF 35.

Vitaliano C. J., Callaghan E., S i 1 b e r 1 i.n g N. J. (1957). Geology of Gabbs and vicinity, Nye County, Nevada, U. S. Geol. Survey Map MF 52.