ПРОМЫШЛЕННЫЕ МИНЕРАЛЫ

Производство вермикулита. Вермикулитовые месторождения

После окончания второй мировой войны вермикулит добывался в США не менее чем в девяти штатах: на западе — в Монтане, Вайоминге, Колорадо, Неваде и Аризоне; на юго- востоке— в Южной и Северной Каролинах и Джорджии, а также в Техасе. Со времени возникновения вермикулитовой промышленности в 20-х годах долгое время ведущим производителем вермикулита была Монтана. В 1957 г. добыча вермикулита производилась только в Монтане и Южной Каролине. В этом году общая добыча сырого вермикулита в США составила 184 тыс. коротких тонн стоимостью 2,6 млн. долл.Стоимость транспортировки и вспучивания можно учесть, обратившись к суммарной стоимости вспученного вермикулита, которая в 1957 г. составляла 10 млн. долл. США покрывают потребности в вермикулите главным образом за счет отечественной добычи; незначительное количество вермикулита импортируется из ЮАР.

Очень низкий вес вспученного вермикулита затрудняет его рентабельную транспортировку, в связи с чем он перевозится в сыром виде и вспучивается вблизи мест потребления. В США существует более 50 заводов по вспучиванию вермикулита, расположенных в 35 штатах, в том числе и на Гавайских островах.

Общие обзоры вермикулитовой промышленности были опубликованы в 1946 г. (Goldstein, 1946) и в 1953 г. (North, Chandler, 1953).

Месторождение Либби, Монтана

Подавляющая масса вермикулита в США добывается на месторождении, расположенном близ Либби, Монтана, эксплуатационные работы на котором устойчиво ведутся начиная с 1925 г. Это месторождение располагается в округе Линкольн в северо-западном углу штата. Оно отстоит на 7 миль к северо-востоку от Либби, с которым связано шоссе и небольшим подъездным ответвлением с гравийным покрытием. Местность в округе Линкольн гористая и лесистая. Месторождение расположено на крутом склоне долины ручья Рейни-Крик, текущего в южном направлении притока реки Кутиней. Высота расположенной в 3800—4200 футах от рудника вершины горы Рейни-Крик составляет около 2100 футов. Геология планшета Либби, восточная граница которого проходит в 3 милях западнее месторождения вермикулита, описана Гибсоном (Gibson, 1948).

Район сложен кварцитами, аргиллитами и метаизвестня- ками серии Белт докембрийского возраста, смятыми в складки северо-западного простирания. Подле Либби эти породы образуют открытую синклиналь ( 9.10), в замке которой располагается интрузив неправильной формы с макси. мальным поперечником 4 мили. Западная треть этого интрузивного тела представлена сиенитами, а восточные две трети — пироксенитами. Вермикулит приурочен к пироксенитам.

Полагают, что как сиениты, так и пироксениты имеют меловой возраст, причем последние несколько древнее передо, Пироксещты имеют темную окраску, грубозерни^ь? и настолько глубоко изменены выветриванием, что свободно крошатся в пальцах. Состоят они преимущественно из пироксена (диопсида), биотита и вермикулита. Преобладает пироксен, тогда как два остальных минерала обычно встречаются в рассеянном состоянии в существенно диопсидовой массе. Однако в отдельных участках порода постепенно переходит в агрегат, почти целиком состоящий из биотита и вермикулита. Акцессорные минералы представлены апатитом, полевым шпатом, титанитом и магнетитом.

Сиенит обладает средне- и грубозернистым сложением; в свежем состоянии он имеет белый цвет, но выветрелые разности окрашены железистыми потеками. Помимо калиевого полевого шпата и кислого плагиоклаза, местами в сиените присутствует до 15% мусковита. Среди многих акцессорных минералов характерны небольшие примеси диопсида и роговой обманки. Сиенит слагает не только относительно крупное интрузивное тело, но и многочисленные мелкие дайки, секущие пироксениты. Поздние стадии магматической деятельности представлены мелкими телами сиенит-пегматитов и гранитных пегматитов, а также сульфидно-кварцевыми жилами, секущими пироксениты.

Среди жильных минералов присутствует ванадийсодержащий эгирин; исследование этого минерала с определением ванадия и привело в 1916г. к открытию вермикулита.

Главное месторождение вермикулита располагается у основания крупной округлой возвышенности, несколько вытянутой в широтном направлении, неподалеку от апофизы сиенита, протягивающейся в пироксениты. Месторождение представлено несколькими неправильными скоплениями, содержащими до 95% вермикулита. Эти тела имеют грубо линзо- видную форму и ориентированы почти вертикально; ширина их составляет 20—100 футов, а протяженность достигает 1 тыс. футов. Вермикулитовые тела постепенно переходят в пироксениты с рассеянными скоплениями биотита. У западной границы месторождения вермикулит сечется серией даек сиенита мощностью 5—10 футов, отстоящих друг от друга на расстоянии 10—15 футов. Наиболее крупные концентрации вермикулита установлены в восточной части месторождения на некотором удалении от главного тела сиенитов.

Парди и Ларсен (Pardee, Larsen, 1928) пришли к выводу, что биотит был первичным минералом пироксенитов, а вермикулит возникал за счет него в результате гидротермального изменения. По более поздним данным Майерса (Myers, 1949), однако, и биотит и вермикулит представляют продукты изменения пироксенита, причем условия образования этих двух минералов определялись преимущественно химическим составом гидротермальных растворов, особенно содержанием в них калия. Результаты экспериментального изучения выветривания, проведенного Роем и Ромо (Roy, Romo, 1957), противоречат обеим этим гипотезам о происхождении вермикулита. Рой и Ромо утверждают, что вермикулит не может возникать в качестве первичного минерала даже в условиях низкотемпературного гидротермального процесса, а должен образовываться за счет слюд при низкотемпературных реакциях в зоне выветривания. Именно подобный способ образования принят для многих других месторождений вермикулита. Интересно было бы проследить, какую генетическую концепцию — гидротермальную или метеорную, подтвердят будущие исследования генезиса вермикулита в Либби

Возвышенность с телами вермикулита последовательно уничтожается уступами карьеров. Мощность наносов невелика, и вермикулит добывается непосредственно ковшовым экскаватором и грузится в автомашины. Лишь довольно незакономерно встречающиеся дайки сиенитов приходится разбуривать и взрывать. Вермикулит добывается селективно с подразделением на три сорта по качеству. Трудности разработки месторождения заключаются в том, что мягкость и губчатый характер вермикулита осложняют процесс поддержания подошвы карьера в устойчивом состоянии, особенно в дождливое время.

После обогащения добытый сырой материал подвергается сушке в печи при температуре, необходимой для удаления свободной влаги, но недостаточной для выделения связанной воды вермикулита. Вслед за этим руда подвергается грохочению и поступает на бегуны.

Мягкий чешуйчатый вермикулит свободно проходит через бегуны, тогда как твердые включения пород размалываются до пылевидного состояния и удаляются при помощи воздушной сепарации. Полученный таким образом концентрат отправляется на грузовиках к устью ручья Рейни-Крик, откуда по подвесной дороге он транспортируется через реку Кутиней до станции погрузки на Великой Северной железной дороге.

Другие месторождения

Месторождения вермикулита обнаружены во многих местах в пределах пояса кристаллических пород юго-восточных штатов США, протягивающегося от Виргинии до Алабамы. Менее крупный вермикулитпроизводящий район США располагается в области Пидмонт на западе Южной Каролины на стыке округов Гринвилл, Лоренс и Спартенберг. К гнейсам и кристаллическим сланцам этого района приурочено огромное количество интенсивно измененных линз пироксе- нитов, представленных в настоящее время в верхней выве- трелой части преимущественно вермикулитом, а на глубине— биотитом.

Полевые данные позволяют представить следующую последовательность событий при возникновении этих месторождений (Buie, Stewart, 1954; Hunter, 1950): внедрение линз пироксенитов; внедрение в пироксениты пегматитовых прожилков и мелких неправильных тел гранитов; изменение пироксенитов в агрегат роговой обманки и диоп- сида, а затем в биотит под воздействием гидротермальных растворов; интенсивные эрозионные процессы, которые вывели скопления биотита и перемежающиеся с ними изверженные горные породы в зону выветривания; наконец, превращение биотита в вермикулит в результате воздействия циркулирующих метеорных вод. На этих месторождениях вермикулит на глубине 15—20 футов переходит в темный крепкий биотит, который в виде отдельных остаточных линз присутствует и в приповерхностной зоне. Ниже зоны интенсивного выветривания в вермикулите и биотите устанавливаются акцессорные минералы. Изменение до вермикулита наиболее интенсивно осуществляется в участках повышенной трещиноватости.

В западной части Северной Каролины хорошо обнажены очень крупные тела обогащенных оливином ультраосновных пород типа дунита и саксонита. Вермикулит в них был установлен еще в 1875 г. Эти вермикулитовые месторождения описаны Мердоком и Хантером (Murdock, Hunter, 1946). Жилы вермикулита здесь оторачивают дайки и линзы дуни- тов и саксоннтов, причем и во внутренних частях последних вдоль мелких сбросовых зон и трещин также локализуются вермикулитовые скопления. По мнению Хантера (Hunter, 1950), происхождение вермикулита в этом районе представляется следующим: 1. Тела ультраосновных пород после внедрения подверглись ориентированному давлению, вызвавшему небольшие смещения по границам интрузивов и никновение внутри них многочисленных трещин. 2.. Вдоль этих ослабленных зон произошла серпентинизация под воздействием остаточных растворов ультраосновной магмы. 3. В результате внедрения в те же зоны пегматитов и гра« нитов, а также под воздействием растворов, связанных с кислыми породами, серпентин переходил вначале в амфибол, а затем в хлорит. 4. Глубокая эрозия вывела эту формацию пород на дневную поверхность, и под воздействием метеорных вод за счет хлорита образовался вермикулит.

Глубина распространения вермикулита обычно определяется местным уровнем стока грунтовых вод. Однако на месторождении Ко- рундум-Хилл, округ Мейкон, поверхностные воды просачивались значительно ниже современного уровня грунтовых вод, и вермикулит здесь присутствует до глубины 150 футов. На глубине вермикулит постепенно переходит в хлорит. Сходные представления о генезисе вермикулита были высказаны Калпом и Бробстом (Kulp, Brobst, 1954) в отношении вермикулитового месторождения в округе Янси, однако в этом случае исходным минералом, за счет которого возникал вермикулит, был не хлорит, а флогопит.

Вермикулитовые месторождения, представляющие интерес в прошлом или потенциально перспективные, довольно многочисленны. Месторождения Джорджии (Hunter, 1950; Hunter, Mattocks, 1936) очень сходны по условиям локализации и происхождению с месторождениями Северной Каролины. Крупнейшие месторождения плато Льяно в Техасе, вероятно, возникли в результате выветривания докембрий- ских кристаллических сланцев, однако мелкие жилы вермикулита и хлорита здесь, видимо, имеют гидротермальный генезис (Clabaugh, Barnes, 1957). В происхождении вёрмику- литовых месторождений Колорадо Гольдштейн (Goldstein, 1946, стр. 12—17) отводит главную роль воздействию гидротермальных растворов; аналогичное мнение высказывает Хагнер (Hagner, 1944) о вермикулитовых залежах Вайоминга. Лейгтон (Leighton, 1954) полагает, что вермикулит в го- pax Вёрджин, Невада, имеет гидротермальное происхождение, но что «метеорные растворы продолжали процесс вер- микулитизации... и, вероятно, в некоторых случаях он начинался под воздействием поверхностных вод».

Вермикулитовые месторождения района Палабора в Трансваале, Южная Африка, которые относятся к числу крупнейших в мире, приурочены к серпентинизированным пироксенита>м, имеющим сложную геологическую историю. По мнению Геверса (Ge- vers, 1949), образование вермикулита здесь «кажется, связано с положением современной дневной поверхности и обусловлено главным образом воздействием обычных грунтовых вод

ЛИТЕРАТУРА

Bars had I. (1948). Vermiculite and its relations to biotit, Amer. Mineralogist, 33, 655—678.

Barshad I. (1949). The nature of lattice expansion and its relation to hydration in montmorlllonlte and vermiculite, Amer. Mineralogist, 34, 675—684.

Bruce C. G. (1952). The Stanleyville vermiculite deposit, Can. Min. and Met. Bull., 45, № 484, 489—493.

Bule B. F., Stewart O. F. (1964). Origin of vermiculite at Tigervllle, South Carolina, Bull. Geol. Soc. Amer., 65, 1356—1357.

С lab a ugh S. E., Barnes V. E. (1957). Origin of central Texas vermiculite deposits, Bull. Geol. Soc. Amer., 68, 1709.

Gevers T. W. (1949). Vermiculite at Loolekop, Palabora, northeast Transvaal, Geol. Soc. South Africa Trans., 61, 133—173; 174—178.

Gibson R. S. (1948). Geology and ore deposits f the Libby quadrangle, Montana, U. S. Geol. Survey Bull., 956.

Goldstein A., J r, (1946). The vermiculites and their utilization, Colo. School of Mines Quart., 41, № 4.

Hagner A. F. (1944). Wyoming vermiculite deposits, Wyo. Geol. Survey Bull., 34.

Hunter С. E. (1950). Vermiculite of the southeastern states, Proc. Southeastern Mineral Symposium, 1949, Knoxville, Univ. Tenn. Press, 120—127.

Hunter С. Е., Mattocks P. W (1936). Verraiculites of western North Carolina and north Georgia, Tenn. Valley Authority Geol. Bull., 5, 1—21.

Kriegel W. W. (1940). Summary of occurrence, properties, and uses of vermiculite at Libby, Montana, Bull. Amer. Ceramic Soc., 19, 94—97.

Kulp J. L., В robs t D. A. (1954). Notes on the dunite and the geochemistry of vermiculite at the Day Brook dunite deposit, Yancey County, North Carolina, Econ. Geology, 49, 211—220.

Leigh ton F. B. (1954). Origin of vermiculite deposits, southern Virgin Mountains, Nevada, Bull. Geol. Soc. Amer., 65, 1277.

Mathieson A. McL., Walker G. F. (1954). Crystal structure of mag- nesium-vermiculite, Amer. Mineralogist, 39, 231—255.

McMillan W. D., Gerhard t A. W. (1949). Investigation and laboratory testing of vermiculite deposits, Llano County, Texas, U. S. Bur. ■Mines Rept. Inv., 4486.

Murdock T. G., Hunter С. E. (1946). The vermiculite deposits of North Carolina, N. C. Div. Min. Res. Bull., 50.

Myers J. B. (1949). Vermiculite, Industrial Minerals and Rocks 2nd. ed., New York, A. I. M. E„ 1102—1110.

North O. S., Chandler H. P. (1953). Vermiculite, U. S. Bur. Mines Inf. Circ., 7668.

Pardee J. Т., La r sen E. S. (1928). Deposits of vermiculite and other minerals In the Rainy Creek district, near Llbby, Mont., U. S. Geol Survey Bull., 805, 17—29.

Perry E. S. (1948). Talc, graphite, vermiculite, and asbestos in Montana; Mont. Bur. Mines and Geology Memoir, 27, 23—28.

Prlndle L. M. (1936). Kyanlte and vermiculite deposits of Georgia, Ca. Geol. Survey Bull., 46, 41—46.

Roy R., Rorao L. А. (1957). Weathering studies, 1, New data on vermiculite, Jour. Geology, 65, 603—610.

Young W. A. (1952). Investigation of Encampmen' vermiculite deposits. Carbon County, Wyoming, U. S. Bur. Mines Rept. Inv., 4857.