Неметаллические полезные ископаемые.

Глава 3. Бор.

Считается, что бура была известна еще вавилонянам почти 4 тыс. лет назад, использовавшим этот минерал для изготовления амулетов. В древнем Египте ее употребляли при мумифицировании. Еще в 300 году в Китае, а несколько позднее в Аравии, начали использовать боросодержащие глазури. В 1702 году парижский химик Гольберг получил из буры борную кислоту, а в 1777 году она была обнаружена как природное соединение (сассолин) в горячих источниках Тосканы. Как химический элемент бор впервые был получен Гей-Люссаком и Л.Тенаром в 1808 году при нагревании борной кислоты с металлическим калием.

По А.П.Виноградову кларк бора в земной коре составляет 1,2^.10^-3%, причем повышенные концентрации отмечаются в глинах и глинистых сланцах (1,1^.10^-2%), фосфоритах (1,3^.10^-2%), железо-марганцевых конкрециях (1,1^.10^-2%), кимберлитах (1,9^.10^-2%), а также в подземных водах вулканически активных районов, в нефтяных водах, циркулирующих в гипс-ангидритовых соленосных толщах, и в грязевых вулканах. Элементарный бор обычно представлен темным аморфным порошком, либо окрашенными или бесцветными кристаллами; его температуры плавления и кипения составляют соответственно 2075°C и 2550°C. В соединениях с галоидами и кислородом бор трехвалентен, однако известен ряд соединений, где он обладает иной валентностью.

Практическое использование бора и его соединений чрезвычайно разнообразно, что связано с его различными свойствами. Около 55% борного сырья потребляют стекольная и керамическая промышленности для изготовления оптических стекол, теплоизолирующего стекловолокна, кислото- и огнеупорных изделий, эмалей, глазурей, фарфора и т.д. 15-30% борного сырья используется в мыловарении и в производстве отбеливающих средств. В небольшом количестве борные соединения применяются в медицине как антисептики, в металлургии как присадки к стали, в резиновой, лакокрасочной, кожевенной и парфюмерной промышленности.

В сельском хозяйстве (около 10% потребления) бор служит микроудобрением. Соединения бора широко применяются для предохранения древесины от гниения и придания ей огнестойкости, а также для антикоррозийных и жаропрочных покрытий по металлам.

Соединения бора с металлами (бориды) используются при производстве особо прочных деталей газовых турбин и реактивных двигателей. Карбиды бора, характеризующиеся высокой твердостью, абразивностью и износоустойчивостью, применяются в шлифовальном деле, для изготовления ступок, всевозможных калибров, сопел пескоструйных аппаратов и т.п. Нитриды бора, обладающие термоизоляционными и полупроводниковыми свойствами, используются в высокочастотных индукционных печах; один из них (боразон) по твердости подобен алмазу, но отличается большей термической устойчивостью. Сложные бороводороды (бораны), легко окисляющиеся с выделением большого количества энергии, интересны как горючее для реактивных двигателей. Соединения бора необходимы также при производстве нейлона, фибергласа, гибких пластмасс и в других целях.

В настоящее время известно около 160 минералов бора; подавляющее большинство из них (свыше 100) являются боратами магния, кальция, натрия и калия; известны также боросиликаты, боралюмосиликаты и представители некоторых других минеральных групп. Наиболее распространенные минералы бора, имеющие промышленное значение, приведены в табл. 8.

В зависимости от технологии их переработки, выделяются различные промышленные типы руд, в которых главными минералами являются: а) бораты, растворимые в воде (сассолин, бура, кернит и др.), б) бораты, разлагающиеся в кислотах или щелочах (иньоит, пандермит, гидроборацит, людвигит, сахаит и др.), в) боросиликаты, разлагающиеся в кислотах (датолит и др.), г) боросиликаты и боралюмосиликаты, не разлагающиеся в кислотах (данбурит, турмалин, аксинит и др.). Особым типом борного сырья являются боросодержащие подземные воды, рапа соляных озер, нефтяные воды, горячие источники.

Все боратовые руды отличаются хорошими технологическими свойствами; при содержаниях В₂О₃ выше 12% они идут в переработку без обогащения. Максимальные содержания В₂О₃ в этих рудах могут достигать 20-30%, а минимальные - 2-6%. Вредные примеси в них - кальций, магний, сульфаты железа и алюминия; сопутствующие полезные компоненты - сода, галит, калийные и магниевые соли, глины, цеолиты.

Боросиликатные (датолитовые и данбуритовые) руды делятся на высоко- (10% и более В₂О₃), средне- (5-10%) и низкосортные (3-5%). Бортовое содержание В₂О₃ для датолитовых руд составляет около 3%. Они всегда требуют обогащения. Сопутствующим полезным компонентом в них иногда является волластонит как керамическое сырье.

Содержание В₂О₃ в рапе соляных озер изменяется от 0,5 до 2,2%, а в бороносных поверхностных и подземных водах оно еще ниже; однако это сырье очень легко добывается и перерабатывается.

Переработка борного сырья осуществляется стадийно. Разложением природных боратов (водой и серной кислотой) получают борную кислоту, а при термической обработке последней образуется борный ангидрид. Аморфный бор образуется при восстановлении борного ангидрида магнием. От примесей его очищают обработкой азотной и плавиковой кислотами.

Главными продуцентами борного сырья в мире являются Турция и США; на их долю в середине 90-х гг. минувшего столетия приходилось более 90% мировой добычи, составлявшей около 1,2 млн т В₂О₃ ежегодно (без России и стран CHГ). Оставшаяся часть приходилась на КНР, Аргентину, Перу и Чили. Заметное количество этого сырья добывается в России и Казахстане.

Месторождения бора образуют три главнейших генетических и геолого-промышленных типа: скарновый, вулканогенно-осадочный и галогенный.

Скарновый тип подразделяется на известково- и магнезиально-скарновые подтипы. Известково-скарновые месторождения представлены пластообразными и линзовидными, круто-, реже пологопадающими залежами известковых скарнов с датолит-данбуритовой минерализацией. Скарны развиваются при метасоматическом замещении карбонатных пород. Залежи имеют мощности в десятки-сотни метров, прослеживаются по простиранию на сотни-первые тысячи метров, по падению - на сотни метров. Среднее содержание В₂О₃ в рудах составляет 6-12%. Месторождения образуются на глубинах в первые км (гипабиссальная фация). Борная минерализация связана со щелочными магмами мантийного происхождения. Примерами таких месторождений в нашей стране являются Дальнегорское в Приморье и Золотой Курган в Ставрополье, за рубежом - Ак-Архар в Таджикистане и др.

Магнезиально-скарновые месторождения характеризуются пластообразной, линзовидной, жильной, гнездовой и сложной формами залежей людвигитовых, суанитовых, ссайбелиитовых, котоитовых, курчатовит-сахаитовых и других руд, локализованных чаще всего среди древних мигматизированных метаморфических толщ. Мощность залежей составляет метры - десятки метров, длина по простиранию - десятки-сотни метров и длина по падению - сотни метров. Среднее содержание В₂О₃ в таких рудах варьирует от 3 до 20%. Как правило, борная минерализация на этих месторождениях совмещена с железорудной. Рудообразование связывается с гранитными батолитами и процессами мигматизации, происходившими в абиссальных и гипабиссальных условиях. Такие месторождения известны на Сино-Корейском, Скандинавском, Алданском (Таежное и др.) щитах, в Кокчетавском срединном массиве (Казахстан), а также в Верхоянье, Джугджуре и Забайкалье (Россия), в Румынии, США, Италии и Франции.

Месторождения вулканогенно-осадочного геолого-промышленного типа образуют пластовые и линзовидные залежи горизонтального или пологого залегания, сложенные вулканогенно-соленосно-глинистым материалом, содержащим большое количество разнообразных боратов и межкристалльной борсодержащей высокоминерализованной рапы. Площадь таких залежей колеблется от десятых долей до первых десятков км², а мощность - от одного до многих десятков метров. В вулканогенно-соленосно-боратовых рудах преобладают бура и кернит, а в вулканогенно-глинисто-боратовых - появляются также иньоит, колеманит и улексит. Содержание В₂О₃ в солях составляет 20-25% и даже более, в рапе - 1-1,5%. Все эти месторождения ассоциируют с контрастными по составу вулканитами калиево-щелочной и андезитовой серий. Они образуются в связи с кайнозойской наземной вулканической и поствулканической деятельностью в условиях аридного климата в обстановке бессточных либо слабо проточных озер. Вулканогенно-соленосные месторождения связаны с четвертичными (включая современные) континентальными эвапоритами, а вулканогенно-глинистые - с олигоцен-неогеновыми озерными туфогенными глинами. Такие месторождения заключают огромные запасы борной руды, исчисляемые десятками-сотнями млн т; к ним относятся оз. Серлз, Крамер (Борон), Фернис-Крик в США, Бигадич, Сарикайа (Кырка), Эмет и др. в Турции, Тинкала-Тинкалайю в Аргентине, Салар-де-Сурире в Чили, месторождения Тибета, Памирской горной области и Закавказья.

Среди месторождений галогенного геолого-промышленного типа различают галогенно-осадочные и галогенно-остаточные залежи. Первые характеризуются пластовой и гнездовой формой с крутыми падениями, размерами в сотни до тысячи метров по простиранию и падению, до 50 метров по мощности; боратовая минерализация неравномерная с низким средним содержанием В₂О₃ в рудах (2-6%), представленная калиборитом, преображенскитом, борацитом, ашаритом и другими минералами. Галогенно-остаточные залежи - пластообразные и линзовидные, субгоризонтальные, имеют относительно небольшие размеры в плане (до 0,5 км) при мощности до 25 м; им присущи ашаритовая, гидроборацитовая, колеманитовая и улекситовая минерализация и более высокие средние содержания В₂О₃ в рудах (7-25%). Борное оруденение галогенного типа наиболее характерно для пермских эвапоритовых соляных толщ, сформировавшихся в крупных эпиконтинентальных морских бассейнах (например, Прикаспийская и Северогерманская впадины). Установлено, что под соляными куполами с промышленной борной минерализацией (Индерские, Челкарское и др. месторождения) находятся древние прогибы фундамента. Формирование галогенно-остаточных залежей связано с образованием глинисто-гипсовых шляп (кепроков) - как продуктов выветривания соляных куполов.

Дальнегорское датолитовое месторождение

В пределах Дальнегорского рудного поля в Приморье широким развитием пользуются известковые скарны с наложенным свинцово-цинковым и боросиликатным оруденением. В тектоническом отношении рудное поле представляет собой горстовую структуру сложного складчато-глыбового внутреннего строения.

Дальнегорское борное месторождение находится на площади этого рудного поля в тектоническом блоке второго порядка - горст-антиклинали, вытянутой по простиранию складки в северо-восточном направлении на 4,5 км и имеющей ширину 1-2 км. Блок сложен алевролитами, песчаниками и известняками верхнего триаса суммарной мощностью до 500 м. На северо-западе и юго-востоке горст-антиклиналь граничит с блоками, выполненными терригенно-осадочными и кремнистыми образованиями средней юры.

Горст-антиклиналь разбита многочисленными разрывными нарушениями различного направления и возраста, нередко выполненными протяженными дайками и штокообразными телами андезитовых и диабазовых порфиритов, трахиандезитов, трахидиабазов, шонкинитов и других щелочно-калиевых пород.

Рис. 17. Схема скарновой залежи Дальнегорского борного месторождения по скважине 753 (по В.М. Шербинину, Н.А.Носенко, А.В.Чернышеву, В.С.Азаровой). Метасоматические зоны 1,3,4,9 - соответственно: волластонитовая, гранатовая (экзоскарновые), гранатовая и пироксеновая (эндоскарновая), пироксеновая (экзоскарновая). Породы 2,5,6,7,8,10,11 - соответственно: граниты, известняки, песчаники мелко-среднезернистые кварц-полевошпатовые, песчаники мелкозернистые полимиктовые с алевролитами, андезиты покровные (эродированные), диабазовые порфириты, эпилейцитовые трахиты. 12 - разрывные нарушения, 13 - контакты установленные, 14 - контакты предполагаемые, 15 - эродированная часть залежи, 16 - скважины.

Промышленная крупная скарновая залежь приурочена к юго-восточному крылу антиклинали, имеющему близвертикальное, иногда опрокинутое залегание. Залежь унаследовала пластовую форму и субвертикальное падение горизонта замещаемых ею известняков. Во фланговых выклиниваниях по простиранию залежи наблюдаются не полностью замещенные известняки; кроме того, такие известняки образуют в составе залежи мелкие реликтовые останцы. При близвертикальном положении скарновой залежи ее мощность, замеренная на поверхности, составляет 290 м, а вертикальная протяженность по данным глубокого бурения и с учетом нагорной части в современном рельефе составляет 1450 м. Принимая во внимание эродированную часть залежи, полный вертикальный интервал скарнообразования превышал 1500 м.

Внутреннее строение залежи определяется метасоматической концентрической зональностью. В направлении от обоих контактов с вмещающими алюмосиликатными осадочными породами к центру выделяются зоны: эпидотизированных песчаников и алевролитов, эндоскарновая гранатовая (иногда с пироксеном), экзоскарновые гранатовая, пироксеновая, волластонитовая и зона реликтов мраморизованного известняка. Среди эпидотизированных песчаников и отчасти в эндоскарнах отмечается аксинит. В экзоскарновых зонах развита наложенная датолитовая минерализация с подчиненным данбуритом, определяющая промышленную ценность месторождения. Гранат эндоскарнов - гроссуляр, в экзоскарнах - андрадит; последний образует кристаллы размером до 2-3 мм желто-зеленого или зеленого цвета. Пироксен принадлежит ряду диопсид-геденбергит; он светло-зеленый, шестовато-лучистый, с размерами кристаллов до 1,5 см. Волластонит, представленный белыми лучистыми агрегатами и землистыми массами, на верхних горизонтах является значительно более железистым и марганцовистым (сумма оксидов этих металлов достигает 11 мас. %), чем на глубоких (1-2 мас. %). Помимо названных минералов в составе залежи широко развиты кварц и кальцит, присутствующие как среди скарнов, так и образующие послескарновые жилы, гнезда и линзы.

В верхней части залежи (рис. 17) указанная метасоматическая зональность по отношению к предполагаемому источнику гидротермальных растворов обратная: волластонитовая (внешняя) зона находится ниже гранатовой (внутренней). В поперечном разрезе (в направлении от контактов с алюмосиликатными породами) эти зоны сменяются в обычном порядке.

По данным глубокого бурения ниже залежи обнаружены граниты; близ контакта с ними в составе залежи фиксируется нормальное (по отношению к гранитам) расположение метасоматических зон. В самих гранитах, а также в контактах алюмосиликатных пород развиты эндоскарны, сложенные преимущественно гроссуляром и кварцем с подчиненными количествами геденбергита, карбонатов и акцессорными минералами первичной изверженной породы (циркон, сфен, апатит, магнетит).

Все охарактеризованные выше экзоскарны являются рудой, содержащей 2-11 мас. % В₂О₃ (среднее содержание по месторождению - 9,39%). Количество главного промышленного минерала - датолита - достигает 40%. Кроме него в руде широко представлены данбурит, волластонит, геденбергит, андрадит, кальцит и кварц, образующие полосчатые, концентрические, фестончатые и другие весьма выразительные текстуры.

По данным А.В.Чернышева формирование скарнов происходило по субвертикальному пласту чистых известняков, экранированному с боков песчаниками и сверху субгоризонтальным покровом эффузивных андезитов верхнемелового-палеогенового возраста, в экзоконтакте гранитоидной интрузии на глубине 2-2,5 км инфильтрационно-метасоматическим путем. Наиболее интенсивная циркуляция гидротермальных растворов происходила по ослабленным зонам контактов известняков с вмещающими песчаниками, что обусловило развитие скарнового процесса от боковых, верхнего и нижнего контактов к средней части скарнируемой толщи известняков. Выделяются скарновая, боросиликатная и кварц-кальцитовая стадии гидротермального процесса, последовательно сменявшие друг друга и характеризовавшиеся интервалами температур 680-400°C, 420-265°C, 365-180°C соответственно.

Продолжительность формирования месторождения 10-14 млн лет - от становления интрузива гранитоидов (возраст 42-48 млн лет). Если скарны пространственно и генетически связаны с этим интрузивом, то источник бора предполагается мантийным, что по данным С.В.Малинко подтверждается отношением его изотопов (¹¹B/¹⁰B) в датолите и данбурите 3,94-3,98, аналогичным установленным в датолите из кимберлитов. Парагенетически боросиликатная минерализация связана с комплексом малых интрузий щелочно-калиевой серии глубинного происхождения, о чем, в частности, свидетельствует присутствие в датолите двухвалентного европия.

Дальнегорское датолитовое месторождение эффективно разрабатывается более 35 лет (в настоящее время Приморским АООТ <Бор>). Выемка руды осуществляется из карьера. Путем дальнейшего ее обогащения с получением датолитовых концентратов и последующего разложения последних серной и угольной кислотами получают 9 основных видов боропродуктов, в том числе борат кальция, перборат натрия, гранулированный борный ангидрид, плавленный октоборат натрия, техническую буру, и другие. Большая часть этой товарной продукции ориентирована на экспорт, главным образом в Японию, КНР, Южную Корею, а также в ряд европейских стран. Дающие красивый рисунок при шлифовании датолит-геденбергитовые скарны применяются также для изготовления разного рода художественных поделок, сувениров, облицовочной плитки, что составляет существенную статью дохода предприятия. Такая плитка использована, например, в оформлении интерьера станции московского метро Петровско-Разумовская.

Таежное людвигит-магнетитовое месторождение.

Таежное людвигит-магнетитовое месторождение, крупнейший объект Алданской железорудной провинции, расположено в южном обрамлении Центрально-Алданского антиклинория, в зоне интенсивной гранитизации архейских метаморфических толщ.

Выходы залежей железных руд, трассируемые по геологическим и геофизическим данным, четко оконтуриваются в виде подковы шириной около 1 км, открытой на восток. Железорудная зона представляет собой чередование пластов и линз магнетитовых и людвигит-магнетитовых руд, серпентинитов, карбонатных и силикатно-карбонатных пород, амфиболитов и кристалличских сланцев. С внешней стороны этой подковы находятся мигматизированные амфибол- и пироксенсодержащие гнейсы и кристаллические сланцы, а внутри ее распространены богатые кварцем (вплоть до кварцитов) кордиерит- и силлиманитсодержащие гнейсы и силикатно-карбонатные породы.

До сих пор многие геологи (А.А.Маракушев и др.) рассматривают структуру месторождения как синклинальную складку, ядро которой сложено богатыми кварцем породами. По данным Н.Н.Перцева, А.Л.Кулаковского и других, она, однако, определяется как асимметричная сигмоидная (<однокрылая>) складка, угол погружения шарнира которой составляет около 70?, падение пород на южном крыле - 50-80?, а на северном - близкое к вертикальному (рис. 18). В замке такой сигмоидной складки широко проявился будинаж, тектоническое течение пород, меланж и мелкая складчатость. Внутренняя структура железорудной зоны также является сложной; она определяется кулисообразным положением тектонических линз (чешуй), разделенных субсогласными разломами.

Рис. 18. Геологическая схема и разрез Таежного месторождения (по А.Л.Кулаковскому и Н.Н.Перцеву). 1 - богатые магнетитовые и людвигит-магнетитовые руды с оливином и/или минералами гумитовой группы; 2 - рядовые магнетитовые руды с оливином; 3 - магнетитсодержащие оливиниты и серпентиниты; 4 - оливиниты и серпентиниты; 5 - рядовые метасиликатные магнетитовые руды; 6 - кристаллические сланцы и амфиболиты; 7 - мигматиты; 8 - лейкократовые гнейсы и кварциты; 9 - мраморы; 10 - кальцифиры.

Карбонатно-силикатные и карбонатные образования железорудной зоны, чередующиеся со скарнированными кристаллическими сланцами и гнейсами, а также амфиболитами, представлены магнезиальными скарнами, кальцифирами и доломитовыми мраморами. Магнезиальные скарны, развивающиеся по доломитовым мраморам, сложены форстеритом, флогопитом, клиногумитом, серпентином, кальцитом, хлоритом и сульфидами. Здесь же фиксируются и бораты с образованием двух промышленных типов руд - магнетит-людвигит-ашаритовых (черные) и магнетит-ашаритовых (светло-серые), содержащих от 3 до 20% В₂О₃. (среднее содержание по месторождению - 3,11%).

Бороносные рудные тела оконтуриваются в виде пластообразных и линзовидных залежей протяженностью в сотни и мощностью в десятки метров с крутыми, выполаживающимися до 35-50? углами падения. Они приурочены к внешней части железорудной зоны, занимая лишь часть ареала богатых магнетитовых руд, в целом пространственно совпадая с контуром развития клиногумита.

Главные промышленные минералы бора в рудах - людвигит и замещающий его ссабелиит (ашарит). Людвигит вместо обычных для него удлиненных призм или игл образует изометричные кристаллы и агрегаты полигональных зерен размером 2-3 мм. Очень редко в рудах фиксируются единичные кристаллы суанита, сингалита и варвикита. Во вмещающих алюмосиликатных и скарновых породах широко также развит турмалин. Кальциевые боросиликаты - аксинит, данбурит и датолит - встречены лишь в единичных образцах, где они образуют поздние переотложенные скопления в ассоциации с пренитом и эпидотом.

Образование структуры и оруденение Таежного месторождения по современным представлениям связаны с процессами регионального многоэтапного метаморфизма, достигавшего гранулитовой фации и сопровождавшегося гранитизацией, пластичным течением и перемешиванием ультрабазитов и алюмосиликатных пород, магнезиальным скарнообразованием, людвигитовым, магнетитовым и сульфиднмм оруденением.

Несмотря на дискуссионность вопроса об источнике бора (первично-осадочное или глубинное магматическое происхождение) его промышленные концентрации на месторождении являются результатом скарнового процесса. Представления о магматическом (скарновом) источнике бора находят дополнительное подтверждение в наличии многочисленных фанерозойских магнезиально-скарновых месторождений с промышленной борной минерализацией.

Месторождение солей оз. Сёрлз, США

Сухое озеро Сёрлз находится в пустыне Мохаве (Калифорния) приблизительно в 200 км к северо-востоку от Лос-Анжелеса. Плоское и безжизненное, оно вытянуто в меридиональном направлении на 16 км при ширине около 10 км, занимая площадь более 115 км². Его поверхность сложена современными глинами и илами за исключением центральной части, где на площади около 15 км² обнажается каменная соль.

Впадина озера выполнена 900-метровой толщей аллювия и континентальных эвапоритовых осадков, залегающих на кварцевых монцонитах. Верхняя, 270-метровая часть этой толщи наиболее детально изучена, имеет промышленное значение и представляется в следующем виде (рис. 19).

Рис. 19. Стратиграфическая колонка современных и плейстоценовых отложений оз. Серлз, Калифорния (по Керр-МакГи). 1 - илы, 2 - соли

Ниже поверхностных илов и глин, фациально замещаемых каменной солью, чередующихся с алевритом, песком, гравием и содержащих изолированные прослойки ганксита - Na₂₂К(SO₄)₉(СО₃)₂Cl, троны - Na₂(CO₃)^.Na(HCO₃)^.2H₂O и буры - Na₂B₄O^.10H₂O, залегает <верхний> соляной пласт мощностью от 10 до 27 м. Его мощность сокращается в краевых частях озера. Нижняя часть пласта сложена ганкситом, бурой и троной, а верхняя - существенно галитовая с меньшим содержанием этих минералов. Верхний соляной пласт вместе с поверхностными отложениями относится к современным осадкам.

Мощность нижележащего пласта <разделяющих> илов возрастает к краевым частям озера, составляя в среднем около 4 м. Пласт сложен кластическим материалом глинистой размерности, перемешанным с различными солями: гейлюсситом - Na₂Са(СО₃)₂^.5H₂O, бурой, троной, ганкситом и другими.

<Нижний> соляной пласт подобно <верхнему> утоняется к краям озера, его мощность колеблется от 7 до 12 м. Пласт представляет чередование маломощных слойков соли (до 7 слойков), сложенных преимущественно троной, и глинистых осадков. Пласт подстилается <донными илами> - глинистыми слоями с гейлюсситом и подчиненными доломитом, галитом, троной и бурой.

<Нижний> соляной пласт вместе с перекрывающими и подстилающими его <илами> относится к верхнеплейстоценовым (висконсинским) образованиям. Ниже следует мощная плейстоценовая (иллинойская?) <смешанная> толща, представленная пачками переслаивания (сверху вниз: А - F) солей и глинистых осадков.

Основное промышленное значение в этом разрезе имеют верхний и нижний соляные пласты. Помимо указанных минералов они содержат большое количество концентрированной межкристалльной рапы, составляющей 45-50% их объема. Около 35% солевого состава рапы принадлежит сульфату натрия, остальное приходится на карбонаты натрия, хлориды калия и тетраборат натрия; кроме того, в ней присутствуют карбонаты лития, бром, вольфрам, мышьяк и другие элементы. Содержание борного ангидрида в рапе верхнего и нижнего соляных пластов составляет 1,63 и 1,96%,

Такая уникальная по составу и мощности континентальная эвапоритовая толща образовалась и сохранилась в результате исключительных климатических условий в плейстоценовое и более позднее время. Воды от таяния ледников Сьерра-Невады стекали в Великий Бассейн, транспортируя с собой алевритовые взвеси и насыщаясь за счет обнаженных горных пород района натрием, калием, магнием, хлором, сульфат-ионом, карбонат-ионом; за счет действующих термальных источников они обогащались бором и некоторыми другими элементами. Отложение солей и глинисто-алевритового материала происходило в бессточных депрессиях (оз. Сёрлз и др.) пустыни Мохаве в обстановке интенсивной эвапоритизации.

Озеро Сёрлз - самый крупный и по существу единственный источник природного сульфата натрия в США. Промышленные запасы одного лишь борного ангидрида (В₂О₃) в рапе соляных пластов составляет 17 млн т, а твердых боратов - около 100 млн т.

В настоящее время из рапы указанных соляных пластов получают поташ - К₂CО₃, сульфаты натрия и бораты. Ежегодно экспортируется около 32 тыс т борной кислоты и 18 тыс т борного ангидрида. В последние годы на месторождении приступили к промышленной разработке более глубоких горизонтов (пачка А вверху <смешанной> толщи) методом подземного растворения карбоната натрия и откачкой этого раствора на поверхность с последующим получением из него бикарбоната натрия; глубина эксплуатационных скважин составляет около 100 м.

Месторождение боратов Крамер (Борон), США.

Рис. 20. Схематический разрез месторождения Крамер (по Гейлу). 1 - аллювиально-пролювиальные отложения; 2 - зеленые сланцы; 3 - синие сланцы; 4 - боратовая залежь; 5 - зеленые сланцы почвы; 6 - базальты; 7 - сбросы.

Месторождение расположено в центре пустыни Мохаве приблизительно в 160 км к северо-востоку от Лос-Анжелеса (CШA). Оно приурочено к озерным отложениям миоценового возраста, залегающим с несогласием на изверженных и метаморфических породах фундамента (рис. 20).

Нижняя часть этих озерных отложений суммарной мощностью около 600 м выполнена конгломератами, песчаниками, глинистыми сланцами и туфогенными породами с пластами известняков, доломитов и кремнистых пород, а также базальтов. Средняя часть мощностью около 120 м представлена несколькими потоками базальтов Сэддлбек, разделенными песчаниками или глинистыми сланцами. Иногда в миндалинах этих базальтов, выполненных цеолитами, кальцитом и халцедоном, встречаются также скопления улексита. В районе месторождения, кроме того, зафиксированы тела дацитов, рассекающие покровы базальтов и сложенные кристаллами плагиоклаза, кварца, биотита и калиевого полевого шпата.

Верхняя часть озерных отложений (слои Крамер) в пределах месторождения сложена глинистыми сланцами, суммарной мощностью 90-100 м, занимающими площадь около 10 км; ее разрез снизу вверх представляется следующим (рис. 3,4):

глинистые сланцы висячего бока с единичными желваками, прослоями и линзами улексита и колеманита -- 10-15 м.

Общее падение слабо дислоцированных пластов - юго-восточное под углом 10?. Глинистые сланцы сложены преобладающими монтмориллонитом и иллитом; они содержат прослои карбонатного и кремнистого материала, включения и желваки известняка и гипса. Выше глинистых сланцев находятся средне- и позднемиоценовые красноцветные алевролиты и песчаники со слойками и линзочками туфогенного материала, перекрытые в южной части месторождения четвертичными песчано-гравийными отложениями мощностью в десятки метров.

Главное рудное тело месторождения, залегающее среди сине-серых глинистых сланцев на глубинах от 40 (северный и западный фланги) до 340 м (южный фланг), представляет пластовую залежь мощностью от 24 до 90 м (в среднем около 45-60 м), имеющую площадь около 2 км². Она состоит из согласных пластов и прослоев мощностью до 10 см, а также линз, желваков и включений буры, кернита и тинкалконита; реже встречаются сирлезит, улексит и проберит. Эти пласты и прослои разделены тонкими слоями монтмориллонитовой глины и вулканического туфа. На участках богатых руд среднее содержание В₂О₃ составляет 25-30% и более, (70-80% буры).

Бура, образующая пласты и прослои в рудном теле, представлена агрегатом идиоморфных призматических прозрачных кристаллов размером от 1-3 до 25 мм, окрашенных в ярко-оранжевые цвета. Окраска обусловлена присутствием реальгара и аурипигмента. Кернит, преобладающий в южной части рудной залежи, образует неправильной формы скопления сильно подробленных, обычно прозрачных кристаллов в общем секущие по отношению к слоистости. Если бура отложилась в стадию седиментации, то кернит - в постседиментационную, как результат преобразования буры в уже погребенных озерных осадках. Белые корочки и налеты тинкалконита - результат дегидратации буры.

В локальных участках разрывных нарушений, пересекающих рудную залежь, появляются чешуйки сассолина в ассоциации с проберитом, копианитом, мирабилитом, гипсом и галитом. Вероятно, образование сассолина является результатом поступления по зоне разломов сернокислых грунтовых вод и их взаимодействия с отложенными ранее боратами:

NaCaB5O7(OH)4.3Н2О + H2SO4 + Н2О	→ Na2SО4.10H2О	+ CaSO4.2H2O	+ В(ОН)3.
проберит	мирабилит	гипс	сассолин

По периферии главного рудного тела борная минерализация представлена в основном улекситом и колеманитом, а также иногда встречающимися гаррелситом, кернитом, иньоитом, проберитом, гидроборацитом и другими боратами. Улексит образует выдержанные прослои мощностью до 30 см с поперечным расположением в них тончайших волокон минерала. Кроме того, наблюдаются округлые желваки, состоящие из радиальных улекситовых волокон. Колеманит также образует линзообразные прослои или обособленные желваки, где он ассоциирует с кальцитом и реже с улекситом.

Формирование борной минерализации началось после стока базальтовых потоков в межгорную депрессию и последующего внедрения тел дацитов. В депрессии, находившейся в пустынной местности, образовалось мелководное озеро, питание которого происходило за счет термальных вулканических источников, поставлявших в озеро бор, мышьяк, сурьму, литий, германий и другие компоненты. В процессе эвапоритизации происходило осаждение и накопление улексита, буры и других боратов.

Месторождение Крамер является одним из крупнейших борных месторождений мира. Лишь в составе его главной залежи запасы буры и кернита оцениваются от 80 до 100-120 млн т. С начала своей эксплуатации (1926 год) и по настоящее время месторождение рассматривается как ведущий мировой поставщик борного сырья. После добычи в карьере руда измельчается, просеивается и растворяется с получением насыщенной бурой жидкости и ее фильтрацией. В результате кристаллизации этой жидкости образуются рафинированные кристаллы декагидрата и пентагидрата буры, разделенные на автоматической центрифуге перед их просушкой и упаковкой.

Месторождение боратов Кырка (Сарикайа), Турция

Самое крупное из известных в настоящее время месторождений борного сырья - Кырка (Сарикайа) - находится в провинции Эскишехир в 240 км к запад-юго-западу от Анкары. Оно связано с плиоценовыми озерными отложениями, выполняющими тектоническую депрессию, ограниченную краевыми разломами север-северо-восточного направления. На участке месторождения установлены небольшие экструзивные тела трахиандезитов и трахилипаритов неогенового возраста.

Озерные карбонатно-глинистые отложения с прослоями вулканического пеплового материала занимают площадь около 10 км², несогласно залегая на породах фундамента - туфах и лавах основного и кислого состава (рис. 21). Озерные отложения повсеместно перекрыты массивными известняками неогена мощностью в десятки метров.

Рис. 21. Схематический разрез месторождения Кырка (по К.Инану и др.). 1 - породы фундамента; 2 - экструзивное тело; 3 - известняки; зоны развития боратов: 4 - кальциевых, 5 - натрий-кальциевых, 6 - натриевых.

Краевые, нижние и верхние части разреза озерных отложений сложены преимущественно карбонатными образованиями с прослоями сукновальных глин сине-зеленого цвета, заметно обогащенных магнием; в центральной части доминируют монтмориллонитовые и палыгорскит-сепиолитовые глины с пластами вулканического пепла. Распределение боратов в указанном разрезе подчинено этой зональности. Во внешнем чехле (переслаивание карбонатных и глинистых отложений) преобладают конкреции и слойки кальциевого бората - колеманита с ассоциирующими иньоитом, мейергоффитом и таналитом; кроме того, здесь (за исключением низов разреза) среди сине-зеленых глин появляются кристаллы индерборита, гидроборацита, курнаковита и индерита. Ближе к центральной части появляются конкреции улексита (натрий-кальциевый борат), а сама центральная (<ядерная>) часть разреза, сложенная господствующими монтмориллонитовыми глинами, обогащена натриевыми боратами - вверху бурой, а внизу кернитом.

Диаметр конкреций колеманита колеблется от нескольких мм до 0,5 м, а мощность его слойков - до 1 м; конкреции и слойки выполнены бесцветными кристалликами сантиметровых размеров, иногда розовыми или серыми. Конкреции, сложенные белыми или серыми кристаллами улексита длиной до 1-5 см, сближены, образуя слои мощностью до нескольких метров.

Пласты буры, переслаивающиеся с глинами, представляют бесцветную зернистую массу, участками окрашенную в розовый, оранжевый и другие цвета; размер идиоморфных и субидиоморфных зерен-кристаллов колеблется от 1 до 10 мм. Местами эти пласты вместе с окружающими их глинами брекчированы. В близповерхностных пластах на контакте буры и глины нередко появляется улексит. Местами на поверхности кристаллов буры устанавливается пленка тинкалконита как результат ее дегидратации. С глубиной бура переходит в кернит.

Борная минерализация месторождения происходила в результате поступления в озерную депрессию по зоне разломов бороносных гидротермальных растворов в обстановке активной вулканической деятельности. В зоне разгрузки из этих растворов первыми высаживались карбонаты кальция и магния, затем в ассоциации с монтмориллонитовым, пепловым и карбонатным материалом - их бораты, наконец - натрий-кальциевые и натриевые бораты, переслаивающиеся с глинами и вулканическим пеплом.

По существу, все карбонатно-глинистые озерные отложения промышленно бороносны; среди них выделяются несколько рудных тел, главное из которых, сложенное бурой и кернитом, соответствует центральной (<ядерной>) части разреза. Среднее содержание В₂О₃ в этом рудном теле составляет 27%, а его запасы оцениваются в 500 млн т буры и кернита или 150 млн т В₂О₃. Кроме того, руды характеризуются повышенными концентрациями мышьяка, стронция, меди и цинка.

В рудном поле Кырка в настоящее время добывается около 450 тыс т преимущественно натрово-боратовых руд; они поставляются на завод в Бандирме, где получают различные борные соединения, включая борную кислоту, декагидрат и пентагидрат буры.

Индерское месторождение боратов, Казахстан

Месторождение расположено в Западном Казахстане у северного берега одноименного озера близ левого берега реки Урал. Невысокие холмы, характерные для этого района, сложены гипсами и глинами, содержащими залежи боратов. Перечисленные породы образуют гипсовую шляпу (кепрок) крупного соляного купола (штока), соляное зеркало которого фиксируется на глубине 50-60 м. Шток сложен каменной, калийными и калийно-магниевыми солями (галитом, сильвином, карналлитом, сульфатами калия и магния), ангидритом и другими образованиями нижнепермского возраста. В пачках калийных и калийно-магниевых солей штока широко проявлена разнообразная борная минерализация (калиборит, борацит, гидроборацит и др.) с содержанием В2О3 в породах на уровне 1-5%.

В разрезе (сверху вниз) гипсовая шляпа суммарной мощностью около 50 м имеет следующее строение (рис. 22): 1) верхние белые гипсы; 2) серые гипсы с прослоями глин, содержащих основную массу боратов; 3) нижние белые гипсы с переходами в ангидрит; 4) красные глины с гипсом и боратами. Многочисленные боратовые залежи в этой гипсово-глинистой толще представляют собой линзы сложной формы и изменчивой мощности (до нескольких м), находящиеся на продолжении материнских боросодержащих калийных и калийно-магниевых пачек соляного штока. Содержание B₂О₃ в залежах сплошных руд может достигать 25% и более, а во вкрапленных оно обычно низкое в пределах 2-7%. Кроме этого фиксируются участки, обогащенные желваками или прожилками боратов.

Рис. 22. Схематический разрез Индерского месторождения (по С.С.Коробову, Ф.ЕЛисицыну и др.). 1 - серые гипсы кепрока; 2 - залежи боратов; 3 - обломочные породы древнего карста; 4 - пласты борно-калийных солей; 5 - галогенные породы соляного купола.

По минеральному составу залежи, развитые в верхней части кепрока (в серых гипсах с прослоями глин) являются существенно ашаритовыми, а приуроченные к его нижней части - улекситовыми. Как первые, так и вторые обнаруживают тонкокристаллическое, скрытокристаллическое (аморфное) и колломорфное строение. Ашарит-улекситовые образования в результате воздействия грунтовых и подземных вод частично преобразованы в полиборитовые (колеманитовые, гидроборацитовые и др.) крупнокристаллические руды. Ашаритовые руды, кроме того, нередко огипсованы, карбонатизированы и силицифицированы.

Считается, что борная минерализация, ассоциирующая с калийными и калийно-магниевыми пачками в составе соляного штока, является первично-осадочной, образовавшейся в эвапоритовом солеродном нижнепермском бассейне на заключительной стадии галогенеза. При формировании гипсовой шляпы, начавшемся с верхней перми, в ее составе за счет первичных боросодержащих пачек солей происходит образование тесно связанных между собой остаточных и инфильтрационных вторичных залежей боратов. Обычно ниже уровня грунтовых вод находятся инфильтрационные улекситовые руды, а выше остаточные ашаритовые.

Вторичные залежи гипсовой шляпы Индерского месторождения являлись одним из основных объектов по добыче боратов в бывшем Советском Союзе.

Назад | Содержание | Вперед