Неметаллические полезные ископаемые.

Глава 7. Графит.

Помимо широко распространенных в природе соединений с кислородом (карбонатов) и с водородом (углеводородов), углерод присутствует в самородном виде, образуя две полиморфные разновидности - графит и алмаз, идентичные по своему составу, но резко отличающиеся по структуре и физическим свойствам.

Графит кристаллизуется в гексагональной сингонии; его слоистая кристаллическая структура характеризуется весьма крепкой ковалентной гомеополярной связью атомов углерода в пределах слоя (расстояние между соседними атомами 0,141 нм), но весьма слабой межслоевой молекулярной Ван-дер-Ваальсовской связью (расстояние между слоями 0,335 нм).

Особенность строения кристаллической решетки графита, включая наличие в ней свободных электронов, и обуславливает его физические свойства: весьма совершенную спайность в базальной плоскости, низкую твердость (около 1) вдоль нее, но достаточно высокую в перпендикулярном направлении (около 5,5), низкий коэффициент трения, высокую электропроводность, близкую к металлам, металлический блеск, непрозрачность и др. Важное промышленное значение имеют также высокая теплопроводность (выше, чем у меди и алюминия), огнеупорность (температура плавления 3800-3900°С), химическая инертность (растворяется лишь в расплавленных силикатах или металлах, образуя карбиды), гидрофобность, исключительно высокая жирность и пластичность, обусловленные легкой расщепляемостью по спайности и способностью прилипать к твердым поверхностям с образованием на них тонких пленок (высокая кроющая способность).

В природе графит встречается в виде рассеянных чешуек, либо их листоватых агрегатов (<кристаллический чешуйчатый графит, flake graphite>), плотных зернистых агрегатов (<кристаллический кусковый графит, vein type, lump graphite>), либо плотных скрытокристаллических масс (<аморфный графит, amorphous graphite>). Кроме того, в промышленности все шире используется искусственный (коксовый, доменный, ретортный) графит (), специально получаемый из антрацита, нефтяного кокса, а также из отходов доменного производства. Чешуйчатые графиты по диаметру кристаллов разделяются на крупночешуйчатые (0,1-Х,0 мм) и мелкочешуйчатые (0,001-0,1 мм) В литокристаллическом кусковом графите размер кристаллов тот же, что и в мелкочешуйчатом, однако они не ориентированы, что затрудняет расщепление агрегата и сдвиги при деформации. Величина зерен в скрытокристаллическом (аморфном) графите менее 0,001 мм. Искусственный графит по качеству приблизительно соответствует чешуйчатому и плотнокристаллическому, отличаясь большей чистотой и меньшей кристалличностью. Выделенные природные разновидности графита не бывают совершенно чистыми; они содержат примеси минералов-спутников, газов, а также непревращенный в графит углерод. При производстве анализов определяют содержание ографиченного углерода (графита), летучих (газов и воды) и золы (минеральные примеси).

Промышленные руды чешуйчатого графита содержат от 2 до 15% (редко более) этого минерала. Они легко обогащаются флотацией с получением концентрата, содержащего 60% и более графита. Еще более обогатимы выветрелые чешуйчатые руды, в которых срастания графита с другими минералами отсутствуют. В плотнокристаллических кусковых pудах массовая доля графита составляет 35-40% и более; без обогащения используется руда, в которой эта величина поднимается до 60-80% Скрытокристаллическая руда (аморфный графит) труднообогатима. Без обогащения используются руды с содержанием углерода около 70%, бедные руды (20-40%) обогащаются ручной разборкой.

Основная масса графита потребляется в качестве огнеупоров (чешуйчатая и плотнокристаллическая разновидности) в основном в черной и цветной металлургии, производстве высокоуглеродистой стали и в литейном деле (для покрытия внутренней поверхности литейных форм, где обычно используют аморфный графит в смеси с огнеупорной глиной, молотой слюдой, тальком или песком). В США на эти три отрасли промышленности приходится более половины потребления графита. Значительное количество графита идет на производство всевозможных смазок, применяемых в водной и иных средах, токопроводящей резины, сухих батарей, электродов, скользящих контактов, деталей ядерных втулок и других изделий. Графит является основным сырьем для промышленного синтеза технических алмазов, находит широкое применение в порошковой металлургии и в производстве реакторов и ракетных двигателей, карандашей, туши, копировальной бумаги, всевозможных реторт, полупроводников.

Различные отрасли промышленности предъявляют свои специфические требования к качеству графитного сырья (руд и концентратов). В настоящее время производятся следующие типы и марки графита: литейный (марки ГЛ, ГЛС), элементный (ГЭ), электроугольный (ЭУЗ, ЭУТ, ЭУН), аккумуляторный (ГАК), тигельный (ГТ), карандашный, смазочный (ГК, ГС, П), специальный малозольный (ГСМ-1, ГСМ-2), графит для специальных сталей (ГСС), особо чистый графит для ядерных реакторов и др. Его состав варьирует в широких пределах: 40-97% графита, 0,7-7,5% летучих, 1,75-26,5% золы. Общими лимитирующими показателями являются зольность, влажность, содержание летучих, иногда железа, серы, меди, фосфора и других элементов, а также величина рН водной вытяжки. Так для графита марки ГСС, используемого в производстве специальных сталей и сплавов, допустимы следующие максимальные содержания (мас.%): золы - 10, серы - 0,3, меди - 0,1, фосфора - 0,1, влажности - 1, выход летучих - 1, величина рН водной вытяжки в пределах 5,5-8,5.

Максимальное мировое производство графита (около 950 тыс т) зафиксировано в 1989-1990 г. Наиболее крупными продуцентами являются КНР (около 40-45% всего производимого в мире графитового концентрата), далее следуют Республика Корея, Индия, КНДР, Бразилия, Мексика, Канада, Чехия. В странах СНГ наибольшая добыча приходится на Украину и Россию. Преобладающая часть запасов кристаллического графита сосредоточена в КНР, на Мадагаскаре, в Зимбабве, Бразилии и странах CHГ. Свыше 90% запасов скрытокристаллического графита приходится на Мексику, КНР, Россию и Республику Корея. Мировое производство синтетического графита значительно превышает 1,5 млн т и осуществляется в ряде промышленно развитых стран: в США, Канаде, Японии, странах Западной Европы.

В природе имеется три мыслимых источника углерода как исходного материала для образования графита: магматические эманации, карбонатные породы и органические остатки (а также угли) среди осадочных пород.

Считается, что при высоких температурах может происходить разложение метана: CH₄ + O₂ → C + 2H₂O;
При температурах 750-600°С может разлагаться оксид углерода (реакция Будуара): 2CO → C + CO₂;
В условиях избытка водорода при температурах ниже 650°C оксид углерода может восстанавливаться в соответствии с реакцией: CO + H₂ → C + H₂O;
В этой же обстановке возможно восстановление углекислого газа до оксида углерода: CO₂ + Н₂ → CO + Н₂О,
которая в свою очередь либо разлагается (реакция Будуара), либо восстанавливается путем взаимодействия с водородом, образуя свободный углерод.

Все эти реакции могут реализоваться в глубинных условиях при высоких температурах, отражая возможный механизм формирования собственно магматических, пневматолито-гидротермальных скоплений кристаллического графита.

Карбонатные породы в зоне контакта с интрузиями переходят в скарны. При этом происходит диссоциация молекул карбонатов: CaCO₃ → CaO + СО₂; МgСО₃ → MgO + СО₂;
с образованием силикатов кальция и магния (диопсида, тремолита, гранатов, волластонита, скаполита и др.). Освобождающийся углекислый газ в условиях высоких температур при наличии водорода может восстанавливаться до углерода: CO₂ + 2H₂ → C + 2H₂O

Может также иметь место и ассимиляция карбонатных пород интрудирующей магмой с обогащением ее углеродом. Таким образом, карбонатные породы могут обусловить появление концентраций кристаллического графита скарнового и магматического генезиса.

Органические остатки осадочных пород при метаморфизме могут превращаться в графит. По мере увеличения степени метаморфизма при определенных условиях органический углерод переходит вначале в аморфный графит (цеолитовая фация), затем через серию промежуточных разновидностей в кристаллический (амфиболитовая фация). Минимальная температура появления графитовой фазы оценивается около 400°C. Если образование графита шло за счет рассеянного углеродистого вещества, то в результате регионального метаморфизма могли появляться графитистые гнейсы с высококачественным чешуйчатым графитом; в случае концентрированного исходного углеродного вещества (пласты угля или горючих сланцев), подвергшегося контактово-термальному локальному метаморфизму, возможно образование скрытокристаллического (аморфного) графита с сохранением текстур исходных пород, локальных неографиченных участков и примесей других минералов.

Несмотря на наличие значительных собственно магматических, пегматитовых и пневматолито-гидротермальных, скарновых месторождений высококачественного кристаллического графита, основное значение в мировом балансе графитового сырья имеют метаморфогенные месторождения, представленные телами вкрапленных руд чешуйчатого графита в гнейсах, кристаллических сланцах и др. обычно докембрийских метаморфических образованиях, а также пластовыми залежами и линзами апокаменноугольного (от <каменный уголь>) преимущественно скрытокристаллического графита.

В целом можно говорить о трех главнейших мировых геолого-промышленных типах месторождений графита:
1. Неправильные тела, линзы, штоки и жилы богатых руд высококачественнного плотнокристаллического графита в магматических (чаще сиенитовых), пегматитовых, скарновых и метаморфических кристаллических породах; в этот тип попадают магматические, пегматитовые и пневматолито-гидротермальные, скарновые месторождения, причем их генезис как правило является предметом дискуссий. Сюда относятся месторождения нашей страны (Ботогольское), Шри-Ланки и Индии (в штатах Раджастан, Орисса, Мадрас), Канады (Бакингем и Грейнвилл в провинции Квебек, Блэк-Дональд в провинции Онтарио), США (Стербридж в штате Массачусетс, Диллон в штате Монтана, Тиконгероги в штате Нью-Йорк), Бразилии, Японии (Сеннотани в префектуре Тояма), возможно Норвегии (Скаланд на о-ве Сенья) и др.
2. Пластовые залежи и линзы метаморфических вкрапленных руд чешуйчатого графита в глубокометаморфизованных породах преимущественно докембрийского возраста, включая их выветрелые разновидности; в составе этого типа - месторождения Украинского щита (Завальевское и др.) на Украине, Урала (Тайгинское, Мурзинское), Карелии (Ихальское) и др. регионов в России, Южной Чехии и Северной Моравии в Чехии, штатов Нью-Йорк, Пенсильвании, Алабамы и Техаса в США, острова Мадагаскар (Малагасийская республика) и др.
3. Пластовые залежи и линзы богатых руд скрытокристаллического (аморфного) графита в стратифицированных осадочных толщах различного возраста, образованные за счет контактового метаморфизма угольных пластов и битумов. Примерами этого типа являются месторождения Тунгусской провинции (Курейское, Ногинское и др.) в России, штата Сонора в Мексике, Штирии и Нижней Австрии в Австрии, Республики Корея и КНДР.

Рис. 40. Распределение графитовых залежей в Ботогольском массиве (слева), геологический план и разрезы Корнельевского штока (справа) (по Р.В.Лобзовой). 1 - графитовые залежи (1-Верхняя, 2-Северная, 3-Петровская. 4-Корнельевский шток, 5-Аномалия N 4, б-Аномалия N 18-19, 7-Юго-Западная, 8-Некрасовский шток, 9-Аномалия N 17, 10-Пермикинский шток, 11-шток Новый, 12-Алиберовский шток, 13-Большой шток. 14-Второй южный шток, 15-Юго-Восточный шток, 16-Ильинская, 17-Жила, 18-Клемешевский шток, 19-Южный шток, 20-гнездо Шарик); 2 - ксенолиты мраморов; 3 - скарновые породы; 4 - лейкократовые нефелиновые сиениты; 5 - нефелиновые сиениты графитизированные; 6 - пироксеновые сиениты; 7 - апокарбонатные фениты; 8 - разрывные нарушения.

Ботогольское месторождение плотнокристаллического графита

Месторождение находится на Ботогольском гольце Восточных Саян в 250 км к западу от ж/д станции Черемхово. Геологическое строение района месторождения определяется Ботогольским массивом щелочных пород, имеющим овальную в плане форму площадью около 10 км², вытянутым в северо-западном направлении и прорывающим среднепротерозойские кристаллические сланцы и известняки.

Массив сложен нефелиновыми сиенитами, сменяемыми по периферии пироксеновыми разновидностями. Внутреннее строение массива осложняется наличием крупных ксенолитов вмещающих известняков. В его экзоконтакте вмещающие породы перекристаллизованы с образованием мраморов; местами отмечается скарнирование и фенитизация. По данным Р.В.Лобзовой абсолютный возраст нефелинового сиенита по биотиту составляет 423 12 млн лет, а по нефелину 373 12 млн лет, что близко к границе силура и девона.

Многочисленные (около 30) промышленные залежи массивного плотнокристаллического графита локализованы главным образом в северной части массива среди нефелиновых (реже пироксеновых) сиенитов; иногда они приурочены к контакту с ксенолитами известняков (рис. 40). Залежи имеют эллипсовидную, линзообразную, гнездообразную и др. формы, получившие местное название <штоки>. Наиболее крупный Корнельевский шток имеет размеры 50x50 м в плане и 80 м на глубину (рис. 40).

Графитовые руды этих штоков по своему составу и текстуре разнообразны. Наиболее богатые из них (60-90% углерода) сложены плотнокристаллическим графитом и имеют массивную текстуру. Присутствие мелкой рассеянной вкрапленности силикатов снижает в таких рудах содержание углерода до 30-60%. Помимо плотнокристаллического графита в массивных рудах встречаются его сфероидальные, радиально-лучистые, концентрически-зональные, почковидные и древовидные агрегаты.

Чередование графитовых и графит-пироксен-кальцитовых полос обусловливает появление полосчатых руд (15-20% углерода). Если в силикатно-карбонатной массе графит присутствует в виде изолированных гнезд и вкрапленности, то появляются пятнистые и вкрапленные текстуры руд, содержащих 5-12% углерода. Кроме перечисленных минералов в составе руд могут присутствовать также полевые шпаты, апатит, эгирин и др.

Ботогольское месторождение разрабатывалось с середины XIX века более 100 лет. Его богатые массивные руды почти полностью отработаны, однако оставшиеся бедные полосчатые, пятнистые и вкрапленные руды легко обогатимы и могут добываться открытым способом. В настоящее время незначительная добыча кускового графита проводится подземным способом старательской артелью <Саяны>.

Месторождение изучалось в разное время многими исследователями. Согласно магматической гипотезе (Делонэ, В.И.Вернадский и др.) плотнокристаллический графит кристаллизовался из собственных газообразных компонентов магмы в процессе становления массива нефелиновых сиенитов. По Б.М.Куплетскому сиенитовая магма ассимилировала вмещающие известняки, обогащаясь органическим углеродом и углекислым газом, образовавшимся при диссоциации карбонатов; формирование графита происходило в пневматолитовую фазу путем взаимодействия углеводородов с углекислотой. Идея обогащения сиенитовой магмы углеродом вмещающих известняков получила свое развитие в работах В.С.Соболева и В.П.Солоненко. Р.В. Лобзова считает, что углерод имеет органическое происхождение, а графитовые залежи месторождения являются высокотемпературными (до 500°C) метасоматическими контактово-реакционными образованиями, возникшими в ходе фенитизации вмещающих карбонатных пород. Рудообразующие флюиды представляли суспензии и гели, в которых роль дисперсной среды играли в основном углеродсодержащие газы, водород и пары воды, а дисперсной фазы - графит.

Рис. 41. Обобщенный разрез графитовых месторождений Шри-Ланки (по Д.Н.Вадиа). 1 - гнейсы; 2 - доломиты; 3 - пироксениты; 4 - пегматиты; 5 - графитовые руды; 6 - латеритная шляпа.

Графитовые месторождения Шри-Ланки

Остров Шри - Ланка (Цейлон) с 1834 года является поставщиком высококачественного плотнокристаллического графита, добываемого из многочисленных месторождений, сконцентрированных в его центральной и юго-восточной частях. Месторождения центральной части острова локализованы в субмеридиональной полосе архейских метаморфических пород серии Хайленд, а находящиеся в его юго-западной части - среди пород группы Саутвест северо-западного простирания.

Серия Хайленд (гранулитовая фация метаморфизма) представлена гранулитами, кварцитами, гранат-силлиманитовыми гнейсами и чарнокитами (метаморфизованными архейскими базальтами). Группа Саутвест рассматривается как фация метаморфизма более низкого давления серии Хайленд; она сложена кордиеритовыми гнейсами, чарнокитами, кальцифирами с волластонитом.

В западной и восточной частях острова распространены также архейские метаморфические породы серии Виджайан (альмандин-амфиболитовая фация метаморфизма): ортогнейсы, гранитогнейсы, граниты и мигматиты.

Все архейские образования прорываются кварцевыми жилами, телами пегматитов, гранитов и пироксенитов.

Графит встречается в составе серии Хайленд и группы Саутвест как породообразующий минерал графитовых сланцев, выполняющих линзы и различных размеров карманы, а также слагает секущие жилы в гнейсах. Второй тип графита - рассеянные чешуйки, достигающие концентрации 10%, - фиксируется во всех породах, даже в секущих телах пегматитов. Промышленное значение имеют жилы, линзы, карманы и пустоты выполнения.

Большинство жил согласны с простиранием вмещающих пород, однако нередки и отчетливо секущие образования. Их мощность достигает 3 м, а длина - нескольких десятков метров. Более мощные жилы (до 6 м) залегают по контактам пегматитовых тел, а также по трещинам как в пегматитах, так и во вмещающих гнейсах (рис. 41). Отдельные жилы раздроблены более поздними разломами, другие осложнены расщеплениями на выклиниваниях, пережимами и раздувами.

В маломощных жилах преобладают игольчатые кристаллы графита, ориентированные нормально либо параллельно к контактам с образованием своеобразной поперечно- и продольно-волокнистой текстур руд. В мощных жилах графит плотнокристаллический, слагающий руды сланцеватой или пластинчатой текстур (мощность таких пластин от миллиметровой до 10 см); кристаллы графита обычно ориентированы нормально к сланцеватости; изредка появляется скрытокристаллический (аморфный) графит. В графитовой массе попадаются небольшие линзочки окварцованных вмещающих пород, округлые зерна кварца, единичные зерна сульфидов и кальцита. Границы между пластинами в руде пластинчатой текстуры могут подчеркиваться появлением биотита, полевого шпата, апатита, рутила, пироксена, а также волластонита и тремолита.

Содержание графита в массе руды составляет 80-90%. Первичное обогащение осуществляется ручной сортировкой. Дополнительное обогащение проводится с применением дробления, грохочения и промывки с последующей сортировкой продукта с учетом требований потребителей. Основные импортеры Шри-Ланкийского высококачественного кристаллического комового графита - CШA Великобритания, Япония.

Генезис месторождений - предмет острой дискуссии. Большинство исследователей связывают формирование графитовых тел Шри-Ланки с постмагматическими флюидами, богатыми углекислым газом. С учетом наблюдаемых переходов графитовых тел в графитсодержащие пегматиты, полагают, что графит кристаллизовался раньше или одновременно с пегматитом при температуре около 600-650°C. Источником углерода во флюидах (согласно одной из точек зрения) является рассеянное органическое вещество вмещающих метаосадочных пород. Оно было мобилизовано постмагматическими (возможно метаморфическими) флюидами с последующим переотложением в полостях жил и пустот.

Рис. 42. Разрез контактово-метасоматического графитового месторождения Блэк Дональд (по Хьюитту). 1 - графит; 2 - известняк, местами скарнированный; 3 - окремненный известняк; 4 - чередование силикатных и карбонатных пород; 5 - аплит и пегматит; 6 - отработанная часть месторождения.

Месторождение чешуйчатого графита Блэк Дональд в Канаде

Месторождение находится в провинции Онтарио в 75 км к западу от Оттавы. Участок месторождения сложен кристаллическими известняками протерозойской группы Гренвилл Канадского щита. Эти известняки на большой площади содержат рассеянную непромышленную минерализацию чешуйчатого графита.

Промышленная залежь чешуйчатого графита мощностью от 3 до 10 м имеет пластовую форму, согласно вписывающуюся в асимметричную синклинальную складку (основную структуру месторождения), полого погружающуюся на северо-восток под углом около 20°. Юго-восточное крыло этой складки прорвано крутопадающими дайками и жилами аплитов и пегматитов, а ее центральная часть осложнена малоамплитудным разломом типа взброса (рис. 42).

Вмещающие залежь кристаллические известняки послойно силицифицированы и участками незакономерно скарнированы. В результате стратиграфо-литологический разрез месторождения включает пачки чередования силикатных и карбонатых пород, пачку силицифицированного известняка и пачки известняка, участками скарнированного. Графитовая залежь подстилается силицифицированными, а перекрывается скарнированными известняками. Силикатная компонента пород представлена такими минералами как полевые шпаты, диопсид, скаполит, слюда. Помимо этих минералов и рассеянных чешуек графита в составе пород отмечается небольшое количество пирита и местами появляется кварц.

Руды по своему составу известково-силикатные, в них присутствуют все отмеченные выше минералы. Самые богатые участки, ныне полностью отработанные, содержали до 75-85% графита (в среднем 55-65%). Рядовые руды имеют среднее содержание графита около 25%. В последние два года эксплуатации отрабатывались бедные руды (содержание графита около 15%).

Месторождение было открыто в 1889 году и эксплуатировалось с перерывами с 1895 по 1954 год. За последние 10 лет разработки на нем было получено около 2300 т высококачественного крупночешуйчатого графита.

По представлениям канадских геологов месторождение Блэк Дональд является контактово-метасоматическим (скарновым), образовавшимся на контакте гренвилльских известняков с секущими жилами и дайками пегматитов и аплитов - дериватов гранитоидных магм.

Рис. 43. Геологическая карта Завальевского месторождения (по А.Е.Иванищеву). 1 - графитовые гнейсы; 2 - гнейсы безрудные; 3 - кристаллические известняки; 4 - граниты; 5 - мигматиты.

Завальевское месторождение чешуйчатого графита на Украине

Многочисленные промышленные залежи чешуйчатого графита Украинской графитоносной провинции связаны с архейскими образованиями Тетерево-Бугской серии в составе Украинского кристаллического массива. Эта серия сложена сильно дислоцированными амфиболитами, амфиболовыми, плагиоклазовыми, пироксеновыми, силлиманитовыми и гранатовыми гнейсами, кварцитами и кристаллическими известняками, перемежающимися с графитистыми биотитовыми, серицитовыми, биотит-хлоритовыми и хлоритовыми гнейсами, имеющими нередко промышленное значение. В пределах провинции выделяют три рудных района: Прибугский (по рекам Тетерев и Буг), Криворожский (по р. Ингулец) и Приазовский (вдоль побережья Азовского моря). Все месторождения провинции имеют большую промышленную ценность, благодаря высокому качеству графита, большим масштабам оруденения, легкости обогащения руд и возможности открытой разработки.

Завальевское месторождение, расположенное на левом берегу р. Южный Буг в 12,5 км от ж/д станции Хощеватово в Кировоградской области, является типичным представителем этой провинции. Геологически оно приурочено к крупной синклинальной складке запад-северо-западного направления с крутыми (вплоть до вертикальных) углами падения пород в крыльях (рис. 43). Центральная часть складки выполнена кристаллическими известняками, окаймляемыми кварцитами; мощность известняков 500 м, кварцитов - 20-50 м. Ниже по разрезу находятся графитоносные гнейсы (продуктивная толща), мощность которых не выдержана: в северном крыле она достигает 250 м, а в южном - резко сокращается до 15 м. Продуктивная толща подстилается безрудными амфиболовыми гнейсами. Синклиналь зажата между гранитами, обнажающимися в северной части месторождения, и прорвана кварцевыми жилами, дайками гранитов и гранит-аплитов. Кристаллические породы на участке месторождения повсеместно перекрыты третичными и четвертичными песчано-глинистыми отложениями мощностью до 35-40 м.

Продуктивная толща графитоносных биотит-хлоритовых и полевошпат-гранатовых гнейсов состоит из нескольких (1-5) графитсодержащих горизонтов, разделенных безрудными гнейсами. Мощность этих горизонтов варьирует от 3,5 до 70 м, а протяженность составляет сотни метров; в них по данным опробования оконтуриваются промышленные рудные тела пластовой и линзовидной формы, сложенные вкрапленными рудами. Графит в этих телах крупночешуйчатый (размером от 0,1 до 1-2 мм) со средним содержанием 6-10%. Иногда чешуйки графита объединяются в пятнистые скопления - агрегаты. Помимо графита в составе руд присутствуют кварц, калиевый полевой шпат, плагиоклаз, а также небольшие количества биотита, хлорита, граната, кальцита, апатита, циркона и пирита.

В четко выраженной коре выветривания, развивающейся по графитоносным гнейсам, наблюдается зональность. В верхней (рыхлой) зоне широко развиты глинистые минералы. Минеральный состав руд: графит - до 10%; глинистые минералы (гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, нонтронит и др.) - до 50%; кварц - 25%; гидроксиды железа - до 10%; гранаты и полевые шпаты - до 10%. В средней (полурыхлой) зоне при сохранении содержания графита (до 10%) увеличивается количество кварца (30-40%) и полевых шпатов (10-25%), появляются слюды (10-15%), гранат, силлиманит и апатит (до 10%), одновременно сокращается доля глинистых минералов (10-40%). Нижняя (плотная) зона коры выветривания по своему минеральному составу близка первичным (твердым) рудам месторождения: графит (6-8%), кварц (30-40%), полевые шпаты (20-30%), биотит и другие слюды (25-30%), силлиманит, гранат, апатит, пирит (до 10%). Благодаря тому, что в коре выветривания чешуйки графита освобождены от срастания с другими минералами (раскрыты), эти руды (так называемые мягкие) еще более легко обогатимы, представляя первоочередной объект промышленной разработки.

Рыхлые и твердые руды месторождения обогащаются флотацией с получением концентрата, содержащего 85-90% графита высокого качества и имеющего зольность не выше 10-15%. По своим разведанным запасам и масштабу добычи месторождение является одним из крупнейших на территории бывшего Советского Союза.

Генетически Завальевское месторождение рассматривается подавляющим большинством исследователей метаморфическим, образовавшимся в процессе регионального метаморфизма первичноосадочных алюмосиликатных пород, содержавших в своем составе рассеянное углеродное вещество. Отдельные геологи (В.П.Бухаров, В.Б.Полянский и др.) полагают, что образование графита в гнейсах происходило за счет углерода, освобождавшегося при дегазации карбонатных пород, сопровождавшейся разложением оксида углерода (реакция Будуара). Наконец, имеются данные о том, что наряду с графитом, образовавшимся за счет первичноосадочного углерода, в гнейсах может быть и более поздний графит, связанный с глубинным источником углекислоты (А.Ф.Коржинский и др.).

Рис. 44. Разрез графитового месторождения Местски-врх, Чехия (по Л.Тихи). 1 - графит; 2 - биотитовый парагнейс; 3 - эрлан (кальциево-силикатная порода); 4 - эрлан-гнейс; 5 - амфиболит; 6 - кристаллический известняк; 7 - лейкократовая аплитовая жила; 8 - кора выветривания гнейсов; 9 - суглинок.

Графитовые месторождения Чехии

Широко известные месторождения Чешского массива в конце двадцатых годов минувшего столетия были главным мировым поставщиком графита. Графит из Южной Чехии использовался в качестве добавки к гончарным глинам еще за 500 лет до н.э.; однако крупномасштабная его добыча началась в 1750 году.

В настоящее время Чехия является одной из ведущих стран в Европе по добыче графита; его мелкочешуйчатую разновидность получают в месторождениях Южной Чехии, а микрокристаллическую и скрытокристаллическую - в месторождениях Северной Моравии.

Месторождения Южной Чехии представлены пластами и согласными линзами обогащенных рассеянным мелкочешуйчатым графитом гнейсов, кварцитов и карбонатов, сопровождаемых амфиболитами, кальциево-силикатными роговиками и др. породами в составе пестрой группы Варид Молданубской зоны. Все породы интенсивно смяты в складки, а графитсодержащие пласты и линзы несут следы гофрировки, обнаруживают раздувы и пережимы, порой придающие залежам причудливую форму.

Рис. 45. Разрез графитового месторождения Вельке-Врбно-Константин, Чехия (по С.Харазим). 1 - массивный графит и графитовый сланец с высоким содержанием графита; 2 - кристаллический известняк и доломит; 3 - кристаллические сланцы и гнейсы; 4 - графитистые сланцы; 5 - амфиболиты, графитистые амфиболиты; 6 - кварциты, кислые вулканические туфы, пегматиты; 7 - суглинки.

Наиболее высококачественный мелкочешуйчатый графит приурочен к таким раздувам пластов; именно здесь в рудах фиксируются самые высокие содержания углерода. Однако здесь же могут появляться и блоки пустых пород. Одно из таких сравнительно недавно открытое месторождение Местски-врх находится на северо-западной окраине г. Чески-Крумлова. Оно представляет несколько графитизированных пластов, объединенных в три полосы. Наибольшую промышленную значимость имеет восточная полоса, имеющая северо-восточное простирание; ее главная залежь падает на северо-запад под углом 30?, прослеживается по простиранию на 280 м при средней мощности около 4,5 м (рис. 44). Среднее содержание углерода в этой залежи составляет 18%. Графит высококачественный мелкочешуйчатый.

Примером месторождений микрокристаллического графита Моравии является Вельке-Врбно-Константин. Месторождение входит в состав протяженного графитового пояса на западном крыле купола Вельке-Врбно. Пласт микрокристаллического и скрытокристаллического графита мощностью от 3 до 6 м смят вместе с подстилающими и перекрывающими известняками, кварцитами и другими породами в сложную синклинальную складку с западным падением обоих крыльев (рис. 45), причем западное крыло имеет более крутое падение (до 50?), чем восточное (10? и более). Графитовый пласт сложен глинистыми сланцами; содержание в них углерода колеблется от 35 до 50%, составляя в среднем 39%; содержание серы варьирует от 1 до 10%. Разработка месторождения ведется открытым способом.

Руды чешуйчатого графита обогащаются флотацией. Полученные флотационные концентраты (80-90% углерода) подвергаются химической очистке (автоклавное выщелачивание, плавка), в результате чего содержание углерода повышается до 99,5%. Этот продукт используется для изготовления различных специальных смесей и смазочных веществ. Кроме того, концентраты чешуйчатого графита используются в сталеплавильных цехах как огнестойкие покрытия, как огнеупорные замазки и трамбовочная масса в доменных печах, для производства батарей.

Микрокристаллические концентраты используются в литейном производстве вместе с формовочными песками, для смазки, для окрашивания стекла и глазурей, для обработки металлов, производства электродов и других целей. Значительная часть графитового сырья Чехии экспортируется в Германию, Австрию, Грецию, Венгрию, Румынию и другие страны.

По М. Кужварту все графитовые месторождения Чехии являются метаморфическими, образовавшимися в результате регионального метаморфизма древних докембрийских толщ, путем превращения богатых углеродом (2-60%) слоев среди глинистых сланцев, известняков или песчаников с органическими остатками, битуминозным или углистым веществом в графитовые филлиты, слюдистые кристаллические сланцы, гнейсы, мраморы и кварциты.

Рис. 46. Геологическая карта и разрез Курейского месторождения графита (по материалам С.В.Обручева, В.П.Солоненко и др.). 1 - графит; 2 - графитовые сланцы; 3 - кварцитовидные песчаники и сланцы; 4 - серые песчаники; 5 - траппы; 6 - мраморовидный кальцит; 7 террасовые отложения.

Курейское месторождение скрытокристаллического (аморфного) графита

Крупнейшая в мире Тунгусская графитоносная провинция приурочена к западной окраине одноименного бассейна каменного угля. Здесь на большой площади (около 48 тыс. км²) многочисленные триасовые трапповые силлы и секущие дайки диабазов вызвали графитизацию угольных пластов пермского возраста. Такие пологозалегающие пласты скрытокристаллического графита вскрываются по рекам Фатьяниха, Бахта, Курейка, Нижняя Тунгуска, образуя отдельные месторождения. Всего установлено 15 промышленных объектов, наиболее значимыми из которых являются Курейское и Ногинское.

Курейское месторождение находится на берегах р. Курейки (правый приток Енисея) в 100 км от ее устья (Туруханский район Красноярского края). Месторождение было открыто в 1861 году купцом М.К.Сидоровым и в конце XIX - начале ХХ столетия периодически эксплуатировалось, Известно, что до 1918 года там было добыто 14 тыс т графита.

По материалам В.П.Солоненко участок месторождения сложен породами среднего и верхнего карбона (катская свита) и образованиями нижней перми (бургуклинская свита), прорванными трапповыми интрузиями триасового возраста. Пологозалегающая согласная залежь графита мощностью до 25 м приурочена к отложениям бургуклинской свиты, отделяясь от мощного (более 200 м) подстилающего диабазового силла полутораметровым пластом мраморизованных карбонатных пород (рис. 46). Общее падение залежи - северо-восточное под средним углом 2-5? с изменением глубины залегания от 5 до 61 м. Графитовая залежь перекрыта маломощным слоем графитовых сланцев, переходящих вверх по разрезу в кварцитовидные песчаники и сланцы, сменяемые далее серыми песчаниками, Повсеместно на участке месторождения развиты рыхлые террасовые отложения небольшой мощности.

Графитовая залежь имеет довольно сложное внутреннее строение: она состоит из слоев скрытокристаллического графита различного качества и содержит многочисленные ксенолиты и линзы терригенных пород, а также апофизы и жилы диабазового состава, соединяющиеся с кровлей нижележащего силла. В составе руды помимо господствующего скрытокристаллического графита присутствуют его мелко- и крупночешуйчатые разновидности; минеральные примеси: пирит, кальцит, апатит, циркон, магнетит, рутил, хлорит, серицит, цеолиты и др. Текстура руды массивная и сланцеватая, иногда осложненная столбчатой отдельностью. Химический состав (мас. %): углерод - 84,47-90,62, зола - 5,72-14,3, летучие - 0,92-2,98, вода - 0,28-0,46.

По велчине разведанных запасов скрытокристаллического графита (миллионы тонн) месторождение отноится к крупным.. Благодаря большой мощности и небольшой вскрыше графитовая залежь на всей площади месторождения пригодна для разработки открытым способом. Доказано, что графит месторождения может использоваться в литейном деле, электроугольной промышленности и других областях. В настоящее время во ВНИИнеруд (г. Тольятти) имеются законченные разработки технологии получения малозольного графита из руд месторождения.

Считается, что графитовая залежь является продуктом термального метаморфизма каменноугольного пласта под воздействием нижезалегающего диабазового силла большой мощности, обусловившего длительное время прогрева. Температура прогрева оценивается в диапазоне от 1250 до 700°C. Такой механизм графитообразования подтверждается, в частности, наличием в составе руд прослоев графитизированного угля.

Назад | Содержание | Вперед