Записки Российского минералогического общества, 2022, T. 151, № 5, стр. 71-86

ВВЕДЕНИЕ

Некоторые сорта природного кварца являются уникальным сырьем, используемым для получения высокочистых кварцевых концентратов – продукта для нужд электронной, медицинской, космической, полупроводниковой и других высокотехнологичных отраслей промышленности (Мельников, 1988; Müller et al., 2007; Бурьян и др., 2007; Anfilogov et al., 2016; Ryzhkov et al., 2020). Высокочистые кварцевые концентраты применяются при производстве волоконных кабелей, искусственных кристаллов, синтеза прозрачного кварцевого стекла, микросхем, робототехники, кварцевых тиглей, солнечных батарей и т.д. (Jung, 1992; Müller et al., 2007).

На Южном Урале сосредоточено большое количество месторождений и проявлений молочно-белого кварца, залегающих среди гранитов (проявление Песчаное), в разной степени измененных сланцев, серпентинитов (Новотроицкое месторождение) (Паняк и др., 2001), диоритов, габбро (Наилинское месторождение) (Анфилогов и др., 2012). Исследования показывают, что основными факторами загрязнения кварцевых концентратов является наличие минеральных и газово-жидких включений, а также структурных примесей (Вертушков и др., 1970; Евстропов, 1995; Каинов, 1998; Поленов и др., 2015). Из-за слабой изученности молочно-белого кварца по сравнению с промышленно используемым прозрачным, полупрозрачным и хрусталеносным кварцем (Вертушков и др., 1970; Соколов, 1977), актуальной является оценка перспектив использования этого вида кварцевого сырья.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследований являются молочно-белый кварц Наилинского кварц-золоторудного месторождения, а также безрудный молочно-белый кварц Новотроицкого месторождения и проявления Песчаное. Для изучения отобраны образцы, характеризующиеся типичными текстурно-структурные особенностями кварцевых агрегатов.

Минералого-петрографический анализ шлифов с определением количества и локализации минеральных и газово-жидких включений в кварце проводился с использованием поляризационных микроскопов Axiolab ZS и Olimpus BX 51.

Состав элементов-примесей в кварце определялся методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (LA-ICP-MS) в Центре коллективного пользования Южно-Уральского ФНЦ минералогии и геоэкологии УрО РАН (г. Миасс). Измерения проводились в плоскополированных кварцевых пластинах на базе масс-спектрометра Agilent 7700x с программным комплексом MassHunter и лазерной приставкой New Wave Research UP-213. Для градуировки и расчета содержаний использовались международные стандарты стекол USGS BCR-2G и SRM NIST-612. Расчет проводился в программе Iolite c использованием ²⁸Si в качестве внутреннего стандарта со средним значением 46.7%.

Температуры образования кварца, концентрация и состав солей минералообразующих растворов оценивались в ходе изучения газово-жидких включений. Исследования выполнялись в плоскополированных кварцевых пластинах толщиной 0.2–0.6 мм. Термобарометрические измерения проводились с помощью термокамеры TMS-600 (Linkam) с программным обеспечением LinkSystem 32 DV-NC и оптическим микроскопом Olympus ВХ-51 (позволяющем измерять температуру фазовых переходов в интервале от –196 до +600 °С), на геологическом факультете Южно-Уральского государственного университета (г. Миасс, аналитик Н.К. Никандрова). Точность измерений составляла ±0.1 °С в интервале температур от –20 до +80 °С и ±1 °С за пределами этого интервала. Солевой состав растворов во включениях оценивался по температурам эвтектик (Борисенко, 1977). Концентрации солей в растворах рассчитывались по температурам плавления последней кристаллической фазы (Bodnar, Vityk, 1994).

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Проявление молочно-белого кварца Песчаное расположено в экзоконтакте Джабык-Карагайского гранитного комплекса. Кварцевые тела залегают среди разнозернистых лейкократовых гранитов (рис. 1). Контакт кварцевых жил с гранитами четкий. Очевидна генетическая связь между родоначальными гранитами и образованием гидротермальных кварцевых жил. Проявление состоит из пяти кварцевых жил северо-восточного простирания и находится за пределами известных участков оценки кварцевых объектов. Видимая мощность наиболее крупной жилы составляет до 2.5 м, при протяженности до 500 м. Остальные жилы имеют протяженность от 60 до 400 м и мощность от 0.5 до 2.0 м (в раздувах).

Рис. 1.

Геологические схемы исследованных объектов (по: Захаров, Пучков, 1994; Махиня, 2003 г., с упрощениями авторов). На схеме структурно-формационного районирования Урала: I – Предуральский прогиб, II–VII – мегазоны (II – Западно-Уральская, III –Центрально-Уральская, IV – Магнитогорская, V – Тагильская, VI – Восточно-Уральская, VII – Зауральская). Проявления и месторождения молочно-белого кварца: а – Наилинское золоторудное месторождение (жила Толстиха): 1 – перидотиты серпентинизированные, 2 – дуниты серпентинизированные, 3 – тальк-карбонатные породы зоны разрывного нарушения, 4 – кварцевая жила, 5 – разрывные нарушения. б – проявление Песчаное: 1 – гранитоиды Джабык-Карагайского комплекса, 2 – основные и ультраосновные массивы, 3 – кольцевые разломы, 4 – разрывные нарушения, 5 – разрывные нарушения регионального значения, 6 – поля развития кварцевых жил (по данным: Емлин и др., 1988; а – микрогранулированного, б – молочно-белого), 7 – изученные проявления молочно-белого кварца (52°59′3.80″ с.ш.; 59°52′32.00″ в.д.). в – Новотроицкое месторождение (по данным ГГК-200, N-40-XXXIV): 1 – Казацкая свита. Пески разнозернистые, глины пестроокрашенные; 2 – Баракальская свита. Слюдистые кварциты, слюдяно-кварцевые и хлорит-слюдяно-кварцевые сланцы; 3 – Карамалинская свита. Метабазальты, хлорит-альбит-эпидотовые ортосланцы, графитовые кварциты и слюдяно-кварцевые парасланцы; 4 – Якуновская свита. Сланцы слюдяно-кварцевые, графит-слюдяно-кварцевые, кварциты графитовые и слюдистые; 5 – Галеевская свита. Кварциты разнозернистые слоистые слюдистые с телами эклогитоподобных пород; 6 – Ташлинский ультрамафитовый комплекс; 7 – Контур Новотроицкого жильного поля (белый штриз-пунктир) с разведанными кварцевыми объектами; 8 – изученное проявление молочно-белого кварца (52°9′10″ с. ш.; 57°51′58″ в. д.). Fig. 1. Geological schemes of objects of study (after Zacharov, Puchkov, 1994; Makhinya, 2003 year, with simplifications). On the scheme of structural-formational zoning of the Urals: I – Cis-Ural trough, II–VII – megazones (II – West Ural, III – Central Ural, IV – Magnitogorsk, V – Tagil, VI – East Ural, VII – Trans-Ural). Manifestations and deposits of milky-white quartz: а – Nailinskoe gold deposit (Tolstukha vein), б – Peschanoe manifestation, в – Novotroitskoe deposit.

Кварц молочно-белый, с участками хрусталеносных гнезд, иногда интенсивно блокован и деформирован. В приконтактовой зоне кварц часто приобретает желтовато-буроватый оттенок в результате интенсивного ожелезнения. Местами в агрегатах белого кварца встречаются обособления размером до 10–15 см, сложенные кристаллами серого дымчатого кварца.

Наилинское месторождение входит в состав северной группы золоторудных месторождений Миасского района. Рудные (Au) и безрудные кварцевые жилы залегают в серпентинитах, пироксенитах, габбро, диоритах, а также в тальк-карбонатных породах и кварц-серицитовых сланцах, трассирующих зону Главного Уральского разлома. Вмещающие породы интенсивно окварцованы, хлоритизированы и серицитизированы.

Наиболее крупным кварцевым объектом является жила Толстиха. Расположена она в 35 км севернее г. Миасса, в 1.5 км западнее пос. Наилы. Жила залегает на контакте небольшого массива габбро с крупным массивом серпентинизированных дунитов, перидотитов и пироксенитов Больших Таловских гор (рис. 1). Размер жилы 1000 м по простиранию и до 50 м по ширине. На глубину она прослежена до 450 м. На юго-западном контакте жилы, в ее средней части залегает золото-сульфидная залежь протяженностью 20 м при средней мощности 16 м, прослеженная до глубины 200–250 м и отработанная до глубины 50 м карьером и подземными горными выработками (Анфилогов и др., 2012).

Жила состоит из молочно-белого кварца, в незначительных количествах в ее составе присутствуют полевые шпаты, диккит, слюда, гетит, хлорит, магнетит, гематит, апатит (рис. 2).

Рис. 2.

Микрофотографии шлифов молочно-белого кварца. Проявление Песчаное: а – газово-жидкие включения в кварце, б – включения мусковита в межзерновых трещинах. Наилинское месторождение: в – блокованный кварц, г – включения диабантита (хлорита) и рутила в кварце. Новотроицкое месторождение: д – газово-жидкие включения в зернах первичного кварца, е – фрагмент зерна первичного кварца (Qz-1), окруженный каймой рекристаллизованного кварца (Qz-2). а, б, в, е – с анализатором, г, д – без анализатора. Fig. 2. Photos of thin sections of milky-white quartz. Peschanoe manifestation: a – fluid inclusions in quartz, б – inclusions of muscovite in intergranular cracks. Nailinskoe deposit: в – blocked quartz, г – inclusions of diabantite (chlorite) and rutile in quartz. Novotroitskoe deposit: д – fluid inclusions in grains of primary quartz, е – a fragment of a grain of primary quartz (Qz-1) surrounded by a rim of recrystallized quartz (Qz-2). а, б, в, е – with an analyzer, г, д – without an analyzer.

Новотроицкое месторождение жильного кварца является частью Сакмарской кварценосной провинции и расположено на территории Зилаирского района (Башкортостан) (рис. 1). Вмещающие породы представлены гранат-полевошпат-кварцевыми сланцами – светло-серой мелкозернистой породой со сланцеватой текстурой и местами с отчетливо проявленными порфировыми выделениями буровато-коричневого граната размером до 1.0–2.0 мм.

На Новотроицком месторождении преобладают жилы молочно-белого кварца. В пределах площади месторождения нами обследована в коренном залегании типичная жила с молочно-белым кварцем за контурами участков оценочных и разведочных работ (52°9′10″ с. ш.; 57°51′58″ в. д.) (Korekina, 2021). Простирание жилы субмеридианальное, протяженность – 500 м при видимой мощности 3.5 м. Кварц молочно-белый, преимущественно с массивной текстурой. В кварцево-жильной массе встречаются участки с друзовой текстурой, представленные идиоморфными кристаллами призматической формы с пирамидальными вершинами. В кварце отмечаются многочисленные зоны дробления и катаклаза к которым приурочены слюды (биотит и парагонит), полевой шпат (альбит, ортоклаз), гематит, гранат, титанит, хлорит, глаукофан, кальцит, турмалин.

МИНЕРАЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КВАРЦА

Проявление безрудного молочно-белого кварца Песчаное. В центральных частях жил кварц характеризуется отчетливо проявленным блокованием жильной массы и разнозернистой структурой. Блокование не нарушает сплошности кварцевых агрегатов. Эти агрегаты сложены зернами удлиненно-призматической и призматической формы, размером до 1.2–1.5 см, интенсивно деформированными. Следы хрупкой деформации представлены залеченными внутризерновыми трещинами, к которым приурочены газово-жидкие включения (ГЖВ), формирующие цепочки разной протяженности, а также расположенные в объеме зерен (рис. 2, а). ГЖВ в кварце из центральной части жилы занимают от 3–5 до 20% объема кварцевых зерен, размер включений варьирует от 5 до 30 мкм. Пластическая деформация проявлена волнистым погасанием и изгибами. Изгибы отражены в шлифах системами субпараллельных светлых полос неправильной формы, местами тонких, узких.

В краевых частях жил проявлен интенсивный катаклаз в виде зон брекчирования и милонитизации. Структуры кварцевых агрегатов неравномернозернистые, преимущественно катакластические; местами встречаются мелкозернистые гранобластовые структуры. Минеральные включения занимают а кварцевых зернах от 0.5–1.0 до 20–30% объема. Они представлены пластинками и чешуйками слюды (мусковита, парагонита) размером от 0.01–0.1 до 1.0 мм и (или) гематитом, магнетитом, рутилом (рис. 2, б). На контактах кварцевых жил с вмещающими породами содержание слюды иногда резко возрастает, достигая иногда 30–40%.

Рудный молочно-белый кварц Наилинского месторождения. С динамометаморфизмом кварцево-жильной массы связаны проявление хрупкой деформации в виде брекчирования и дробления кварцевых агрегатов. Кварцевые агрегаты имеют неравномернозернистую структуру с размером зерен от 2–3 мм до 1.6 см и сложены реликтовыми зернами кварца первой генерации (Qz-1). Следы пластической деформации проявлены в виде плоскостей скольжения и изгибов. Вдоль полос деформации часто происходит рекристаллизация с образованием новообразованных зерен второй генерации (Qz-2). Под термином рекристаллизация мы понимаем образование более мелких новообразованных зерен за счет крупных под воздействием процессов метаморфизма (Вертушков и др., 1970; Жабин, 1979; Мельников, 1988; Бродская и др., 2015; Поленов и др., 2015). Новообразованный кварц в отличие от крупнозернистого исходного кварца (Qz-1), более мелкозернистый (с размером зерен от 0.01–0.03 до 0.1–0.2 мм), образует изометричные зерна с однородным погасанием без минеральных и газово-жидких включений и занимает 20% объема агрегатов.

В центральной части кварцевой жилы хрупкая деформация представлена межзерновыми и трансгранулярными трещинами, разбивающими крупные индивиды кварца на отдельные блоки разного размера и формы (рис. 2, в). К залеченным трещинам приурочены гематит, гётит и газово-жидкие включения. ГЖВ преимущественно мелкие размером 2–5 мкм, редко –10–15 мкм.

В кварцевой жиле установлены линейные зоны, мощностью около 8 мм, залеченные кварц-хлоритовым агрегатом, с заметным преобладанием хлорита (хлорит – 90%, кварц – 10%). Образование новообразованного рекристаллизационного кварца и хлорита происходило одновременно, о чем свидетельствует индукционная штриховка на хлорите. Отмечаются включения зерен хлорита в кварце и кварца в хлорите, указывающие на метасоматический характер кварц-хлоритового агрегата. К скоплениям хлорита и новообразованного кварца (Qz-2) приурочен игольчатый рутил, наблюдающийся как в виде отдельных иголок, так и радиально-лучистых срастаний (рис. 2, г).

Безрудный молочно-белый кварц Новотроицкого месторождения. Мелко-среднезернистый агрегат кварцевых зерен изометричной или неправильной, но близкой к изометричной, формы размером от 0.01 до 2–4 мм. Структура катакластическая разнозернистая, участками гранобластовая или лепидогранобластовая. Выделен кварц двух генераций: кварц первой генерации (Qz-1) представлен крупными реликтовыми зернами, кварц второй генерации (Qz-2) – зернами, образованными в результате перекристаллизации исходных зерен (Qz-1).

Зерна кварца первой генерации неправильной формы с волнистым погасанием, зубчатыми границами и отчетливо проявленными следами хрупкой и пластической деформации. Следы хрупкой деформации представлены залеченными внутризерновыми трещинами. Внутризерновые трещины, прямые и криволинейные, короткие, иногда ступенчатые, местами пересекающиеся. К ним приурочены газово-жидкие включения, формирующие скопления в виде полей неправильной формы (рис. 2, е). В кварце наблюдаются единичные, размером до 7 мкм, хаотично расположенные ГЖВ на фоне преобладающих мелких включений размером 2–5 мкм, образующих ленточные скопления и поля.

Рекристаллизованный кварц (Qz-2) развивается по полосам деформации в виде мелких зерен размером 0.01–1.0 мм изометричной или близкой к изометричной формы. Зерна характеризуются прямолинейными границами, однородным погасанием, не содержат следов деформаций и газово-жидких включений. Области рекристаллизации занимают до достигает 50% объема агрегатов (рис. 2, д). Минеральные включения представлены парагонитом, турмалином, титанитом.

Кварц друзовой текстуры имеет волнистое погасание и зоны роста, к плоскостям которых приурочены газово-жидкие включения, образующие длинные цепочки с разобщенными включениями газа и жидкости. Размер включений колеблется от 5 до 15 мкм.

СОСТАВ ЭЛЕМЕНТОВ-ПРИМЕСЕЙ В КВАРЦЕ

Содержания элементов-примесей в молочно-белом кварце приведены в табл. 1. Интервалы содержаний показаны на рис. 3. Из этих данных следует характерное для гидротермального кварца крайне неравномерное содержание примесей.

Рис. 3.

Диаграмма микроэлементного состава молочно-белого кварца. 1 – Наилинское месторождение, 2 – проявление Песчаное, 3 – Новотроицкое месторождение. Fig. 3. Diagram of trace element composition of milky-white quartz. 1 – Nailinskoe deposit, 2 – Peschanoe manifestation, 3 – Novotroitskoe deposit.

Доминирующим элементом-примесью в изученном кварце является Al. Его концентрации лежат в интервалах: Наилинское месторождение 8.5–99 ppm, проявления Песчаное 28–39 ppm, Новотроицкое месторождение 7.2–210.5 ppm.

В образцах наблюдается корреляционная зависимость между содержаниями Li и Al. Наиболее ярко она проявлена в кварце Новотроицкого месторождения (рис 4, а) и связана с уравновешиванием дефицита заряда, возникшего при замещении кремния алюминием Si⁴⁺ ↔ Li⁺ + Al³⁺ (Кощуг, 1998; Dennen, 1966; Breiter, Müller, 2009).

Рис. 4.

Соотношения элементов-примесей в молочно-белом кварце. 1 – Новотроицкое месторождение, 2 – Наилинское месторождение, 3 – проявление Песчаное. Стрелкой на диаграмме (в) показано увеличение температуры образования кварца по данным гомогенизации газово-жидких включений. Fig. 4. Trace element ratios in milky-white quartz. 1 – Novotroitskoe deposit, 2 – Nailinskoe deposit, 3 – Peschanoe manifestation.

Концентрации Na и K в образцах выше предельно допустимых для кварца высокой степени чистоты. Это связано с попаданием в область абляции газово-жидких включений, широко распространенных в молочно-белом кварце и присутствием в кварце минеральных включений слюд (рис. 4, б).

Диапазон концентраций Ti в кварце Наилинского месторождения составляет 0.32–1.52 ppm, в кварце проявление Песчаное – 0.36–0.95 ppm, в кварце Новотроицкого месторождения – 0.09–1.8 ppm.

На диаграмме рассеяния Ti–Al (рис. 4, в) кварц Наилинского месторождения характеризуется положительной корреляцией между содержаниями титана и алюминия (r = 0.94), подчеркивающей “рудный” геохимический характер кварцевых жил. В кварце Новотроицкого месторождения корреляционная связь между содержаниями титана и алюминия слабая (r = 0.44), что отражает отсутствие рудной составляющей.

Связь между содержаниями железа и алюминия, магния и алюминия отсутствует (рис. 4, г, д). Это обусловлено, в том числе, присутствием микровключений железо- и магнийсодержащих минералов: гётита, гематита, хлорита, биотита и др.

Содержание Ge в изученном кварце варьирует (рис. 4, е). Наиболее высокие концентрации этого элемента установлены в кварце из проявления Песчаное (0.98–1.15 ppm), более низкие – в рудном кварце Наилинского месторождения (0.41–0.67 ppm) и самые низкие в кварце Новотроицкого месторождения (0.03–0.15 ppm).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ГАЗОВО-ЖИДКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ

Анализ газово-жидких включений производился с использованием критериев, рассмотренных в работе (Roedder, 1984). В образцах было установлены четыре типа флюидных включений (табл. 2): первичные водно-солевые, первичные водно-углекислотные, первично-вторичные водно-солевые, вторичные водно-солевые. Водно-солевые включения имеют состав жидкий раствор + газ, водно-углекислотные – жидкий раствор + газ + жидкая углекислота. Первичные включения – единичные, отдельные, хаотично расположенные в зернах кварца, в то время как первично-вторичные образуют поля, линейные участки в зернах. Вторичные включения расположены в межзерновом пространстве, развиваются по трещинам и в отличие от первично-вторичных включений пересекают границы минеральных зерен.

Проявление Песчаное. Кварц содержит ГЖВ удлиненно-призматической и призматической формы, размером от 5 до 30 мкм. Преобладают первичные двухфазовые водно-солевые, хаотично расположенные включения, реже встречаются первичные трехфазовые водно-углекислотные ГЖВ. Первичные включения связаны с зонами микродефектов в кварце. Они возникли одновременно с формированием кварцевых тел.

Первично-вторичные водно-солевые включения размером 5–10 мкм приурочены к трещинам и образуют цепочки, не пересекающие границы зерен. Они возникают во время кристаллизации кварца в зонах микродефектов, а также за счет первичных включений при их перераспределении в данных зонах. Форма первично-вторичных включений прямоугольная, квадратная, ромбовидная, изометричная, овальная, каплеобразная, удлиненная, нередко с неровными очертаниями. Газовая вакуоль составляет 20–30 об. % включения.

Наилинское месторождение. В кварце преобладают первичные двухфазовые водно-солевые ГЖВ в форме отрицательного кристалла, с элементами кристаллографических граней, неправильной, удлиненной формы, размером 10–15 мкм. Первично-вторичные водно-солевые двухфазовые ГЖВ имеют округлую, овальную, изометричную форму, размер 2–5 мкм и содержат подвижный газовый пузырек. Доля газовой фазы варьирует в пределах 20–50 об. %.

Новотроицкое месторождение. В кварце выделены 2 типа двухфазных водно-солевых ГЖВ: первичные и преобладающие в объеме образца – вторичные. Размер вторичных включений варьирует в пределах 5–7 мкм, первичных – в пределах 15–25 мкм. Для первичных включений характерно обособленное расположение вакуолей, наполнение газом в количестве от 25 до 50 об. %, они имеют удлиненную или неправильную форму. Большинство вторичных включений неправильной формы с округлыми или изрезанными границами образуют широкие полосы, либо поля.

На рис. 5 показано соотношение температуры гомогенизации и солевого состава ГЖВ.

Рис. 5.

Соотношение температуры гомогенизации и солености газово-жидких включений в молочно-белом кварце. а – первично-вторичные и вторичные включения, б – первичные включения. Fig. 5. Correlation between temperatures of homogenization and salinity for fluid inclusions in milky-white quartz. a – primary-secondary and secondary inclusions, б – primary inclusions.

По данным термометрических исследований ГЖВ, гидротермальное минералообразование в ходе на изученных месторождениях происходило в два этапа: 1) первичная кристаллизация кварца из гидротермального раствора, 2) вторичная рекристаллизация кварца в результате процессов, связанных с более поздними тектоническими событиями.

Сопоставление полученных результатов с технологическими эталонами позволяет прогнозировать возможность обогащения изученного кварцевого сырья до уровня особо чистого кварца (HPQ).

Особенность масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой с лазерной абляцией (LA-ICP-MS) состоит в том, что пучок лазера превращает в аэрозоль минерал в области диаметром ~20–100 мкм, глубиной ~60 мкм. При этом анализируются как структурные примеси кварца, так и минеральные и газово-жидкие включения

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

На элементный состав молочно-белого кварца оказал влияние ряд факторов, таких как метаморфизм, состав гидротермальных флюидов, температура минералообразования. Анализ его состава показал широкие вариации содержаний микроэлементов. Наиболее высокие содержания примесей установлены в наиболее высокотемпературном кварце Новотроицкого месторождения, которой залегает среди сланцев. Низкие содержания характерны для низкотемпературного кварца проявления Песчаное, локализованного в массиве гранитов.

Представленное на рис. 6 сравнение характеристик элементного состава молочно-белого кварца с показателями качества HPQ (ТУ-1997; Müller et al., 2012) показывает их близость. C учетом пониженных содержаний примесей в ряде образцов молочно-белого кварца, он может рассматриваться как кварц высокой чистоты. Повышенные содержания отдельных микроэлементов могут быть связаны с попаданием в область абляции минеральных (Li, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, K, Na) и газово-жидких (Na, K) включений.

Рис. 6.

Сравнение диапазонов колебаний содержаний элементов-примесей в молочно-белом кварце с показателями особо чистого кварца (HPQ) согласно спецификации товарных продуктов КГО-1 (ТУ-1997) и рекомендаций для оценки особо чистого кварца (Müller et al., 2012). Дополнительно приведены содержания примесей в кварце по IOTA-std (Sibelco…). Fig. 6. Comparison of ranges of trace element contents in milky-white quartz and indicators of high-purity quartz (HPQ) according to the specification of commercial products KGO-1 (TU-1997) and recommendations for evaluating especially pure quartz (Müller et al., 2012). Trace element contents after IOTA-std (Sibelco…) are shown as addition.

Наиболее распространенной примесью в кварце является алюминий. Он входит в структуру кварца и в состав минеральных включений, таких как слюды, полевые шпаты и др. Его минимальные значения могут служить показателем предела обогатимости (Минералургия…, 1990). В нашем случае минимальные содержания Al в кварце из жил Новотроицкого, Наилинского и Песчаного месторождений составляют 7.2, 8.5 и 25.8 ppm соответственно. В первых двух случаях такие показатели показывают пригодность молочно-белого кварца как сырья для получения химически чистого кварца. Однако широкий диапазон колебаний содержаний примесей в кварце должен учитываться при оценке его качества. Важно учитывать локализацию минеральных и газово-жидких включений, оказывающих влияние на чистоту кварца и определяющих подбор наиболее эффективных схем обогащения. По данным оптической микроскопии, основная часть минеральных и флюидных включений локализуется в межзерновом пространстве и по трещинам; таким образом, они могут быть удалены в процессе дробления и последующей кислотной обработки.

Высокие содержания щелочей и кальция обусловлены наличием в молочно-белом кварце газово-жидких включений. Часть ГЖВ может быть удалена в процессе дробления, но присутствие в молочно-белом кварце первичных, хаотично расположенных включений требует использования при обогащении метода высокочастотной декрипитации.

Важным параметром качества кварцевого сырья является содержание титана, т.к. его повышенные концентрации могут быть связаны не только с вхождением этого элемента в структуру кварца, но и с присутствием микровключений рутила и титанита, удаление которых при обогащении невозможно. На рис. 3 видно, что содержания титана практически по всем образцам ниже аналогичных содержаний в кварце марки IOTA-std.

Железосодержащие включения, такие как гетит, магнетит и др. могут быть удалены путем электро-магнитной сепарации и последующей кислотной обработки.

Повышенные содержания P и Ca в кварце обусловлены попаданием в область абляции LA-ICP-MS субмикронных включений апатита.

Стоит отметить, что проведенные ранее предварительные работы по обогащению кварца из Наилинского месторождения (жила Толстиха) дали положительные результаты (Анфилогов и др., 2012). В этой работе предложены следующие операции по обогащению кварца: дробление и измельчение, СВЧ-декрепитация, магнитная сепарация, химическая оттирка, прокалка и агломерационная очистка, магнитная сепарация, травление в смеси плавиковой и соляной кислот, промывка и сушка.

Результаты наших исследований позволяют рекомендовать продолжение опытов по обогащению кварца из жилы Толстиха (Наилинское месторождение).

ВЫВОДЫ

1. Все изученные кварцево-жильные объекты являются гидротермальными жилами выполнения, с четкими границами с вмещающими породами. После формирования кварцевых жил они были подвергнуты воздействию процессов метаморфизма, результатом которого являются пластические и хрупкие деформации в кварце. Вследствие хрупкой деформации возникли трещины, разбивающие кварцевые индивиды на блоки в центральной части жил. В приконтактовой части кварцевых тел наблюдаются участки рекристаллизации. В процессе рекристаллизации за счет крупных индивидов возникли новообразованные зерна, без оптических признаков деформации, отличающие высокой степенью чистоты, не содержащие минеральных и газово-жидких включений. В наибольшей степени рекристаллизацией охвачен кварц Новотроицкого месторождения, расположенный в приконтактовой области жил, в меньшей степени кварц Наилинского месторождения; практически не подвержен рекристаллизации кварц в центральной части проявления Песчаное.

2. По данным гомогенизации первичных газово-жидких включений температура формирования кварцевых жил составляет: Новотроицкая жила – 405–270 °С; жила Толстиха (Наилинское месторождение) – 370–270 °С, жилы проявления Песчаное – 360–280 °С. Первично-вторичные и вторичные газово-жидкие включения более низкотемпературные и характеризуют вторичные процессы изменения кварцевых жил.

3. Содержания элементов-примесей в молочно-белом кварце сильно колеблются из-за присутствия минеральных и газово-жидких включений. В качестве индикатора пригодности молочно-белого кварца в качестве кварцевого сырья для получения особо чистого кварца использовано содержание Al. Верхняя граница содержания Al в кварцевых концентратах IOTA-std составляет 16.2 ppm; таким содержанием Al характеризуются 17% проб кварца из Наилинского месторождения и 31% – из Новотроицкого месторождения. Это позволяет считать кварц этих объектов потенциально пригодным в качестве сырья для получения особо чистого кварца.

4. При выборе технологии обогащения молочно-белом кварца необходимо учитывать присутствие в нем газово-жидких и минеральных включений. Наиболее перспективной, является апробированная ранее в лабораторных условиях технология обогащения молочно-белого кварца жилы Толстиха (Анфилогов и др., 2012), результаты которой необходимо заверить на более представительных пробах с более широким спектром объектов с молочно-белым кварцем.

Авторы выражают благодарность Л.Я. Кабановой за проведение петрографических исследований кварца. Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ и Челябинской области в рамках научного проекта № 22-27-20077; в рамках Госзадания 122062100023-5.