Метеориты и руды, рудные минералы, добыча полезных ископаемых :: Свойства камней и минералов, интернет-портал

Метеориты и руды, рудные минералы, добыча полезных ископаемых

Метеориты и тектиты

Метеоритами называют осколки или обломки, сложенные материалом, напоминающим горную породу, и занесенные на Землю из мирового пространства. Их можно рассматривать и как внеземные горные породы.

Масса метеоритного вещества, падающего на Землю каждые сутки, составляет от 1000 до 10 000 т. Однако 75% всех метеоритов очень мелки: их диаметр менее 0,1 мм. И лишь незначительная часть этих обломков достигает поверхности Земли. Большая часть их сгорает, входя в атмосферу и вызывая всем знакомое явление "падающих звезд".

Самый крупный из доныне известных метеоритов упал в доисторические времена близ фермы Хоба-Уест, неподалеку от Гротфонтейна в Намибии. Его масса составляла приблизительно 50 т, а объем - около 9 м. Особенно крупные метеориты при падении на Землю вследствие колоссальной скорости полета вызывают явления, подобные взрыву, которые сопровождаются возникновением округлых кратеров. Более мелкие метеориты, напротив, настолько затормаживаются при прохождении через земную атмосферу, что остаются на поверхности Земли или проникают в почву лишь на незначительную глубину.

Наибольшей известностью пользуется метеоритный кратер Берринджер близ Уинслоу в шт. Аризона (США). Его диаметр 1200 м, а глубина 175 м. Кольцевой вал поднимается на 35 м над окружающей кратер пустыней. На поверхности Земли в самых различных ее районах обнаружены сотни метеоритных кратеров. Их происхождение от удара метеоритов точно доказано находками метеоритных осколков.

Существуют и такие кратеры, возникновение которых в результате метеоритного удара не вызывает сомнения, хотя в их окрестностях и не обнаружены осколки метеоритного вещества. Есть и третья группа кратероподобных углублений, относительно генезиса которых мнения расходятся. Так, например, обстоит дело с более чем 20-километровым Нёрдлингенским бассейном, располагающимся между Швабской и Франконской Альбой (Юрой) в Германия. По мнению одних, этот бассейн возник по разлому, образованному в земной коре вулканическими газами. Но другие видят в нем метеоритный кратер. Находка там минерала коэсита, образующегося при высоких давлениях, свидетельствует в пользу метеоритного происхождения этой впадины.

Гигантские метеориты падают на Землю и в наше время. Подобный метеорит упал 30 июля 1908 г. в Сибири. На месте падения этого так называемого Тунгусского метеорита возникли многочисленные кратеры диаметром до 50 м, тайга в окружности около 60 км оказалась поваленной. 17 апреля 1930 г. метеорит массой 370 кг упал вблизи г. Парагул (шт. Арканзас, США).

12 апреля 1947 г. крупный метеорит упал у Владивостока. На площади в несколько квадратных километров он оставил 106 кратеров, самый большой из которых имел в диаметре 28 м при глубине 6 м.

Все метеориты имеют приблизительно тот же качественный химический состав, что и породы Земли. Однако количественное соотношение элементов в них более соответствует глубинным частям нашей планеты, нежели земной коре. В частности, легкие элементы, такие как кислород, кремний и алюминий, уступают по содержанию в метеоритах более тяжелым, например железу и никелю.

По частоте встречаемости в метеоритах преобладает железо, за ним следуют кислород, кремний, магний, никель, сера, кальций и алюминий. По составу и структуре различают железные, каменные типы метеоритов и стекловидные тектиты.

Железные метеориты (сидериты) (1, 2) состоят по преимуществу из никелистого железа с незначительнбй примесью кобальта и меди. Сплав подобного состава в рудах земного происхождения почти не встречается. Метеориты, состоящие из железа, содержащего 6-7% никеля и кристаллизующегося в кубической сингонии (со спайностью по кубу), называются гексаэдритами. На приполированной поверхности таких метеоритов, протравленной азотной кислотой, можно видеть тонкую штриховку (линии Неймана).

При более высоком содержании никеля (иногда до 50%) метеоритное вещество кристаллизуется в виде октаэдров. После полировки и травления в них можно обнаружить пластинчатое строение: две системы тонких пластин, пересекающихся почти под прямым углом, так называемые видманштеттовы фигуры. Среди этих фигур различают три самостоятельные фазы: темно-серую, содержащую 6-7% никеля, - камасит, который образует на срезе полосы в несколько миллиметров шириной; окаймляющее их блестящее, как серебро, богатое никелем метеоритное железо - тэнит и серовато-черное метеоритное железо, заполняющее промежутки между пластинками, - плессит (тонкая смесь камасита и тэнита). Метеориты, имеющие подобную структуру, называются октаэдритами.

Помимо этого существуют метеориты со структурой, напоминающей микроструктуру стали, - атакситы, в которых нельзя различить ни неймановых линий, ни видманштеттовых фигур. Атакситы возникли из октаэдритов в результате их сильного нагревания. Образцы: (1) - протравленный гексаэдрит из шт. Аризона (США), (2) - фрагмент октаэдритового метеорита из Намибии массой 15 т. Отчетливо видны видмаштеттовы фигуры.

Каменные метеориты (3) более близки по минеральному составу к земным породам, нежели железные. За исключением никелистого железа, их состав сходен с составом перидотитов. Их плотность 3,0-3,5. Оплавленная корочка совершенно черная.

По структуре различают белые до темно-серых зернистые хондриты и более редкие, не имеющие зернистого сложения, -ахондриты. Каменные метеориты встречаются чаще, чем железные. Но из-за их большего сходства с земными породами, на них обращают меньше внимания и реже находят. Переходными типами между желез ными и каменными метеоритами являются палласиты, или сидеролиты, у которых преобладает каменная масса, и мезосидериты, или литосидериты - с преобладающей железной массой. Образец - хондрит, упавший на Землю 3 февраля 1882 г. близ г. Мок, Румыния.

Стекловидные тектиты (4, 5, 6) аморфны и состоят главным образом из SiO, (80%) и Аl2О3 (10%). Их цвет варьирует от черного до бутылочно-зеленого. Возможно, что это и не "космические пришельцы", а вторичные продукты, возникающие при метеоритных ударах. По химическому составу тектиты отличаются как от земных вулканических стекол, так и от других метеоритов. Плотность их составляет около 2,4. Поверхность весьма неровная, испещренная бороздками и бугорками. Подобный рельеф мог явиться результатом природного травления или плавления.

Бутылочно-зеленые разновидности в отшлифованном или в естественном виде еще в прежние времена использовались в украшениях и известны как молдавит, "бутылочный камень". Образцы: (4) - тектит из Чехия; (5) и (6) - тектиты из Таиланда.

Молдавит, или бутылочный камень, водяной хризолит, влтавит. Молдавит - единственный используемый в качестве ювелирного камня представитель группы тектитов, называемых также "стеклянными метеоритами". Вероятное происхождение - остатки пород, расплавленных при ударе метеорита.

Особенности состава и распространения тектитов позволяют предполагать их образование из роев космического вещества, возможно остатков ядер комет. Поверхность кусков молдавита скульптурирована, покрыта шрамами; блеск в изломе стеклянный; размер кусков редко превышает 3 см; окраска часто от зеленой и темно-бурой до черной.

Названия тектитам даются по месторождению: молдавит - по р. Влтава, прежде Молдава, в Чехословакии, австралит - из Австралии: джорджиаит - из штата Джорджия, США.

Руды и рудные минералы

Обычно рудой называют агрегат минералов с промышленным содержанием какого-либо металла (или металлов). В последнее время, однако, в термин "руда" вкладывают иной смысл, понимая под ним и некоторые неметаллические виды минерального сырья (например, апатитовые или флюоритовые руды). Есть и другие терминологические трудности: в петрографии рудными называют все непрозрачные минералы, главным образом оксиды или сульфиды металлов, в учении же о полезных ископаемых - все те минеральные образования, из которых можно извлекать полезные компоненты. В данном определителе главное место уделено рудным минералам именно в последнем понимании.

Названия руд и рудных минералов очень разнообразны. В них часто находит отражение сам факт присутствия того или иного металла, а также цвет или другие примечательные свойства минерала. Разделение руд на "обманки", блеклые руды, "блески" и "колчеданы" уходит корнями в седую старину, когда названия камням давали сами горняки.

Обманками были названы сульфидные минералы с сильным полуметаллическим или алмазным блеском, как правило, с невысокой твердостью и хорошей спайностью, весьма хрупкие; в тонком сколе они обычно прозрачны. Окраски их могут быть различными. Типичными представителями служат серебряная обманка, или прустит, и цинковая обманка, или сфалерит. Названы по обманчивому внешнему облику, отличному от других рудных минералов.

Блеклые руды - сульфидные минералы с металлическим блеском, низкой твердостью, высокой хрупкостью, без спайности, темно-серого цвета. Типичный представитель их - сурьмяная блеклая руда, или тетраэдрит. Свое название получили по блекло-серой окраске.

"Блески" - сульфидные минералы с сильным металлическим блеском, невысокой твердостью и обычно с хорошей спайностью, непрозрачные. Окраска их темная, вплоть до черной. Типичные представители: свинцовый блеск, или галенит, и сурьмяной блеск, или антимонит. Свое название получили за сильный блеск на плоскостях спайности. В виде исключения к блескам отнесена и блестящая разновидность оксида железа - гематита - железный блеск.

Колчеданы - сульфидные минералы с металлическим блеском и высокой твердостью; отчетливой спайности, как правило, не имеют, непрозрачны. Цвета их обычно более светлые - белые, серые, желтые, розоватые. Типичные представители: серный, или железный, колчедан - пирит и красный никелевый колчедан - никелин. Их немецкое название Kiese ("кизе") скорее всего связано с тем, что по твердости они приближаются к кремню, называющемуся Kieselstein ("кизельштайн") (подобно кремню, они служили кресалом в огнестрельном оружии).

Классификация. В технике, промышленности и экономике руды классифицируются преимущественно по содержащимся в них главным металлам, в минералогии рудные минералы - по классам химических соединений.

Рудные месторождения. Для большинства полезных металлов характерно их низкое содержание в земной коре, и при равномерном распределении (рассеянии) они недоступны для извлечения. Лишь благодаря их способности концентрироваться в определенных условиях становится возможной промышленная добыча руд этих металлов. Подобные места скопления металлических или других ценных руд называют рудными месторождениями. По происхождению различают магматогенные, осадочные и метаморфогенные месторождения. Магматогенные месторождения - это скопления минералов, возникающие в связи с процессами затвердевания магматического расплава. Кристаллизация первично гомогенной магмы и отделение от нее рудного вещества могут происходить постепенно, при различных температурах; поэтому различают три главные группы магматогенных рудных месторождений.

Собственно магматические (ликвационные) месторождения формируются на начальной стадии затвердевания. В интервале температур от 1200^oС до 550^oС вследствие магматической дифференциации выделяются руды, содержащие самородные металлы (железо, платину), оксиды (магнетит) и сульфиды (пирротин). Ликвационно-магматические месторождения известны в Печенге (Кольский п-ов, СНГ), в Норильске (Сибирь, СНГ), в Таберге и Кируне (Швеция), в Садбери (пров. Онтарио, Канада) и в Зимбабве.

Пегматитовые и пневматолитовые месторождения возникают при участии паров и растворов, содержащих легко летучие соединения металлов и образующихся в конце процесса затвердевания магмы при кристаллизации остаточного расплава в диапазоне температур от 500^oС до 370^oС. К ним принадлежат редкометальные (литиевые, бериллиевые, танталовые) и мусковитовые пегматиты, месторождения молибдена, вольфрама, олова, висмута, отчасти золота и меди.

Гидротермальные месторождения образуются при температурах ниже 374^oС (критическая температура воды при нормальном давлении) из испаряющихся и охлаждающихся водных растворов. К ним относятся месторождения свинца и цинка, золота и серебра, меди и кобальта, ртути, сурьмы и мышьяка. Такие месторождения бывают приурочены к трещинам и пустотам во вмещающих породах за пределами интрузивных массивов. Так, жильные сидеритовые руды Зигерланда (земля Северный Рейн-Вестфалия, Германия) имеют гидротермально-метасоматическое происхождение.

В процессе гидротермального минералообразования происходит частичное замещение (метасоматоз) относительно легко растворимых боковых пород, в частности карбонатных, - особенно известняков, реже доломитов; пористые породы пропитываются рудной минерализацией (импрегнация) с образованием вкрапленных руд. Метасоматическим путем возникло крупнейшее колчеданно-полиметаллическое (свинцово-цинковое) месторождение мира - Брокен-Хилл в Австралии. Месторождения вкрапленных руд, особенно медных, несмотря на низкие содержания металла, являются промышленными благодаря их крупным масштабам. За счет подводных вулканических эксгаляций (выделения вулканических паров и газов) образуются подводно-морские вулканогенно-осадочные месторождения, например месторождение красных железняков района Лан и Диль (земля Гессен, Германия).

Осадочные месторождения формируются при процессах выветривания горных пород, протекающих при участии воды или за счет химических преобразований, в особых климатических условиях. Область температур осадочного рудообразования - от точки замерзания воды до -50^oС. Рудные тела, выходящие на дневную поверхность, подвергаются выветриванию. Выше уровня грунтовых вод образуется зона окисления, сильно обогащенная железом и обедненная благородными металлами, которую горняки называют "железной шляпой". Руды "железной шляпы" имеют корродированную поверхность и темно-бурую до черной окраску. С них, как правило, и начиналась разработка месторождений.

Просачивающиеся воды, растворяя первичные рудные минералы в зоне окисления, переносят ионы металлов глубже, подчас достигая уровня грунтовых вод, где формируется так называемая зона цементации, обогащенная сульфидными рудами, особенно рудами меди и серебра.

В добыче благородных металлов (как и драгоценных камней) большую роль играют россыпи - скопления минералов в песчано-галечных отложениях. Под воздействием текучей воды и ветра самородные металлы благодаря устойчивости к выветриванию и высокой плотности накапливаются в россыпных месторождениях. По полезному минералу различают хромитовые, золотые, ильменитовые, магнетитовые и платиновые россыпи. Золотые россыпи на Рейне, на Дунае, по рекам Изар, Эдер и Зааль были выработаны уже в прошлом веке. Крупнейшие золотые месторождения Витватерсранда, близ Иоганнесбурга (ЮАР), представляют собой метаморфизованные россыпи (конгломераты), возникшие на ранних этапах геологической истории (в протерозое). В Австралии, Индии, Намибии, Бразилии и в США (шт. Флорида) имеются прибрежно-морские россыпи, образовавшиеся в результате деятельности прибоя и морских течений; россыпные месторождения обломочных руд района Пейне-Ильзеде (земля Нижняя Саксония, Германия) возникли в зоне прибоя мелового моря.

Бокситы, бобовые руды и коры выветривания, сложенные оксидами железа и марганца, то есть остаточные месторождения выветривания, возникли в специфических климатических условиях при процессах литеритного выветривания на континентах. Они образуют покровы или выполняют полости и "карманы" в карбонатных породах.

Оолитовые железные руды имеют морское происхождение. Железо, перенесенное с материка в растворенной форме, отлагается в виде гидроксидов концентрическими слоями вокруг ядер оолитов, образуя шарики от 0,5 мм в диаметре до величины горошины. Наиболее известные представители оолитовых руд - минетты Лотарингии и Люксембурга. Другие месторождения этого типа находятся в шт. Алабама (США) и на п-ове Ньюфаундленд (Канада). Оолитовые марганцевые руды добываются на Кавказе и на Украине (СНГ). Мансфельдские медистые сланцы (Гарц, Германия) также возникли в морских условиях путем осаждения солей тяжелых металлов. Существуют, наконец, железистые образования (например, болотные железные руды), возникающие при участии органических веществ и бактерий. В количественном отношении они не играют ведущей роли.

Метаморфогенные месторождения формируются путем преобразования (метаморфизма) магматических или осадочных рудных месторождений. При метаморфизме меняются как первоначальный минеральный состав (вследствие новообразований, растворения и собирательной перекристаллизации), так и структурно-текстурные особенности руд. Такое происхождение имеют месторождения меди Оутокумпу в восточной части Финляндии, скарновые руды Швеции, железорудные залежи на Украине (СНГ), итабиритовые железные руды Бразилии и таконитовые района озера Верхнее (США, Канада), отчасти также богатые серебром свинцово-цинковые месторождения Брокен-Хилл в Австралии.

Промышленная значимость рудного месторождения зависит от многих факторов, в том числе от вещественного состава руд, их общих запасов, удобства разработки, обогатимости, транспортных условий, размера необходимых капиталовложений и рыночной конъюнктуры или потребности в данном виде сырья. Ценность месторождений с течением времени меняется. Так, сегодня с появлением новых методов обогащения руд становится возможной частичная переработка старых отвалов.

Поиски и разведка месторождений проводились прежде путем изучения поверхности, проходки шурфов, штолен и бурения скважин. Современные методы позволяют более точно оконтурить рудное тело и тем самым дать ему более достоверную промышленную оценку.

В зависимости от способа образования, характера напластования и структурно-текстурных особенностей вмещающих пород рудные тела могут иметь самые разнообразные формы. Так, пластообразными называют рудные тела, первоначально имевшие горизонтальное залегание. Их происхождение обычно осадочное. Горообразовательные процессы часто нарушают и изменяют их залегание. Большое значение в горнодобывающей промышленности имеют также рудные жилы. Они представляют собой выполнения трещин (преимущественно тектонического происхождения) ликвационно-магматическими, пегматитовыми, пневматолитовыми и гидротермальными рудами или другими минеральными агрегатами. Соответственно жильное выполнение всегда моложе вмещающих пород. Трещины, заполненные жильным веществом, образуются под воздействием процессов растяжения в земной коре и потому имеют в основном крутое залегание; пологие жилы встречаются редко. Залежами преимущественно называют сильно вытянутые линзы переменной мощности, залегающие во вмещающих породах. Весьма часто рудные тела имеют неправильную форму.

В современных условиях важной задачей эксплуатации месторождении является комплексное использование их руд с извлечением всех содержащихся в них полезных компонентов (минералов и металлов). Это, однако, сопряжено со значительными трудностями. Из добытой сырой руды вначале путем обогащения получают рудные концентраты, которые затем могут служить сырьем для металлургической переработки.

В настоящее время в СНГ исключительно важное значение придается проблеме комплексного освоения месторождений и комплексного использования руд. Ставится задача возможно более полного извлечения из руд не только основных, но и попутных полезных компонентов - ценных элементов-примесей, особенно редкометаль-ных. С этой целью разрабатываются и совершенствуются методы обогащения руд и технологии химико-металлургического передела минерального сырья. Повышение полноты и комплексности использования руд на действующих горнообогатительных предприятиях в ряде случаев равноценно открытию и освоению новых месторождений.

В современных условиях, когда при эксплуатации месторождений полезных ископаемых из недр извлекаются огромные объемы горной массы, с особой серьезностью следует отнестись к проблеме утилизации породообразующих минералов и самих вмещающих пород, в том числе старых рудничных отвалов и хвостов обогащения. Нельзя не упомянуть и о проблеме рекультивации земель в пределах отводов горных предприятий после отработки месторождений. Эта проблема, имеющая серьезное экологическое значение, особенно остро встает в густонаселенных районах, таких как Донбасс.

Горные породы - классификация и общий механизм образования
Магматические породы - плутониты и жильные породы, образовавшиеся в результате прорыва магмы
Магматические породы - вулканические (эффузивные) породы, образовавшиеся в ходе извержения
Осадочные породы, образованные путем механических разрушений пород (продукт разрушения)
Осадочные породы, новообразованные породы, возникшие при участии химического выветривания
Метаморфические породы (метаморфиты) - гнейсы, сланцы, мраморы, известняки
Метеориты и руды, рудные минералы и добыча полезных ископаемых
Мировая добыча драгоценных камней и самоцветов, месторождения