Характеристика флюорита как нерудного полезного ископаемого

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Реферат по ресурсоведению на тему:

Характеристика флюорита как нерудного полезного ископаемого

Выполнил: Горбатов Е. С.,

группа ос-503

МОСКВА-2010

Флюорит (от лат. fluor – течение), плавиковый шпат, минерал класса фторидов, химического состава CaF₂.

Рис. 1 Друза флюорита

Кубическая сингония, кристаллы кубические, октаэдрические, кубооктаэдрические. Обычны двойники прорастания. Твёрдость 4. Излом раковистый, хрупкий. Плотность 3,2. Растворим в концентрированной соляной кислоте с выделением HF, разъедающей стекло

Рис 2. Формы кристаллов флюорита и двойник прорастания кубических кристаллов по плоскости (111).

Флюорит окрашен в различные цвета: желтый, голубой, фиолетовый, иногда фиолетово-черный; бесцветные кристаллы редки. Окраска флюорита связана с примесями редкоземельных элементов, бывает вызвана дефектами кристаллической структуры.

Чистые кристаллы флюорита обладают высокой прозрачностью в широком диапазоне: от вакуумного ультрафиолета до дальней инфракрасной области, ярко люминесцируют в катодных лучах и под действием ультрафиолетового излучения, обнаруживают свечение при нагревании (термолюминесценция). Собственно, термин «флюоресценция», предложенный Дж. Стоксом, происходит именно от названия этого минерала (а не наоборот, как иногда считают). От названия флюорита происходит также латинское название фтора.

Разновидности: антозонит (тёмно-фиолетовый), хлорофан (зелёный), ратовкит (землистая разновидность), иттрофлюорит — до 15-18 % кальция замещена иттрием

История использования

Камень использовался в древности для изготовления некрупных видов посуды, вазочек, шкатулок, а также в украшениях. Он часто ценился выше золота по своим уникальным качествам и красоте. В Древнем Риме вазы из флюорита называли "муриновыми", и их цена доходила до 100 000 динариев (1 динарий был эквивалентен 4,23 г золота).

В 1670 году художник из Норнберга Шванхард. заметил, что из флюоритового сосуда, содержащего серную кислоту H₂SO₄, выделяются пузырьки какого-то газа. Позднее немецкий химик Маргграф растворил этот газ HF в воде и получил кислоту, названную по имени минерала плавиковой. Французский физик и математик Анри-Мари Ампер (1775-1836) высказал мысль, что плавиковая кислота - это соединение водорода с неизвестным элементом. Предположение Ампера дало толчок поискам способов выделения фтора в виде простого вещества.

Саксонские горняки в старину называли флюорит эрцблюме — «рудный цветок», поскольку его присутствие часто указывало на соседство ценных горных пород.

Условия образования.

Условия образования плавикового шпата чрезвычайно разнообразны. Большинство промышленных флюоритовых руд входит в состав гидротермальных (эпитермальных), грейзеновых (апокарбонатно-грейзеновых) и карбонатитовых месторождений. Известны также месторождения в пегматитах и гидротермально-эксгаляционно-осадочные. Все флюоритовые руды, за исключением осадочных, эндогенные. Типична связь гидротермальных флюоритовых руд с континентальными вулканическими поясами и рифтами, а грейзеновых в основном с внутренними геоантиклиналями, срединными массивами, структурами ранней консолидации складчатых систем. Флюоритовые руды карбонатитовых, гидротермальных, гидротермально-осадочных месторождений связаны со специализированными на фтор и калий дифференциатами подкоровых магм, а грейзеновых и пегматитовых месторождений — с интрузиями лейкогранитов и субщелочных гранитов. Руды отлагались в широком диапазоне изменения температур, давлений и других физико-химических параметров фтороносных флюидов. Остаточные флюоритовые руды связаны с эндогенными месторождениями, испытавшими активную послерудную переработку в зоне гипергенеза.

В настоящее время основное промышленное значение имеют гидротермальные месторождения. Лишь для оптического флюорита основным природным источником являются пегматиты. Пегматитовые месторождения являются комплексными: помимо крупных кристаллов флюорита они содержат горный хрусталь, кварц для плавки, полевой шпат и др.; их характеристика приведена при описании месторождений пьезооптического сырья.

Подавляющая часть гидротермальных месторождений приурочена к разнообразным разрывным нарушениям в различных по составу и генезису породах; совокупность этих факторов предопределяет морфологию рудных тел, а также в некоторой степени минеральный состав руд.

В изверженных породах (гранитах, порфиритах и др.) преобладают простые жилы выполнения; в осадочных сланцевых толщах широко развиты жильные формы более сложной морфологии с раздувами, пережимами, апофизами и пр.; в карбонатных породах (главным образом в известняках) господствуют метасоматические пластовые, седловидные, штокообразные и другие сложной формы залежи.

Термобарометрические исследования газово-жидких включений во флюорите и его ассоциации с различными минералами позволяют с известной долей условности разделить гидротермальные месторождения флюорита на гипо-, мезо- и эпитермальные. Это разделение подкрепляется характером связи с интрузивами - как возможными источниками рудообразующих гидротермальных растворов.

Гипотермальные месторождения локализованы в контакте с интрузивом обычно кислого состава; кровля гранитов грейзенизирована, а вмещающие их карбонатные породы скарнированы. Среди минералов присутствуют бесцветные слюды, турмалин, касситерит, топаз, криолит. Кристаллизация флюорита начиналась при температурах 500-300 ºС в обстановке больших глубин.

Мезотермальные месторождения залегают на большем расстоянии от кровли интрузивов. В числе минералов руд кварц, барит, кальцит, обычны сульфиды цветных металлов, иногда появляются минералы редких земель и урана. Вмещающие породы обычно серицитизированы, окремнены или пиритизированы. Начало кристаллизации флюорита фиксируется при температурах 300-200 ºС в условиях умеренных глубин.

Связь эпитермальных месторождений с магматическими образованиями гипотетична. Флюорит в рудах этих малоглубинных месторождений ассоциирует с опалом, халцедоном, каолинитом, пиритом и марказитом; появляются сульфиды ртути и сурьмы. Чрезвычайно характерны текстуры выполнения: брекчиевые, полосчатые и концентрические, кокардовые, а также пустоты в центральных частях рудных тел, инкрустированные по стенкам кристалликами флюорита, марказита и других минералов.

Среди зарубежных и российских геологов в качестве важнейших геолого-промышленных типов флюоритовых месторождений принято выделять:

1) неправильные, сложной формы тела дифференцированных камерных пегматитов в апикальных частях гранитных плутонов как господствующий источник кристаллов оптического флюорита;

2) гидротермальные жилы, секущие зоны дробления и трубообразные тела в терригенно-осадочных, изверженных и редко в карбонатных породах;

3) Гидротермальные залежи преимущественно в карбонатных породах.

Месторождения.

Гидротермальные жильные месторождения являются одним из главных промышленных источников плавикового шпата. Их отличает высокое (до 90%) содержание CaF₂ в рудах, простой минеральный состав (флюорит и кварц, реже карбонаты, барит и сульфиды). Типичными представителями этого типа в нашей стране являются многочисленные месторождения Забайкалья (Солонечное, Усуглинское, Абагатуйское, Березовское, Наранское, Калангуйское, Таменгское и др.), а также селлаит-флюоритовое Суранское в нижнерифейских толщах Башкирского мегантиклинория. За рубежом к нему принадлежат месторождения провинций Хубэй, Чжэцзян, Шаньдун и Внутренней Монголии в Китае, большинство месторождений Восточной Монголии (Бороундар, Адаг, Дзун-Цаган_Дель, Хара-Айраг, Хубо-Булак, Ямаатское и Хонгорское рудные поля и др.), месторождения района Минас-де-Навидад в Мексике, Центрального Французского массива (Россиньоль и др., Франция), Пеннинских гор (рудное поле Дарбишир, Англия), Испании (Озор), Италии (Торгола), Южного Иллинойса (Розиклер-Гудхоуп, США), Марокко (Эли-Хаммаи) и многие другие.

Флюорит забайкальских месторождений уникален. Особенно красивы флюориты Калангуйского (полосчатый голубовато-синий, густо-фиолетовый, переслаивающийся с пиритом) и Абагайтуйского (различной интенсивности зеленый и светлый до снежно-белого, желтый, а также радужный) месторождений.

Гидротермальные залежи обычно имеют пластовую, линзовидную, пластообразную, седловидную и другие формы, залегая согласно с вмещающими стратифицированными толщами пород. В настоящее время эти месторождения являются ведущими как по запасам, так и по добыче плавикошпатового сырья, несмотря на заметно меньшие (15-70%) содержания CaF₂ в своих рудах. В минеральном составе возрастает роль барита. Для них свойственно наличие перекрывающих залежи литологических экранов в сочетании с благоприятными складчатыми и разрывными структурами. К рассматриваемому типу относятся Даринское и Степное в Забайкалье, Амдерминское в Пайхое (Россия), Таскайнарские месторождения в Южном Казахстане, Аурахматское в Средней Азии, Покровско-Киреевское на Украине, многочисленные месторождения района Де-Ан в китайской провинции Цзянси, районов Сарагоса, Рио-Верде и Пико-де-Этерио в Мексике с их высококачественными рудами (80-85% CaF₂, по 5-10% кальцита и кварца или халцедона, незначительные количества барита и сульфидов), штатов Иллинойс, Кентукки и Техас в США, района Морван во Франции, юга и северо-востока ЮАР (Звартклуф и др.) и других стран.

Месторождение Пьянчиано в Италии - уникальный объект песчано-глинисто-флюоритовых руд (15,3 млн т руды с содержанием тонкозернистого флюорита 35-44%) в слабо литифицированных озерных пирокластических отложениях вулкана Сабатини.

Грейзеновые месторождения флюоритовых руд представляют собой крупные промышленные источники флюорита (плавикового шпата). Руды мусковит (турмалин)- и мусковит-топаз- флюоритовые с карбонатами. Они в виде залежей неправильной формы, трубообразных тел и прожилковых зон локализуются в надапикальной части или в экзоконтакте интрузий субщелочных и лейкократовых гранитов нередко литий-фтористого геохимического типа, замещая карбонатные породы и скарны. Крупные рудные поля характеризуются переходами от слюдисто-флюоритовой к полиметаллической и другой минерализации. В бывшем CCCP — Вознесенское месторождение (Приморье), Солнечное (Казахстан), Шабрезское (Средняя Азия), за рубежом — Лост-Ривер и Кемп-Крик (США).

Карбонатитовые месторождения флюоритовых руд повсеместно ассоциируют с вулкано-плутоническими массивами щелочных ультраосновных, щёлочно-основных и средних щелочных пород. Карбонатиты образуют в этих массивах штоки, кольцевые дайки, трубки, линейные тела. Нередко флюоритоносные карбонатиты сопровождаются гидротермальными жилами, удалёнными от массивов магматических пород на расстояние до 10-18 км. На месторождениях иногда насчитываются десятки рудных тел длиной по простиранию более 1 км, по падению до 300 м при мощности 50-90 м. Оруденение редкоземельное и плавиково-шпатовое. Содержание флюорита в рудах невысокое, но этот тип оруденения весьма перспективен (месторождения Большетагнинское в CCCP, Амба-Донгар в Индии, Окорузу в Намибии, Маумтеч-Пасс, Айрон-Хилл в США, Альнё в Швеции, Мату-Прету в Бразилии и др.).

Пегматитовые месторождения флюоритовых руд, как правило, мелкие и представляют промышленный интерес только с целью извлечения кристаллов природного оптического флюорита. Пегматитовые тела полнодифференцированные, близкие к изометрическим, реже дайко-, трубообразной или неправильной формам. Они размещаются в материнских интрузиях или во вмещающих породах. Флюорит встречается в виде друз, отдельных кристаллов. Обычно с ним ассоциируют горный хрусталь, морион и другие минералы. В США известны небольшие месторождения Сноубёрд, Кристалл-Маунтинс, содержащие почти мономинеральный кристаллический флюорит.

Осадочные месторождения флюоритовых руд коры выветривания сложены различным по размерам плащеобразными развалами "флюоритового гравия". Среди руд различают обломочные и остаточные, которые, в свою очередь, относятся к элювиально-делювиальным или к делювиально-пролювиальным. В процессе выветривания происходит обогащение руд флюоритом. Поэтому продуктивные остаточные залежи могут образовываться над непромышленными коренными источниками. Коры выветривания развиты на Солнечном и Покрово-Киреевском месторождениях в CCCP, на месторождениях рудного района Иллинойс-Кентукки в США и др. Известны гидротермально-осадочные месторождения флюоритовых руд в Италии и Китае.

Промышленное использование

Флюорит — исключительно ценный материал, используемый в ряде отраслей промышленности (оптическая, химическая, металлургическая и др.). Кроме того, это удивительно красивый минерал: вспомним, что древние рудокопы его называли «рудным цветком». Флюорит дублировал различные драгоценные камни: топаз, рубин, сапфир, аметист и др. Из него изготавливали вазы и другие камнерезные изделия, в основном на это шли голубые и пурпурные полосчатые разновидности из Дербишира (Англия), названные «Блу Джон». Эти изделия украшают многие минералогические музеи мира. Несмотря на сравнительную мягкость и совершенную спайность, в настоящее время спрос на декоративно-поделочный флюорит возрос. Он применяется в качестве поделочного материала при художественном оформлении интерьеров помещений, а также в виде вставок, в том числе ограненных, в ювелирных изделиях, исключающих постоянное трение — кулонах, серьгах. Мономинералы, друзы, полированные пластины флюорита используются как коллекционный материал.

Более половины всего флюорита расходуется в химической промышленности для производства плавиковой кислоты (HF), из которой получают фторированные органические и неорганические вещества, а также искусственный криолит для нужд алюминиевой промышленности. Химический флюорит используется для получения плавиковой кислоты (HF) путем его реакции с серной кислотой: CaF₂ + H₂SO₄ → 2HF + CaSO₄

Плавиковая кислота является исходным сырьем в химической промышленности для получения самых различных органических и неорганических фторсодержащих химических соединений (фторуглеродов, фторполимеров и др.), элементарного фтора, синтетического криолита (Na₃AlF₆), которые, в свою очередь, широко используются для изготовления высокооктанового топлива, всевозможных растворителей, аэрозольных препаратов, хладореагентов, полимерных материалов, в ядерной технике. Синтетический криолит является незаменимым расплавным электролитом, используемым для растворения глинозема с последующим электролитическим извлечением из раствора металлического алюминия. Плавиковая кислота используется также для травления стекла.

Второй крупнейший потребитель флюорита – черная металлургия, где он используется как флюс в плавильных печах. Металлургический флюорит необходим как флюсовая добавка при производстве чугуна и стали; его присутствие в шихте не только понижает температуру плавления, но и разжижает шлаки, облегчая их отделение от расплавленного металла. Для производства 1 т мартеновской стали требуется 1,6 кг плавика, электростали - 4 кг, кислородно-конверторной стали - 6 кг.

В керамической промышленности флюорит используется при варке белых или окрашенных кварцевых стекол (ускоряется процесс варки), плавке цинка, в производстве стеклянного волокна, для получения эмалей как покрытий металлов, армирования стержней для электродуговой сварки (повышается прочность и качество сварочного шва), получения металлического магния, его соединений, элементарного кальция и для других целей.

Прозрачные бесцветные разновидности кристаллов флюорита применяются в оптике. Из оптического флюорита изготовляют всевозможные линзы, призмы, окна в микроскопах, спектрографах и др. оптико-спектральных приборах; он используется для изготовления светоделительных и светопреломляющих оптических элементов, в акустических устройствах для переработки радиосигналов и т.п. Бездефектные и бесцветные кристаллы оптического флюорита в поперечнике должны превышать 10 мм, а получаемые из них моноблоки должны иметь размеры 6x6x5 мм, либо 10x10x3 мм. Пластинки оптического флюорита должны пропускать в ультрафиолетовой области не менее 80% света. Поскольку природные кристаллы оптического флюорита исключительно редки, в ряде стран налажено выращивание их синтетических аналогов путем плавки природного крупнокристаллического флюорита. К последнему предъявляются очень жесткие требования: содержание CaF₂ - не менее 97-99%, отсутствие видимых включений минералов и горных пород, пленок гидроксидов железа.

В фотографии флюорит позволяет преодолеть теоретический предел, налагаемый оптическим стеклом, и добиться практически идеальной коррекции хроматических аберраций. Флюорит обладает исключительными характеристиками, недостижимыми для оптического стекла - низким коэффициентом преломления и низкой дисперсией. Более того, дисперсионные характеристики флюорита почти совпадают с характеристиками оптического стекла при длинах волн в диапазоне от красного до зеленого света, но существенно отличаются для длин волн в диапазоне от зеленого до синего (такая характеристика называется необыкновенной парциальной дисперсией). Использование этих особых свойств позволяет значительно повысить качество изображения. Оптический флюорит в годы Второй мировой войны был стратегическим сырьем, необходимым для изготовления приборов ночного видения.

Кристаллы флюорита с примесями редкоземельных элементов, а также с железом могут быть применены в квантовых генераторах света.

Мировые запасы и добыча.

Ежегодно в мире получают около 4,5 млн т концентрата плавикового шпата (на 2004 г). Ведущая страна по его производству - Китай (свыше 2,5 млн т). Следом идут Мексика (почти 0,6 млн т), Марокко и Монголия, а также Италия, Испания, Россия, Франция и Бразилия. Суммарное производство концентрата в этих десяти странах составляет более 92% от мирового. Остальная часть приходится на Великобританию, Германию, Кению, Намибию и другие страны.

По общим запасам собственно флюоритовых руд Россия занимает четвертое место в мире (после Мексики, ЮАР и Китая), а по подтвержденным – третье (после ЮАР и Китая). Между тем, потребности нашей страны в плавиковом шпате за счет собственных сырьевых источников удовлетворяются далеко не полностью. Особо напряженное положение на протяжении многих лет сохраняется по «кусковому» металлургических сортов, дефицит которого составляет 72-75% от необходимого количества. Наряду с этим, Россия еще уступает развитым зарубежным странам по качеству плавиковошпатового сырья, что снижает конкурентоспособность его на внутреннем рынке.

Несмотря на наличие в начале прошлого века сведений о флюоритовых месторождениях России, их планомерное изучение началось в двадцатые годы. У истоков формирования плавиковошпатовой подотрасли стоял ВИМС (Всесоюзный институт минерального сырья).

Содержание CaF₂ в промышленных рудах колеблется в очень широком диапазоне: среди них различают богатые (более 50%), средние (35-50%) и рядовые (до 35%); начинается освоение низкосортных руд с концентрацией CaF₂ 15-30%. В большинстве случаев плавикошпатовые руды обогащаются путем ручной либо автоматизированной разборки (ФК - флюоритовый концентрат кусковый), а также получением флотационного (ФФ) или гравитационного (ФГ) концентратов и их доводкой магнитными, электрическими и другими способами. Обогатимость определяется главным образом минеральным составом руд. По этому признаку выделяют флюоритовые мономинеральные, кварц-флюоритовые, сульфидно-флюоритовые, кальцит-флюоритовые, барит-флюоритовые и барит-кальцит-флюоритовые руды. Последние три типа труднообогатимы.

Источники

1. Бетехтин А. Г. Курс минералогии. Изд-во Госгеолтехиздат, М.,1956;

2. Геология и генезис флюоритовых месторождений / Под ред. А.Д.Щеглова. Владивосток, 1986. 180 с.;

3. Самсонов Я.П., Савельев А.К. Геология месторождений фторсодержащего сырья. М., 1980. 216 с.;

4. gefun.web.ru, Н.И.Ерёмин. Неметаллические полезные ископаемые.Изд-во Московского Университета, М., 2004.