Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералогические предпосылки и методы облагораживания чароита

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Минералогические предпосылки и методы облагораживания чароита"

р г б ОД

> "1 1,1-л и«.'"

/-/а правах рукописи

И ВИЧ ЕВА СВЕТЛАНА НИКОЛАЕВНА

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И МЕТОДЫ ОБЛАГОРАЖИВАНИЯ ЧАРОИТА

04.00.20 — минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1998

Работа выполнена в отделе экспериментальной минералогии Всероссийского ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института синтеза минерального сырья (ВНИИСИМС)

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Л. К. Яхонтова

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор В. С. Балицкий; доктор геолого-минералогических наук, профессор Г. А. Сидоренко

Ведущая организация: Московская государственная горная академия

Защита диссертации состоится 1998 г. ВЯ чаС-

ертации состоится " 1998 г. в ь ^ час. в

аудитории ¿¡¿/на заседании Диссертационного совета К.053.05.09 по минералогии и кристаллографии Геологического факультета Московского Государственного Университета им. М. В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, Геологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова

Автореферат разослан " 1998 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета (,■ р

кандидат геолого-минералогических наук Н. А. Ямнова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка методов повышения качества камне-самоцветного сырья приобретает особую актуальность, так как позволяет увеличить объемы использования в камнерезном деле несортового материала, что в конечном итоге дает возможность повысить эффективность эксплуатируемых месторождений поделочных и ювелирных камней.

С момента открытия чароита и начала промышленного освоения месторождения "Сиреневый камень" этот редчайший минерал в течение многих лет использовался как рядовое поделочное сырье. И только в настоящее время неповторимая красота и уникальность чароита получили достойную оценку. Так как "Сиреневый камень" не имеет аналогов, запасы чароита не являются беспредельными. К тому же сортовое чароитовое сырье на месторождении, по данным балансового подсчета запасов на 1.01.1997 г., составляет порядка 30% чароита-сырца, сложенного большей частью поделочными разностями II сорта.

Предполагаемое облагораживание некондиционного и низкосортного чароитига может существенно расширить возможности его использования в ювелирно-поделочном производстве.

Цель и задачи работы. Исследования в области облагораживания камнесамоцветного сырья невозможны без всестороннего минералого-гепегического изучения и последующей типизации природных разностей камня. Поэтому возможность улучшения декоративных качеств чарои-тита изучалась на основе анализа его минерального состава, стадийности метасоматического минералообразования с выявлением морфологического разнообразия чароитсодержащих пород, определения геммологических критериев качества и выделения кондиционных разностей.

Фактический материал и методика исследований. Работа проведена на представительном каменном материале, отобранном на месторождении "Сиреневый камень" сотрудниками ВНИИСИМС в 1986—1991 гг, на основе богатейшей литотеки, аналоги которой переданы в крупные минералогические музеи, а также на образцах 1995—1996 гг, любезно предоставленных российско-шведским предприятием "Red stone" и геммологическим центром Комдрагмега республики Саха. Всего было исследовано более 500 образцов.

Помимо традиционных минералого-петрографических и химических методов исследования чароитового материала, был опробован и разработан ряд специальных методик облагораживания несортового камня.

Научная новизна работы

1. В холе минералогических исследований была уточнена последовательность чароитообразования, объясняющая многообразие чароитового сырья.

2. Установлена зависимость технолог ических и декоративных свойств чароитита от его минерального состава и структурно-текстурных особенностей.

3. Впервые поставлена проблема облагораживания некондиционного чароитита и показаны пути ее решения, исходя из геммологических критериев качества камня, его парагенетических и морфологических особенностей, цветовых характеристик и механических (физических) свойств.

Практическая значимость работы

1. Изучена эффективная пористость морфогенетических типов чароитита и ее зависимость от структурно-текстурных характеристик.

2. Разработана методика улучшения цветовых параметров несортового камня.

3. Предложены методы упрочнения хрупкого, пористого сырья путем использования неорганических клеев на основе жидких стекол и золей кремневой кислоты.

4. Установлена возможность облагораживания несортового чароитита 16 основных промышленных участков месторождения.

5. Выделены перспективные для облагораживания участки с целью корректировки запасов месторождения.

Защищаемые положения

1. Минеральный состав, разнообразие морфологических разностей и физических свойств чароитита определяют его декоративные и технологические качества.

2. С учетом высокого содержания на месторождении некондиционного по колориметрическим показателям чароита разработан способ улучшения его декоративных (цветовых) параметров.

3. Распространение на месторождении чароитита с низкими технологическими показателями обусловливает необходимость его упрочнения.

4. Применение разработанных методик облагораживания позволяет значительно увеличить выход сортового камня и внести поправки в эффективность эксплуатации месторождения.

Апробация работы. Основные положения диссертации отражены в 11 печатных и 4 фондовых работах. В работе использованы методы и приемы, оформленные в 2 авторских свидетельствах. В 1997 г. по результатам проделанных исследований получен патент.

Материалы диссертации обсуждались на XIII Российском совещании по экспериментальной минералогии (Черноголовка, 1995), II Международной конференции "Реальная структура и свойства ацентричных кристаллов" (Александров, 1995), па годичном собрании Минералогического общества при РАН "Минералогия камнесамоцветного и поделочного сырья" (Санкт-Петербург, 1996), на научной конференции "Проблемы геологии Сибири" (Томск, 1996), на III Международной конференции "Кристаллы: рост, свойства, реальная структура, применение" (Александров, 1997).

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 6 глав и заключения. Общий объем 153 страницы, включая 105 страниц машинописного текста, 22 таблицы, 23 рисунка и список литературы из 155 библиографических наименований.

В первой главе дается краткое геологическое описание месторождения "Сиреневый камень". Вторая глава посвящена минералогии чароита. В третьей главе рассмотрен минеральный состав чароитовых пород. В четвертой описана генетическая характеристика чароитовой минерализации, определена стадийность формирования главных минеральных парагенезисов. Пятая глава посвящена описанию структурно-текстурных типов чароитита и их распространенности на месторождении. Методы и результаты облагораживания чароитита приведены в шестой главе.

Благодарности. Работа выполнена под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Л. К. Яхонтовой, которой автор глубоко благодарен. Постоянный интерес Лии Константиновны к результатам работы, ее ценнейшие советы и чуткое отношение к диссертанту трудно переоценить.

Автор выражает искреннюю признательность также широкому кругу специалистов, проявившим участие и помощь в работе — к. г.-м. н. А. А. Марьину, к. г.-м. н. Т. В. Соболевой, ведущему научному сотруднику геологического отдела А. А. Смирнову, к. ф.-м. н. Г. В. Се-менкович, аналитику В. Н. Овинниковой, инженерам О. Е. Фоминой, Ю. А. Попову, Л. Н. Субботиной. Автор благодарен также за советы и консультации к. г.-м. н. Л. В. Никольской, к. г.-м. н. Е. М. Сучковой,

В. М. Дубовской, к. г.-м. п. И. В. Коваленко, к. т. и. С. Ю. Степанову, к. т. п. Т. А. Степановой, к. г.-м. н. JI. А. Самойлович.

Отдельное спасибо за интерес к работе и представленные образцы генеральному менеджеру Российско-шведского совместного предприятия "Red stone" Р. Кахорову и начальнику отдела экспертизы, сертификации и реализации самоцветов геммологического центра Комдраг-мета при правительстве республики Саха (Якутия) С. А. Булатову.

Большое спасибо за помощь в оформлении работы О. В. Ивичеву, И. А. Жукову, сотрудникам ООО "Прагма" и инженеру ВНИИСИМС В. И. Золотову.

Диссертант выражает признательность руководству ВНИИСИМС, отделу экспериментальной минералогии и геологическому отделу, а также кафедре минералогии МГУ за создание благоприятных условий для выполнения работы.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объекта исследования выбрано уникальное чароитовое сырье месторождения "Сиреневый камень", открытого чуть более 20 лет назад и до сих пор не имеющего аналогов.

Месторождение "Сиреневый камень" расположено в бассейне р. Чара в пределах двух административных регионов — Олекминского района республики Саха и Бодайбинского района Иркутской области.

Площадь находок чароитовых пород составляет около 10 км2, но известны только единичные небольшие коренные обнажения. Остальные находки — это элювиально-делювиальные валуны и глыбы размером до 10 м3, слагающие более 20 условно выделенных небольших участков (рис. 1). Для коренных залежей месторождения характерны линзовидные и веретенообразные тела длиной до десятков метров, а также многочисленные прожилки и вкрапленники. Глубина оруденения достигает около 80 м (рис. 2).

Месторождение чароита связывается с западной частью Маломурун-ского массива, который относится к типу ультракалиевых, известных в Алданской щелочной провинции и локализованных в зоне пересечения двух систем региональных долгоживущих разломов. Маломурунский массив прорывает проды архейского фундамента, представленного гра-нитогнейсами и амфиболитами борсалинской серии, и образует в перекрывающих его верхнепротерозойских осадочных породах лополитооб-разное тело размером около 30 км2. Северная часть массива контактирует с известняками и доломитами торгинской свиты, южная — с

Рис. 1. Схематическая карта месторождения "Сиреневый камень" (составлена Т. В. Соболевой, 1996). Масштаб 1:30 000.

кварцитовидными песчаниками и карбонатными отложениями сеньской свиты и алевролитами кумахуланской свиты протерозоя. Чароитовое месторождение приурочено к ореолу щелочных метасоматитов, развитых в экзоконтактных зонах Маломурунскот массива, а в пределах этого поля — к полосе фенитов. Значительная часть участков проявления чароититов связана с зонами неоднократного брекчирования фенитов.

Чароититы являются полиминеральными образованиями крайне изменчивого состава. В них отмечается более 60 минералов, среди которых девять новых минеральных видов (чароит, тинаксит, таусонит, мурун-скит, токкоит, даванит, олекмипскит, одинцовит, франкаменит), а также большое количество редких минералов, в том числе вторых и третьих находок в мире.

Минералы чароититов представляют различные классы — простые вещества, сульфиды, галогениды и разнообразные кислородные соеди-

Условные обозначения: Четвертичная система.

I Рыхлые отложения, нерасчлененные. Глыбы, валуны, ще-' ' бень, галечники, пески, суглинки.

Поздний протерозой.

Торгинская свита. Известняки, известковые доломиты с прослоями мергелей, алевролитов, кварцевых песчаников.

Сеньская свита. Песчаники кварцитовидные с прослоями фавелитов и конгломератов.

Кумакулахская свита. Песчаники полимиктовые, алевро-песчаники, алевролиты, аргиллиты с прослоями мергелей, доломиты.

Алданский щелочной комплекс нижнемелового возраста (сиениты, сиенит-порфиры).

Ханинский комплекс позднего архея (фанито-гнейсы).

тш

ш.

С?

Фениты (апопесчаииковые и апогнейсовые) и апощелоч-ные метасоматиты.

Тектонические нарушения (разломы).

Участки проявления чароитовой минерализации

Перспективные участки чароитовой минерализации для облагораживания.

М СКВ. 709Л СКВ. 648 скв. 644 скв. 638 скв. 612 скв. 621 скв. 631 скв. 634

I .. ■. ._I

ю -

-20 -

-30 -

-40 -

-50 -

-60 -

-70-

/ ; ? а1 Четвертичные рыхлые Р ^

• ' ' I отложения I ^ -

Сиениты и

алощелочные метасоматиты

Пластовые тела сиенит-порфиров Дайки щелочных лампорфиров

Чароититы

Вкрапленная чаронтовая минерализация

Рис. 2. Геологический разрез чароитоиосной зоны участка Якутский месторождения "Сиреневый камень" (поданным А. А. Смирнова, 1996).

нения, среди которых наиболее распространены силикаты. Минералогии Мурунского массива посвящена недавняя монография [Конев и др., 1996].

В диссертации основное внимание уделяется минералого-генетичес-кому изучению чароита и главных его минералов-спутников, характеризующих декоративные и технологические показатели чароитового сырья и возможности облагораживания его некондиционных разностей.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ II ИХ ОБОСНОВАНИЕ

1. Минеральный состав, разнообразие морфологических разностей и физических свойств чароитита определяют его декоративные и технологические качества.

Главный минерал чароититов — чароит, содержание которого в породе варьирует в широких пределах от 30 до 100 %.

Основные данные о чароите, его физических, химических и кристал-лохимических особенностях приведены в работах первооткрывателей минерала [Рогова, 1978] и многочисленных публикациях. Однако до сих пор остается нерешенным вопрос о структуре минерала. Исходя из данных химических анализов и описания физических свойств, отнести чароит к какой-либо известной структурной группе силикатов оказывается затруднительным. Попытки однозначно определить параметры элементарной ячейки и пространственную группу чароита с использованием монокристальных методов не приносят успеха, так как не удается выделить монокристалл этого минерала и измерить его поперечное сечение.

Исходя из химизма чароита, внешнего сходства и близости физических и химических свойств, чароит сравнивался ' с франкаменитом Кз№зСа5[5п20зо]Рз(ОН)-Н20, называвшимся ранее триклинным кана-ситом [Рогова, 1987; Владыкин, 1983; Никишова, 1985 и др.], ти-накситом К2МаСа2ТЦ517019](0Н,Р) [Владыкин, 1983], мизеритом КСа5П [81207][81б015](0Н,Р) [Никишова, 1985] и рассчитывался на их кремнекислородные мотивы. Однако проведенный анализ химических составов этих минералов показал, что чароит не может быть отождествлен ни с одним из указанных щелочно-кальциевых силикатов, так как существенно отличается по содержанию главных компонентов и по их соотношению. Простой пересчет 25 надежных химических анализов чароита привел к общей формуле минерала К200.4 Ыа20-4Са0-Ю8Ю2-Р-4Н20, которая в полной мере отвечает кристаллохимической формуле К2№Са4[5ио025]Р-4ЩО. Последняя наиболее близка к формуле (К, №)з(Са, Ва, Мп)4[5и0О25](ОН,Р)-4Н2О, предложенной К. А. Лазебник еще в 1977 г.

Морфологически чароит представлен тончайшими игольчатыми и волокнистыми индивидами, чаще образующими параллельно-волокнистые, спутанно-волокнистые, розетковидпые агрегаты. Встречаются также скрытокристаллические, плойчатые и другие образования. Окраска чароита весьма изменчива. Наиболее типичным является сиреневый цвет разных оттенков до густого фиолетового. Реже минерал имеет коричневую окраску.

В соответствии с практикой использования чароитита в ювелирно-поделочном производстве к сортовым камням относятся породы с содержанием минеральных примесей до 70% [ТУ 41-07-052-90]. Качество минеральных примесей также влияет на сортность чароитита.

Содержания тех или иных сопутствующих чароиту минералов испытывает значительные вариации, изменяясь от долей процента (акцессорные примеси) до нескольких десятков процентов. По мере распространенности в чароититах минеральные примеси можно расположить в следующий ряд: микроклин, кварц, эгирин, тинаксит, пектолит, кальцит, рихтерит-арфведсонит, франкаменит, федорит, токкоит, мизерит. Из акцессорных минералов особого внимания заслуживает стисиит, обладающий повышенной у-активностыо, исключающий чароит из камнерезного производства.

Повышенное содержание примесных минералов в чароитите вызывает снижение цветового восприятия чароита, обладающего в мономинеральном виде высокодекоративными показателями. Сущетвенное влияние на окраску камня оказывает цвет сопутствующих минералов. Так, примеси тинаксита обеспечивают медовые, токкоита — желтые, титанита — коричневые, эгирина — черные, рихтерит-арфведсонита — зелено-черные, пектолита и микроклина — зеленоватые, кальцита — белесые окраски. При этом при одних и тех же содержаниях минералов в чароитовой породе лейкократовые примеси имеют более высокие декоративные показатели.

Технологические (прочностные) показатели чароитита также зависят от минерального состава, влияние которого определяется размерами, количеством сопутствующих минералов и их физическими свойствами. Происходит снижение прочности камня при увеличении размеров и количества минеральных примесей с хорошей спайностью или хрупких, таких как федорит, эгирин, тинаксит, кальцит.

На основании минералогического изучения чароитита и изготовления из него опытных вставок и пластин определены граничные параметры количества и размеров выделений основных минералов-спутников ча-

роита для сертификации сырья. Выделены три группы минеральных примесей: в первой (высокосортной) группе- суммарное содержание примесей менее 10 об. %. допускается наличие кварца, микроклина (в зернах до 2—3 мм), радиалыю-лучистых сростков тинаксита (до 5 мм), редкая мелкая вкрапленность призмочек эгирина и рихтерит-арфведсо-нита (не более 2 мм).

Для второй группы количество примесей не превышает 40 об. %. Они включают зерна кварца и микроклина (не более 5 мм), кристаллы тинаксита, эгирина, пектолита, рихтерит-арфведсонита (не более 2 см), мелкую вкрапленность сульфидов. Эта группа соответствует сырью среднего качества.

Содержание минеральных примесей в третьей группе — не более 70 об. %. Оно представлено зернами кварца и микроклина (более 5 мм), скоплениями тонкоигольчатых индивидов, призматических и радиаль-но-лучистых выделений эгирина, тинаксита, мизерита, франкаменита, сульфидов (размером до 2 см). Группа характеризует сырье низкого качества.

Качество чароитита, как камнесамоцветного сырья, зависит от морфологических особенностей чароита и его минералов-спутников. Из многообразия предлагаемых в разные годы классификаций агрегатов чароита [ОСТ 41-117-76, Лазебпик, 1977; Владыкин, 1983; Борисов, 1985; Акимов, 1996 и др.] наиболее обоснованной и полной представляется морфогенетическая типизация М. Д. Евдокимова (1985), выделяющая последовательное образование скрытокристаллических, парал-лелыю-волокнистых, волокнисто-облегающих спутанно-волокнистых, розетковидных радиалыю-лучистых, чешуйчато-волокнистых, плойча-то-волокнистых, сланцеватых и асбестовидных агрегатов чароита. Описанные черты морфологии, внутреннего сложения и механизмы роста (онтогенез) агрегатов чароита, представленные автором, убедительно доказывают гидротермально-метасоматическое образование чароита и чароитовых пород, поддерживаемое и другими исследователями месторождения (Булах, Лазебник, Рогова, Смирнов и др.), хотя существует и магматическая точка зрения на их образование (Воробьев, Владыкин, Алексеев).

Сложные процессы гидротермальпо-метасоматического формирования чароитовых пород влияют не только на морфологическое многообразие самого чароита, но и сопутствующих минералов и характер их взаимоотношения.

Процесс изменения фенитов и цемента брекчий, к которым приурочены чароититы, включает прогрессивный и регрессивный этапы и ряд стадий процесса. Формирование чароитовых минеральных парагенези-сов происходило на его регрессивной ветви, в условиях постепенно снижающихся температур, изменения щелочности среды и активности химических компонентов. Последовательность смены минеральных парагенезисов чароитовой минерализации, предложенная ранее [Борисов, 1985], была существенно уточнена в настоящей работе при использовании типоморфных признаков чароита и главных сопутствующих минералов (табл. 1). В результате были выделены дочароитовая, синча-роитовая и постчароитовая стадии процесса, характеризующиеся отложением минералов исходных вмещающих пород (реликтовых), сингене-тичных чароиту минералов и постчароитовых. Учитывая многообразие чароитовых морфологических разностей, были выделены три минеральных парагенезиса собственно чароитовой стадии:

1) первый эгирин-микроклиновый с образованием массивного, шес-товатого и волокнисто-облегающего чароита, призматического эгирина, образующего иногда футляровидные кристаллы, и отдельных кристаллов тинаксита;

2) второй эгирин-микроклиновый с выделением преимущественно различных волокнистых разностей чароита, игольчатого эгирина, фран-каменита, тонкоигольчатого тинаксита, федорита и мизерита (редких силикатов щелочей и щелочно-земельных элементов) и

3) эгирин-карбонатный с преобладанием радиально-лучистого, плой-чатого и асбестовидного чароита, радиально-лучистого эгирина и тинаксита, токкоита, апофиллита и сульфидов.

Таким образом, многостадийный процесс гидротермально-метасома-тического формирования чароитовых пород находит свое отражение в их сложном минеральном составе, характере взаимоотношения минералов и морфологическом многообразии чароитовых пород, для представления которых наиболее удобна классификация структурно-текстурных типов чароитита, предложенная А. А. Смирновым и Е. В. Бухтияровой (1986), выделяющая массивный, волокнистый, параллельно-шестоватый, розетковидный, плойчатый, паркетовидный и очковый типы, которые допускают наличие и промежуточных разностей со смешанными рисунками породы и сложенных разными морфологическими агрегатами чароита и сопутствующих минералов.

С развитием метасоматического процесса прослеживается укрупнение агрегатов чароита и изменение их качества от скрытокристалличес-

Последовательность парагенезисов чароитовой минерализации

Таблица 1

Минералы

Прогрессивный

Регрессивный

Дочароитова.

Синчароитовая

I парагенезис II парагенезис III парагенезис

. Постчароитовая

Рихтерит

Кальцит

Полевые шпаты

Эгирин

Кварц

Пирротин

Эвдиалит

Волластоннт

Бенстонит

Арфвсдсонит

Пект оли г

ЧАРОИТ

Франкаменит

Тинаксит

Токкоит

Мизерит

Федорит

Сульфиды

Сам металлы

Апофиллит

Стисиит

единичные и.тичцяп^ чеши

Т-режим

> 400"С

• 400'С

- ЗОО'С

< 25 0"С

ких до крупноволокнистых и плойчатых, отражающееся на технологических свойствах камня, которые заметно снижаются.

Исхода из последовательности чароитовой минерализации и наблюдения взаимоотношений чароита и сопутствующих минералов было отмечено, что реликтовые минералы резко снижают технологические показатели чароитита. При неполном мегасоматическом замещении стыки волокон чароита с этими минералами непрочные и легко нарушаются при механической обработке. Сингенетичные чароиту минералы могут как повышать, так и снижать монолитность камня. Часто, развиваясь вдоль структурно ослабленных зон, они цементируют камень. В то же время, относительно крупные радиально-лучистые или длинно-призматические кристаллы тинаксига, эгирина и прочих минералов с хорошей спайностью способствуют повышению хрупкости. Постчарои-товые процессы кальцитизации и апофиллитизации разрыхляют чарои-гит, стпсиит делает его непригодным из-за повышенной радиоактивности, а сульфиды затрудняют процесс полировки.

Разнообразие минерального, состава и морфологических разностей чароитовых пород обусловливают и различие их физических свойств. Помимо влияния па цветовые характеристики и прочностные свойства отмечается различие эффективной пористости структурно-текстурных разностей чароитита, впервые исследованных в данной работе и оказывающих особое влияние на коррозионную стойкость чароитита, как кампесамоцветного сырья.

Эффективная (открытая) пористость представляет совокупность сообщающихся между собой пор и пустот, в пределах которых возможно движение жидкостей и газов при определенных давлениях и температурах.

Для определения эффективной пористости и зависимости ее от морфологических особенностей чароитовой породы были отобраны образцы чароитита с различной структурно-текстурной характеристикой, учитывался размер агрегатов, ее слагающих (табл. 2).

Анализ полученных данных позволил заключить, что эффективная пористость разных морфологических типов чароитита различна. Наибольшей пористостью обладают плойчатые и волокнистые разности, меньшей — розетковидные и плойчатые. Низкая эффективная пористость у массивного чароитита. Наметилась зависимость эффективной пористости от размеров агрегатов в составе чароититов. Чем они крупнее, тем выше пористость.

Таблица 2.

Эффективная

.Структурно-текстурным тин чароитита и его размоем, Размер агрегатов чароита, см

волокнистый спутанно-игольчатая 0.5

волокнистый чешуйчато-волокнистая 1.0

нлойчатый гофрированная 1.0

нлойчатый волнистая 2.0

иаркетовид-ш.ш мелко-лейстовая 0.5

нйркетовнд-iii.ni волокнисто-пластинчатая 0.5—1.5

розетковид-111,111 сфероли-товая 0.5—2.5

очковый мелкоочковая 0.1—0.5

массивный екрытокрпс-таллическая 0.001—0.01

параллель-но-шесто-ватып сноповидная 0.3—0.8

Мпнерапып.ш состав, %

чаронг — 85, кварц — 8, эшрин — 3,

мпкрок:пш1_ка.,!1_.цнт____________

чароит — 95, ¡гпрни — 2, кальцит,

апофпллит__________

чароит — 85, огирии — 5, микроклин,

к ал ь цпт, пектол иг, ап офчллпт_

чароит — 80, лирпн — 10,

мпкроклнн — 5, кальцит, пектолщ____

чароит — 85, кварц — 5, пшаксит —

5, мирим — 2. мпкрок/пш _________

чароит — 70, микроклин — 10, кварц

-г_ЛУ, лприн — 5, нектолпт—5____

чароит — 80, микроклин — 10,

н. — 5. ка-плит_______________

чароит — 50, микроклин — 20, нектолпт — 8, мизерит — 8, эгирин — |рц — 5. к ал[Ы и 1Т1_ суд ьфщу._____

Эффективная порнс-ТОСЩьД

0 45

¡чароит — 95, ^СИьфкды.

нектолпт, кварц.

.чароит — 90, мпкроклнн, пшаксит

0.85

Таким образом, особенности минерального состава и разнообразие морфологических разностей чароитовых пород, характеризующееся переменностью физических свойств, обусловливают качественное разнообразие уникального чароитового сырья.

2. С учетом высокого содержания на месторождении некондиционного по колориметрическим показателям чароитового сырья разработан способ улучшения его декоративных (цветовых) параметров.

Задача классифицирования чароитового сырья по декоративности или качеству представляется сложной и не имеет в настоящее время единственного решения. Современная сертификация не отражает всего многообразия этого камня. В разное время предлагались различные геммологические критерии качества и параметры декоративности, на

основе которых создавались "формулы качества" для ювелирного и поделочного сырья, соответствующие распределению чароитнта но сортам [Индутный и др., 1991; Смирнов и др., 1995]. При всем многообразии декоративных признаков не трудно заметить и выделить именно те параметры, на которые можно воздействовать, чтобы улучшить качество чароитового сырья без нарушения целостности камня и его структурно-текстурных достоинств. Это, в первую очередь. 1руппа декоративных параметров, отвечающая за цветовое восприятие камня (насыщенность основного цветового тона, светлота, концентрация темноцветных и светлых минералов), влияющая и на психофизический эффект и, наконец, механические характеристики камня (прочность, хрупкость, выкра-шиваемость). В этих направлениях в первую очередь и велись исследования по улучшению сортности некондиционного сырья.

Одним из методов улучшения внешних достоинств камня является изменение его окраски. В зависимости от сорбционных свойств камня, его пористости и трещиноватости, окрашивание химическими реагентами может захватывать либо приповерхностный слой материала, либо проникать внутрь его на различную глубину. При этом роль выбранного химического вещества может сводиться не только к простому пропитыванию, но и осуществлению цветных химических реакций во внутрино-ровом пространстве камня.

В настоящих исследованиях изучалась возможность использования неорганических хромофоров и синтетических красящих веществ. В отличие от органических красящих реагентов, неорганические вещества не позволили получить яркую, устойчивую, близкую к лучшим ювелирно-поделочным разностям окраску.

Для улучшения цветовой гаммы несортового чароитового сырья после многочисленных опытов был выбран краситель, относящийся к классу активных — активный ярко-фиолетовый 4 КТ, по типу хромофорной системы относящийся к азокрасителям:

о"Си^~о ЛНСОСН,

' Т ' '

.МаО^ 'БО^а

По пшу реакционноспособной системы это винилсульфоновый краситель, содержащий р-этилсульфоксиэтилсульфоновую группу (-ЗОзСНгСНгОЗОз), превращающуюся при крашении в винилсульфо-

новую (-БОгСНг = СШ), которая, по-видимому, взаимодействует с поверхностью образца.

. Разработанная методика изменения окраски опробовалась на различных морфологических типах чароитита. Зависимость восприимчивости (глубина) н характер окраски (цвет), в первую очередь, исследовались от структурно-текстурных особенностей камня. Волокнистые, и.чойча-тые, розетковидные разности чаротита, отличающиеся повышенной эффективной пористостью, прокрашивалась (в пластинах толщиной 0.4 см) на полную глубину. Глубина прокрашивания других разностей была невелика, однако приобретенная окраска не утрачивалась при последующей шлифовке и полировке образцов.

Надо отметить, что при улучшении цветовой гаммы текстурные особенности чароитита сохранялись. Серебристый отлив, один из существенных декоративных признаков чароитита, становился более отчетливым, а частичное прокрашивание лейкократовых минералов создает эффект повышенного содержания чароита в породе. Кроме того, приобретенная окраска была устойчива к атмосферным воздействиям, бытовым агрессивным средам, слабым растворам кислот и щелочей, к нагреванию до 200°С и ультрафиолету, что очень важно для использования облагороженных образцов в ювелирном деле.

Оценке качества цветового восприятия камнесамоцветного сырья уделяется в последнее время большое внимание, как к одному из важных геммологических показателей сортности. Субъективные методы оценки ее качества на основе цветовых атласов заслуживают меньшее внимание, в особенности для текстурного камня, к которым относится чароитит. Поэтому оценка полученной окраски была сделана на основе колориметрических исследований облагороженного чароитита и сравнения ее с первосортным природным чароитовым сырьем.

Колориметрические параметры количественной оценки окраски основных промышленных типов чароитита известны [Индутный, 1991]. Разработаны поля цветности для распределения чароитита по сортам. Наш же интерес сводился к определению характера изменения координат цветности окрашенных образцов на цветовых полях фафика МКО, возможности сопоставления полученной окраски с лучшими представителями ювелирных разностей чароита и к сравнению их спектров диффузного отражения.

Для оптико-спектроскопических и колориметрических исследований были отобраны эталонные образцы, относящиеся к высокосортному чароитовому сырью, и образцы представительных морфологических

0,35

0,30

0,25

0,23

ЦЗ

/В-63

В-143

Ц2

Ц2

Щ

)К-6

0,23 0,25

0,30

ф - эталонный образец О ~ исходным образец ф - облагороженный образец

0,35

Рис. 3. Расположение точек цветности облагороженных чароититов на цветовых полях графика МКО, соответствующих типам окраски природных чароититов.

разностей, нуждающиеся в улучшении окраски. Полученные координаты цветности дают возможность наглядного изображения колориметрических характеристик па цветовом графике МКО (рис. 3), где

Ц1 — цветовое иоле образцов с насыщенным "чистым" сиреневым и фиолетовым цбетом. Колориметрические параметры: длина волны ос-

ионного гона — ог 535 дон. нм до 480 им; рс (насыщенность) — 0.05—0.06 отп. ед.; светлота (У) — около 30 %.

Ц2 — цветовое поле смешанных оттенков сиреневых, розовых, красноватых и коричневых. Колориметрические характеристики: А*. — 535—490 доп. нм (сиренево-розовые, малиновые окраски); 600—650 им (розово-коричневые, кремовые): рс — 0.02—0.03 от п. ед.: У — около 40 %.

ЦЗ — цветовое поле с коричневыми и блеклыми сиреневыми окрасками и серыми опенками. Колориметрические параметры: — 595— 570 нм, рс — 0.07—0.09 отн. ед., У — 35—40 %.

На эти поля были нанесены координаты нвешостп эталонных и нуждающихся в облагораживании образцов. Эталонные — разместились в Ц1 цветовом поле, а нуждающиеся в облагораживании преимущественно в Ц2 и ЦЗ цветовых полях. После улучшения цветовых данных координаты цвешост всех облаюроженных образцов сместлись в цветовое поле Ц1, чю свидетельствует о повышении цветвых показателей некондиционных образцов. Результаты нодшерждены также полученными спектрами диффузною отражения (рис. 4).

Таким образом, выявлена возможность повышения сортности некондиционного чароитита по одному из важнейших геммологических критериев качества камня — цвету.

3. Распространение на месторождении чарошпового сырья с низкими технологическими показателями обусловливает необходимость его упрочнения.

С целыо улучшения механических показателей чарой твою сырья были разработаны методы упрочнения камня, основанные на использовании высоко и низко концентрированных дисперсных кремний-неорганических систем типа золь-гель, неорганических клеев в виде жидких стекол и золей, для которых характерны процессы отвердевания при одновременном проявлении адгезионных свойств, позволяющие получить чрезвычайно прочные камни.

Для более эффективного подбора цементирующих веществ важно учитывать исходные структурные параметры, особенности минерального состава и открытую пористость породы. Неорганические клеи могут иметь различный состав и создавать определенную среду (в отношении рН), что неоднозначно сказывается на обработке полиминеральных образований, а также различную вязкость — от сильно разбавленных — для более глубокого пропитывания, до концентрированных — для устранения дефектов поверхности. Можно также получить укрепляю-

Рнс. 4. Спектры диффузного отражения исходных и облагороженных образцов.

щие растворы с определенным размером частиц, обеспечивающие более полное и эффективное заполнение пор на укрепляемой поверхности.

В данной работе в качестве укрепляющих растворов использовались два типа неорганического клея (пропиток): неорганические клеи на основе силикатов щелочных металлов ("растворимые", жидкие стекла) и клеи на основе золей кремневой кислоты. Применялись жидкие стекла

— щелочные силикаты К и Иа, широко выпускаемые промышленностью и специально полученные для укрепления хрупких чароититов в лабораторных условиях.

Отвердение жидкого стекла сопровождается выделением геля орто-кремневой кислоты, образующегося в результате гидролиза силиката Ма или К, твердая фаза которого в момент выделения обладает вяжущими свойствами. Кроме того, для достижения тех или иных целей использовались модификаторы и отвердители, менялись температурные режимы.

Укрепляющие золи кремнезема — относительно стабильные дисперсные системы, состоящие из дискретных частиц аморфного кремнезема

— были получены в результате гидролиза тетраэтоксисилана в кислых условиях (рН 3) и спиртовой среде, что ограничивало их применение для образцов, затронутых карбонатизацией.

Для упрочнения были выбраны образцы чароитита прежде всего плойчатой, волокнистой, параллелыю-шестоватой и розетковидной текстур, отличающиеся повышенной хрупкостью и высокой эффективной пористостью. Микротвердость, измеренная на зернах в почти мономинеральных чароитовых участках таких образцов, не превышала 160— 200 кгс/мм2, при нагрузке 50 гс, что существенно ниже значений для сортового камня — 412±6 кгс/мм [Рогова, 1978].

Экспресс-метод по определению результатов упрочнения чароитита подобрать трудно. С некоторыми допущениями определялась микротвердость в фиксированных мономинеральных чароитовых участках пластин до и после обработки. Кроме того, использовался метод определения предела прочности при разрушении образца, учитывалось изменение эффективной пористости, а также брались во внимание заключения камнерезных специалистов по результатам распиловки и шлифовки исходных и укрепленных образцов.

В табл. 3 показано влияние морфологических особенностей чароитита на изменение его прочностных параметров при одинаковых условиях обработки с использованием калиевого жидкого стекла (модуль 3) и с применением в качестве отвердителя насыщенного раствора СаСЬ (р = 1.4 г/см ), а также термообработки.

Таблица 3.

Влияние структурных особенностей чароита на его прочностные ха-

рактеристики в одних и тех же условиях обработки (калиевое жидкое стекло, модуль 3, огвердигель СаС1г, Рогв=1.4 г/см )

Структурно-текстурный тип Разноввд-ность Размер агрегатов Сопутствующие минералы, % Микротвердость (100 гс), кгс/мм2 Эффективная пористость. % асж, кгс/мм

И О И О И О

нлойча-тый гофрированная 0.1—0.3 кальцит —3, апофиллит — 1 544.1 603.1 1.84 <0.01 20.00 23.52

плойча-тый волнистая 1.0—1.5 микроклин- 1, оксиды железа — 1, кальцит — 1 377.0 463.8 2.09 <0.01 6.94 8.93

плойча-тый гофрированная до 2.5 пектолнт — 10, кальцит —5 338.0 422.5 3.50 0.77 9.44 11.18

параллельно-шесто-ватый метельчатая 1.0—2.0 пектолит — 20, микроклин — 5, кварц — 3. эгирин — 2, апофиллит — 2 392.3 493.8 3.42 0.36 19.51 20.84

волокнистый чешуйчато-волокнистая 0.5—1.0 пектолит — 10, кварц — 5, эгирин — 3, тинаксит — 3. апофиллит — 2 449.2 463.2 0.98 <0.01 17.42 20.23

розетко-вплпый сфероли-товая 0.5—1.5 кварц — 5, эгирин — 3. тинаксит — 3. микроклин — 3 340.0 382.1 1.50 <0.01 18.08 19.62

Примечания: асж — предел прочности на сжатие. И — исходная.О —после обработки.

Кроме того, в работе представлены данные о влиянии на микротвердость чароитита различных укрепляющих пропиток и условий обработки камня, что прослежено на образце гофрированной разности плойча-того морфологического типа.

В результате оказалось возможным заключить, что применение калиевых жидких стекол и золей кремневой кислоты с использованием модификаторов и отвердителей не только увеличивает микротвердость и предел прочности чароитита, а также значительно уменьшает эффективную пористость камня, существенно улучшая его технологические свойства.

4. Применение разработанных методик облагораживания чаро-итового сырья позволяет значительно увеличить выход сортового камня и внести поправки в эффективность эксплуатации месторождений.

Разработанные методики облагораживания были опробованы на некондиционных чароитовых образцах различных участков месторождения "Сиреневый камень" (более 16 участков). В результате было установлено: применение методики изменения окраски (более 200 опытов) дает улучшение цветовых характеристик у 95 % несортового по колориметрическим показателям камня; предложенные способы упрочнения повышают механические свойства в 50% случаев (более 100 опытов) использования чароитита с низкими прочностными параметрами.

Позитивные результаты опробования приведенных способов облагораживания чароитита различных структурно-текстурных типов с разных участков месторождения позволили проследить распространенность некондиционного сырья. В результате были выделены перспективные участки для работ по облагораживанию (рис. 1), среди которых оказались Старый, Северный, Приречный, Восточный, Магистральный и "Огневой с преобладанием волокнистых, плойчатых, розетковидных мор-фогенетических разностей чароита. Для корректировки запасов необходимы дополнительные геологоразведочные работы по каждому участку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные выводы, вытекающие из анализа полученных в работе результатов, сводятся к следующему:

1) Чароитит месторождения "Сиреневый камень" — это полиминеральное образование, насчитывающее в своем составе более 60 минералов (преимущественно силикатов, кварца и кальцита), содержание которых колеблется в широких пределах. Главный минерал чароитовых пород — чароит. Сложный минеральный состав чароитита обусловливает многообразие декоративных и технологических свойств камня.

2) Чароитовая минерализация месторождения, связанная с регрессивным этапом щелочного метасоматоза характеризуется последовательной сменой трех главнейших минеральных ассоциаций:

1 — первой эгирин-микроклиновой с образованием массивного,

шестоватого и волокнисто-облегающего чароита;

2 — второй эгирин-микроклиновой с выделением преимуществен-

но волокнистого чароита, франкаменита, тонкоигольчатого тинаксита, федорита и мизерита;

3 — эгирин-карбонатной с преобладанием радиально-лучистого,

плойчатого и асбестовидного чароита, радиально-лучистого эгирина и тинаксита, токкоита, апофиллита и сульфидов.

3) Наиболее удобной структурно-текстурной классификацией чаро-итовых пород представляется типизация, предусматривающая массивный, волокнистый, плойчатый, розетковидный, паркетовидный, парал-лельно-шестоватый и очковый типы чароитита, охватывающая все выделенные морфогенетические разности чароита.

4) На месторождении широко распространено некондиционное ча-роитовое сырье (более 70 %), не соответствующее требованиям по цветовому восприятию и механическим свойствам, что предопределило поиск методов его облагораживания и выделения критериев качества, на которые можно воздействовать для повышения сортности и декоративности камня.

5) Впервые была исследована эффективная пористость морфологических типов чароитита и ее зависимость от структурно-текстурных особенностей камня.

6) Предложены методы упрочнения хрупких разностей чароитита, заключающиеся в обработке образцов растворами калиевых жидких стекол и золей кремневой кислоты, в результате чего отмечено увеличение микротвердости и предела прочности, а также снижение эффективной пористости камня.

7) Разработана методика улучшения цветности некондиционного чароитита путем пропитки красителями и последующего закрепления окраски. В связи с этим изучены колориметрические показатели облагороженного чароитита и его коррозионная стойкость. Приобретенная окраска отвечала лучшим разностям высокосортного чароитита и устойчивости в бытовых агрессивных средах, ультрафиолете и при нагревании до 200°С.

8) С целью корректировки запасов чароитита предпринята попытка оценить различные участки месторождения по распространенности некондиционного сырья, способного к облагораживанию. В результате было установлено:

— Применение разработанной методики изменения окраски камня

дает улучшение цветовых характеристик у 95 % образцов.

— Предложенные методы упрочнения чароитита улучшают меха-

нические свойства примерно в 50 % случаев.

— Выделено 6 участков месторождения, некондиционное сырье

которых поддается облагораживанию.

Публикации по теме диссертации

!. Ивичева С. Н., СамойловичЛ. А., Смирнов А. А. Влияние состава и условий термообработки кремнезолей на показатель преломления кремнезема второй генерации // Тез. докл. III Всесоюзн. семинара молодых ученых. М., 1988. С. 19—21.

2. Ивичева С. Н., Самойлович Л. А. Зависимость показателя

преломления кремнезема от условий получения в связи с синтезом благородного опала // Тез. докл. II Всесоюзи. геммологического совещания. Черноголовка, 1989. С. 57—58.

3. СамойловичЛ. А., Ивичева С. Н. Способ получения благородного

опала. Авторское свидетельство № 1616195, 1989 (ДСП).

4. Самойлович Л. А., Ивичева С. Н. Способ получения опаловид-

ного кремнегидрогеля. Авторское свидетельство № 1751958, 1990 (ДСП).

5. Самойлович Л. А., Ивичева С. Н. Использование кремнезолей

при синтезе благородного опала. Тез. докл. Федоровской конференции. Л., 1990.

6. Ивичева С. Н., Фомина О. Е., Марыш А. А. Способ облагоражи-

вания чароита. Заявка на авт. изобретение № 940311 39, приоритетная справка от 11.08.94.

7. Ивичева С. Н., Марьин А: А., Семенкович Г. В., Фомина О. Е.

Улучшение цветовой гаммы некондиционных чароититов // Тез. докл. XIII Российского совещания по эксп. минералогии. Черноголовка, 1995. С. 256.

8. Ивичева С. Н., Фомина О. Е. О возможности облагораживания

чароита. // Тез. докл. II Международной конференции "Реальная структура н свойства ацентричных кристаллов". Александров, 1995. С. 96—97.

9. Ивичева С. Н., Фомина О. Е., Семенкович Г. В. О возможности

облагораживания чароита // в кн. "Реальная структура и свойства ацентричных кристаллов". Александров, 1995. С. 531 — 541.

10. Смирнов А. А., Ивичева С. Н., Соболева Т. В., Яхонтова Л. К. Минералого-петрографические предпосылки к облагораживанию чароита // Тез. докл. конференции "Минералогия камне-самоцветного и поделочного сырья". Санкт-Петербург, 1996. С. 53.

11. Ивичева С. Н., Смирнов А. А., Соболева Т. Н., Фомина О. Е. Изменение окраски ювелирно-поделочного чароита — новый

перспективный способ повышения его качества // Тез. докл. научной конференции "Проблемы геологии Сибири". Томск, 1996. С. 122—123.

12. Ивичсва С. Н., Астафьева Н. В., Соболева Т. Н. О возможности упрочнения сыпучих минеральных структур // Тез. докл. III Международной конференции "Кристаллы: рост, свойства, реальная структура, применение". Александров, 1997. С. 115—

13. Ивичева С. Н., Астафьева Н. В., Соболева Т. Н., Яхонтова Л. К., Самойлович Л. А. О возможности упрочнения сыпучих минеральных структур на примере чароита, бирюзы, опала// в кн. "Кристаллы: рост, свойства, реальная структура, применение". Александров, 1997. С. 198—208.

14. Ивичева С. Н., Марьин А. А., Фомина О. Е. Способ облагораживания минералов. Патент №2079474, 1997.

116.