Классификация железистых пород

Химический состав. Разнообразие минерального состава предопределяет соответствующие широкие вариации химического состава железистых пород. Суммарное содержание главных компонентов (FeO и Fe₂O₃) в них нередко превышает 50%. Может преобладать как закисное (в сидеритовых рудах), так и окисное (в бурых железняках) железо (табл. 10).

В рудах смешанного минерального состава то и другое железо может присутствовать в равном количестве. В то же время химический состав железных руд даже в одном месторождении варьирует в широких пределах (табл. 11). Из других компонентов следует выделить оксиды марганца, кремнезем и глинозем. Характерными примесями являются ванадий, мышьяк, титан, фосфор, никель, кобальт, медь, хром, вольфрам и др.

Текстура. Железистые породы образуют массивные и пластовые залежи, нередко встречаются также конкреционные, конгломератовидные и брекчиевидные типы текстур.

Структура. Вариации структур достаточно разнообразные – землистые, оолитовые, бобовые, коллоидные, метаколлоидные, сферолитовые, радиально-лучистые, коррозионные и др.

Диагностические признаки. Характерным диагностическим признаком является окраска железистых пород. Залежи оксидного состава отличаются черной, бурой, красновато-бурой, желтовато-бурой, желтой (охры), вишнево-красной окраской. Сидеритовые породы имеют серые, темно-серые, желтовато-бурые тона, на свежем сколе наблюдается стеклянный блеск по спайности, иногда с перламутровым отливом. Силикатные залежи имеют табачно-серые, зеленовато-серые оттенки и землистую или оолитовую структуру.

Таблица 10

Химический состав железистых пород, мас. %

Примечание: * Mn₂O₃

Важное диагностическое значение имеет цвет черты. Для пород оксидного минерального состава цвет черты варьирует от черной (магнетит) до желтой (гидрогетит, охра). Типичную красную черту имеет красный железняк, вишнево-красную – массивный гематит, красновато-бурую – гетит.

Другими диагностическими признаками железистых пород являются повышенная плотность (особенно для массивных магнетитовых и гематитовых руд), магнитность (магнетитовые руды), растворимость в соляной кислоте при кипячении.

При диагностике железистых пород в полевых условиях рекомендуется проводить качественное определение присутствия в породе двух- и трехвалентного железа. Для определения двухвалентного железа крупинку вещества тщательно растирают в фарфоровой кювете с несколькими кристалликами бисульфата калия (KHSO₄), смесь увлажняют дыханием, затем к ней добавляют один-два кристаллика феррицианида калия K₃Fe(CN)₆ и повторяют растирание. В присутствии двухвалентного железа смесь приобретает синюю окраску.

Таблица 11

Вариации химического состава железистых пород, мас. %

Для открытия трехвалентного железа крупинку образца растирают в фарфоровой кювете с небольшим количеством бисульфата калия. Смесь несколько раз увлажняют дыханием, затем к ней добавляют два-три кристаллика роданида аммония (NH₄CNS) и растирают вновь. Появляется красно-бурая окраска. Прибавление капли воды в том и другом случаях способствует усилению интенсивности окраски.

Описание характерных типов пород. Оксидные железистые породыузнаются по темно-бурой, красновато-бурой или желтой (охристой) окраске. В них главными минеральными компонентами являются гетит, гидрогетит, гематит и магнетит. Смеси гетита и гидрогетита называются бурыми железняками, или лимонитовыми рудами. В качестве примесей характерны глинистые минералы, кварц, халцедон, опал и др. Различают рыхлые (землистые), плотные, иногда натечные, формы, ячеистые и оолитовые бурые железняки, текстура часто массивная или конкреционная. Оолиты в составе железистых пород могут быть моно- или полиминеральными. В последнем случае отдельные их оболочки сложены различными минеральными видами. В центре оолитов часто присутствуют зерна кварца. Цементом в оолитовых или бобовых рудах являются оксиды и гидроксиды железа, иногда с участием кремнезема разной степени кристалличности.

Пример описания

Бурый железняк буровато-коричневого цвета с налётом из жёлтой охры на поверхности выветривания, представляет собой натечную почкообразную форму с двойной концентрически-скорлуповатой, радиально-лучистой структурой, где мощность слойков колеблется от 8 до 12 мм. Между слойками наблюдаются неправильные удлинённые пустоты размером 2-3 мм по высоте, до трёх-четырёх сантиметров по длине. На поверхности каверн наблюдается землистый налёт гидрогетита. Текстура перемятая, пористо-кавернозная.

Сидеритовые породы состоят в основном из сидерита с примесью сульфидов железа, карбонатов кальция и магния, шамозита, фосфатов и глинистых минералов. Они залегают в виде сплошных однородных мелкозернистых масс светло-серого или желтовато-серого цвета среди глинистых или кремниевых отложений. С поверхности эта порода становится темно-бурой в результате окисления сидерита и перехода его в гидрогетит. Иногда текстура породы конкреционная (сферосидериты). В современных торфяниках встречаются скопления коллоидного карбоната железа.

Шамозитовые (лептохлоритовые)породы по внешнему виду темно-зеленые, иногда почти черные. Характерны оолитовая, пленочная, пластинчатая и чешуйчатая структуры. Шамозитовые оолиты иногда цементируются кальцитом.

Из пород смешанного состава распространены фосфатно-железистые, сернисто-железистые, карбонатно-шамозитовые и др. В частности, сернисто-железистые породы содержат в большом количестве сульфиды железа (пирит, марказит, мельниковит и др.). Встречаются в виде конкреций, оолитов или маломощных линзовидных пластов. Окраска этих пород от золотисто-желтой до зеленовато- и синевато-черной (в тонкозернистом коллоидном состоянии вещества). Скопления сульфидных руд приурочены к карбонатным или глинистым породам, богатым органикой.

Генезис. Осадочные рудные концентрации железа возникают, главным образом, при диагенезе благодаря накоплению взвесей и коллоидов, их осаждению и цементации. Особенно значительные массы железа выносятся реками в прибрежные зоны моря. Здесь в условиях окислительной обстановки вблизи побережья на малых глубинах образуются оксидные бурожелезняковые руды. В лагунах часто создается восстановительная среда, благоприятная для формирования силикатных (лептохлоритовых) и карбонатных (сидеритовых) руд.

В зоне окисления сульфидных месторождений также образуются весьма богатые железные руды («железная шляпа», или «стеклянная голова») под влиянием процессов гипергенеза. Другой тип руд связан с процессом метасоматического замещения известняков, обогащенных железом. В зонах с избыточным увлажнением и лесным покровом возникают железистые конкреции и стяжения на уровне грунтовых вод, которые получили название ортштейнов и ортзандов. Очень часто железные руды образуются в озерно-болотных условиях, где накапливаются своеобразные бобовые руды с примесью марганца. Осаждение железа происходит из коллоидных растворов хемогенным путем, но не исключено при этом влияние бактерий. В болотах и торфяниках в восстановительной обстановке образуются сидеритовые стяжения и конкреции.

Оолитовые железистые руды сложного минерального состава (гидрогетит-лептохлорит-сидеритовые) могут образовываться также в дельтовых и лиманных обстановках.

Кремнисто-железистые отложения возникали за счет отложения железа, принесенного в морские водоемы в виде продуктов вулканической активности.

Месторождения. Осадочные железные руды известны в районе г. Керчи (Крым), в Приаралье (олигоценовые), Подмосковном бассейне (Тульские и Липецкие руды карбона), в бассейне р. Хопра (девонские) и др. На дне океанов значительные площади заняты железомарганцевыми конкрециями, представляющими важный источник металлов для следующих поколений.

Применение. Значение осадочных руд железа исключительно велико. Практическое использование осадочных железных руд связано, прежде всего, с получением железа в металлургии. Попутно из железистых пород извлекают титан и ванадий. Минимальное содержание железа в рудах, пригодных для доменной плавки, неодинаково для руд различного минерального состава. Гематитовые руды должны содержать 55-57% железа, лимонитовые – 35-50%, сидеритовые – 30-35%. Используются также руды с меньшим содержанием железа (до 25%), но они требуют обогащения. Главными вредными примесями в железных рудах являются сера, фосфор, мышьяк, цинк и др. Содержание фосфора не должно превышать 0,02-0,1% при бессемеровском и мартеновском способах получения чугуна и 1,1% – при томасовском процессе. Содержание серы не должно превышать 1,5-1,75%. Неблагоприятным фактором для выплавки чугуна является также значительное содержание кремнезема. Полезными примесями являются марганец, никель, кобальт, медь и хром. Железные руды, содержащие примесь марганца в количестве 10% и более, используются уже как марганцевые руды.

Охра и охристая глина используются в качестве минеральной краски. В первых содержание оксида железа колеблется от 10 до 60%. Для изготовления ярко-желтой краски востребованы также разновидности глин, богатые ярозитом. Рыхлые бедные железом руды используют для получения некоторых других красок – мумии (Fe₂O₃ – от 25 до 50%) и сурика (Fe₂O₃ >50%).

Вопросы для самопроверки

1. Каковы особенности классификации и минерального состава ферритов?

2. Каковы диагностические признаки разных по составу железистых пород?

3. Какие характерные генотипы железистых пород Вам известны?

4. Опишите происхождение различных генотипов ферритов.

5. Перечислите области применения железистых пород.