Железистые породы бурый железняк

Железистые породы представляют собой разнообразную по составу группу отложений, объединяемую значительным содержанием соединений железа. Среди них выделяют окисные, карбонатные, силикатные, сульфидные и фосфатные типы.

Минеральный и химический состав

Железистые породы весьма разнообразны. При повышенном содержании Fe они относятся уже к рудам. В окислительной среде образуются окисные железные руды, представляющие собой наиболее распространенный и практически самый важный тип железистых пород. В восстановительной среде возникают сидеритовые и шамозитовьге руды и в резко восстановительных условиях накапливаются сернисто-железистые соединения.

Для полевой оценки химического состава железных руд Всесоюзным институтом минерального сырья выпускается специальная походная химическая лаборатория «ХАЛ-1». Кроме того, качественное определение двух- и трехвалентного железа, по П. М. Исакову, может быть произведено следующими простыми способами, легко применимыми при полевой работе.

Для определения двухвалентного железа (в сидеритах, шамозитах и др.) крупинку испытуемого материала тщательно растирают в фарфоровой кюветке с несколькими кристалликами бисульфата калия KHSO₄, смесь увлажняют дыханием, затем к ней прибавляется один-два кристаллика феррицианида калия K₃Fe(CN)_e и повторяют растирание. В присутствии двухвалентного железа вся смесь или отдельные ее части приобретают синюю окраску. Прибавление капли воды усиливает интенсивность окраски.

Для открытия трехвалентного железа крупинка испытуемого материала растирается в фарфоровой кюветке с небольшим количеством бисульфата калия; смесь увлажняется несколько раз дыханием, затем к ней добавляется два-три кристаллика роданида аммония NH₄CNS и смесь растирается вновь. Сразу же появляется красно-бурая окраска, обусловленная образованием роданового железа. От увлажнения смеси дыханием интенсивность окраски увеличивается. Этими же способами может быть обнаружено присутствие двух- и трехвалентного железа в одном и том же минерале.

Все железные руды содержат большее или меньшее количество примесей. Кроме песчано-глинистых частиц, к примесям относятся минералы, образовавшиеся одновременно с накоплением железистых отложений. Их условно можно подразделить на две группы: соединения, встречающиеся в количестве нескольких процентов или десятых долей их (кремнекислота, марганец, глинозем и фосфор), и примеси, составляющие сотые и тысячные доли процента от общего веса породы (вольфрам, мышьяк, хром, титан, никель, кобальт и медь). Содержание примесей последнего типа резко изменяется в железных рудах различного происхождения и возраста. В первичных окисных рудах оно выше, чем в закисных. Значительное содержание в некоторых рудах никеля, кобальта, меди и хрома объясняется образованием их за счет выветривания массивов ультраосновных магматических пород, содержащих эти элементы.

В молодых по геологическому возрасту рудах содержание некоторых веществ (в особенности фосфора) значительно больше, чем в древних.

Главные типы пород

Окисные железистые породы.

Эти породы сложены главным образом минералами группы гетита (гетит — Fe₂O₃ • H₂O, гидрогетит или лимонит Fe₂O₃ • nH₂O), гематита Fe₂O₃ и магнетита Fe₃O₄. Природные смеси гетита и лимонита называют бурыми железняками.

Кроме рудных минералов, в бурых железняках обычно присутствуют глинистый минералы, кварц, халцедон, опал и др. Различают рыхлые землистые, плотные, ячеистые и оолитовые бурые железняки.

Окисные железистые осадочные породы при всем их разнообразии легко узнать по темно-бурой, бурой или охристой окраске и по значительному удельному весу.

Рассматриваемые породы могут быть первичными, в случае отложения гидроокислов железа в процессе накопления осадка, или вторичными, когда они возникают во время выветривания других железистых минералов. Особенно часто вторично окисленные железные руды образуются при окислении сидеритов.

Окисные железистые породы массивны или чаще кавернозны и обладают конкреционным строением. Среди них распространены бобовые (бобовая руда) или оолитовые разновидности с зернами величиной от долей миллиметра до 20 мм в поперечнике.

Оолиты могут быть мономинеральными или полиминеральными, когда отдельные их оболочки сложены различными железистыми минералами. В центре оолитов часто присутствуют зерна кварца. Цементируются оолиты окислами и гидроокислами железа, иногда при участии кремнекислоты. Нередко в рассматриваемых железных рудах наблюдаются замещенные окислами железа органические остатки. Часто встречаются конкреционные разновидности (пятачковые и другие озерные руды).

Местные эпигенетические перемещения коллоидных соединений железа приводят к образованию жеод и к формированию среди них разнообразных железистых минералов.

Особый характер имеют многие древние (докембрийские) железисто-кремнистые породы, представленные железистыми кварцитами (джеспилитами). Они характеризуются чередованием тонких кремнистых и гематитовых прослоев, иногда с примесью магнетита.

Сидеритовые породы

Эти отложения главным образом состоят из сидерита (FeСО₃), небольшой примеси сульфидов железа, карбонатов кальция и магния, шамозитов, фосфатов и глинистых частиц. Они образуют сплошные однородные мелкозернистые массы светло-серого или голубовато-серого цвета, залегающие в виде слоев, линз и отдельных конкреций (сферосидериты) среди глинистых или кремнистых отложений. Сидериты могут быть первично-осадочными (они характерны для докембрия) и диагенетическими. Окисляясь, сидериты переходят в гидрогетит. Скопления коллоидного карбоната железа встречены в современных торфяниках.

Шамозитовые (лептохлоритовые) породы

Шамозитовые руды пред-ставляют собой скопления силикатов закиси железа. Тейлор (1949) приводит следующую формулу шамозита: 6SiO₂•3(Fe₂O₃ • Al₂O₃) • 5(Fe₂O₃ x MgO)_n Н₂О. По внешнему виду (темно-зеленые, иногда почти черные) и химическому составу некоторые шамозиты весьма близки к глауконитам. В чистом виде встречаются редко. Обычно в них присутствует значительная примесь (до 50%) окисных соединений железа. В других разновидностях велико также содержание сидерита или кальцита. Для шамозитовых руд часто характерны оолитовая сгустковая, пленочная, пластинчатая и чешуйчатая структуры. Шамозитовые оолиты  цементируются иногда кальцитом.

Сернисто-железистые породы

Эти породы состоят преимущественно из сульфидов железа (пирит, марказит и др.). Большие скопления образуют редко. Встречаются в виде конкреций или линзовидных пластов. Известны оолиты, сложенные пиритом. Цвет сульфидов железа золотисто-желтый или (в тонкозернистом коллоидном состоянии) зеленовато- и синевато-черный. Скопления сульфидов залегают в карбонатных и глинистых породах, богатых органическим веществом.

Фосфатно-железистые породы

Распространены на Керченском полу-острове и представлены закисными и закисно-окисными соединениями железа. Фосфатные минералы являются обычной примесью оолитовых железных руд.

 

Преобладающая часть железистых пород заметно преобразуется при окаменении и выветривании; при этом одни соединения замещаются дру-гими. Широко распространен, например, переход сульфидов железа в окисные соединения.

Происхождение

Преобладающая часть железистых пород (окисные руды) образуется на поверхности суши (элювиальные и озерные руды) или на дне моря. Иногда окисные руды возникают при окислении сидеритов или сульфидов; последние также могут быть континентального (озерные и болотные отложения) или морского происхождения (осадки водоемов с застойной водой).

Основным источником железа для послепротерозойских железистых пород является выветривание изверженных пород, в особенности основных и ультраосновных. Для образования более древних железных руд, вероятно, большое значение имела и вулканическая деятельность, в процессе которой в океанические воды гидротермами вносилось большое количество растворенных веществ, в том числе и соединений железа. Иногда источником железа являлись выветривающиеся железорудные месторождения.

При выветривании материнских пород железо концентрируется в коре выветривания, образуя элювиальные месторождения, или выносится из нее в виде бикарбонатов, окисных соединений (особенно при наличии защитных гумусовых коллоидов) и органо-минеральных соединений, реже сульфатов и хлоридов.

Благодаря коагулирующему воздействию морской воды на коллоидные растворы железа накопление морских железных руд происходило преимущественно в прибрежных участках.

Континентальные железные руды возникали исключительно во влажных климатических зонах при умеренной или повышенной температуре и не образовывались ни в областях высоких широт с очень низкими температурами, ни в жарких засушливых зонах. Континентальные железо-рудные отложения обычны для болотисто-лесных районов. Это подтверждается тем, что железистые породы часто входят, как необходимая составная часть, в разрез угленосных толщ или фациально замещают их.

Железные руды накапливались при определенном характере рельефа. Элювиальные разновидности образовывались в периоды значительной пенепленизации областей, сложенных главным образом породами с повышенным содержанием окислов железа.

Озерные железорудные отложения возникали благодаря смыву окислов железа с повышенных участков и концентрации их в прибрежных зонах озер. Расчленение рельефа при этом было слабым, так как, в противном случае, в озерные котловины приносилось бы одновременно с окислами железа значительное количество обломочного материала.

Морские железорудные отложения, по мнению Н. М. Страхова, формировались при сильно расчлененной береговой линии морских бассейнов с многочисленными архипелагами островов при общем равнинном характере прибрежной части суши.

Преобладающее количество железорудных месторождений, в особенности молодых, залегает в базальных горизонтах трансгрессивно лежащих осадочных толщ и, следовательно, обусловлено в известной мере тектоническим режимом.

Образование осадочных железных руд происходило в различной тектонической обстановке. Наиболее резко различаются между собой геосинклинальные и платформенные типы. Геосинклинальные железорудные отложения характеризуются резким преобладанием морских и осадочно-эффузивных пород. К платформенным областям приурочены преимущественно лагунные и озерно-болотные железистые породы, а также железные руды коры выветривания. Это объясняется тем, что в геосинклинальных областях в эпоху накопления в них отложений значительно реже, чем на платформенных, образуется кора выветривания, а длительное существование континентального режима исключено. Зато в геосинклиналях более интенсивна вулканическая деятельность.

Геологическое распространение

Наиболее крупные месторождения окисных железных руд приурочены к докембрийским отложениям (Курская магнитная аномалия, Кривой Рог и др.) древних геосинклинальных областей. Эти железные руды представлены главным образом кремнисто-железистыми (джеспилитовыми) породами. Они встречаются лишь в кембрийских (Хинган, Дальний Восток) отложениях. В палеозойской эре происходит накопление уже оолитовых окисных морских железных руд. В мезозойскую и кайнозойскую эры, кроме оолитовых руд, начинают образовываться озерно-болотные отложения и руды коры выветривания. Так, например, к юрским или близким к ним но возрасту отложениям приурочены железорудные месторождения Южного Урала. В конце третичного периода происходит накопление железных руд Керченского полу-острова.

Сидерцты в послепротерозойских периодах известны из каменно-угольных отложений центральных областей европейской части России, из Приполярного Урала, юрских отложений Дагестана, юрских и меловых отложений Вятско-Вычегодского водораздела, нижнемеловых пород Западного Кавказа и из верхов неогеновой толщи Таманского и Керченского полуостровов.

Шамозитовые руды образуются в прибрежных частях морских бассейнов в условиях недостатка кислорода среди богатых железом осадков. Известны в силурийских и девонских отложениях Западного Урала. Значительно содержание шамозитов в керченских рудах.

Практическое применение

Значение железных осадочных руд исключительно велико. Особенно большое практическое значение имеют окисные руды. Беднее железом сидериты, но благоприятным фактором для их использования является легкоплавкость и малое содержание вредных примесей. Шамозитовые породы представляют сырье для добычи не только железа, но иногда и алюминия.

Минимальное содержание железа в рудах, пригодных для непосредственной доменной плавки, неодинаково для руд различного минерального состава. Гематитовые разновидности должны содержать 55—57% железа, лимонитовые 35—50% и сидеритовые 30—35%. Руды с меньшим содержанием железа (до 25—30%) требуют обогащения.

Главными вредными примесями в железных рудах являются сера, фосфор, мышьяк, цинк и др. Содержание этих примесей при различных способах переработки чугуна несколько изменяется. Особенно вредно наличие в руде фосфора. Его количество не должно превосходить 0,02 — 0,10% при бессемеровском и мартеновском способах получения чугуна и 1,1% — при томасовском процессе. Содержание серы в руде не должно превышать 1,5—1,75%. Неблагоприятным фактором для выплавки чугуна является значительное содержание кремнезема.

Полезными примесями являются марганец, никель, ванадий, титан, кобальт, медь и хром.

Железные руды, содержащие значительную примесь марганца (5— 10%), используются уже не как железные, а как марганцовые руды.

Железистые глины используются как минеральные краски. Среди них различают охры — жирные на ощупь глины, окрашенные в желтый цвет гидратами окиси железа и содержащие Fe₂O₃ от 10 до 60% , и охристые глины, окрашенные в желтовато-коричневый цвет благодаря присутствию гетита и небольшой примеси окислов марганца. Кроме этого, используются разновидности глин, богатые дрозитом, для приготовления ярко- желтой краски. В качестве минеральной краски употребляются также рыхлые, бедные железом руды. К ним относятся охры (Fe₂O₃ — от 12 до 25%), мумии (Fe₂O₃ — от 25 до 50%) и сурики (Fe₂O₃ > 50%).
Большое значение при плавке железных руд имеют их механические свойства. Для доменной плавки руда должна быть кусковой. Руды рыхлые и порошковатые сначала подвергаются агломерации (окускованию).