ПРОМЫШЛЕННЫЕ МИНЕРАЛЫ

Добыча хризотил-асбеста

Ведущий асбестпроизводящий район мира — Тетфордский асбестоносный пояс в Канаде, охарактеризованный в работах Кука (Cooke, 1936), Фесслера и Бадолле (Faessler, Badollet, 1947), а также Риордона и др. (Riordon et al., 1957). Тетфордский пояс протягивается в северо-восточном направлении на востоке провинции Квебек на расстояние около 60 миль при ширине 5—6 миль ( 9.2). Северное окончание пояса находится у Ист-Бротона, в 40 милях южнее Квебек-Сити, а юго-западное его окончание — у города Асбестос, в 90 милях на восток-северо-восток от Монреаля. Тетфордский пояс располагается в пределах Аппалачской геологической провинции, которая отграничена от располагающегося северо-западнее нее равнинного региона Сент-Лоренс надвигом Логан. Рельеф характеризуется ориентированными в северно-восточном направлении цепями невысоких антиклинальных возвышенностей с широкими долинами между ними, гипсометрические отметки которых колеблются в пределах 900—1000 футов. Район дренируется притоками реки Святого Лаврентия, текущими в северо-западном направлении.

В Тетфордском поясе имеются четыре наиболее крупных центра добычи асбеста (с севера на юг): Ист-Бротон, рудники Тетфорд, Блэк-Лейк и Асбестос. В 1957 г. функционировало двенадцать рудников, три рудника находились в состоянии подготовки и не менее двух месторождений разведывалось. К числу действующих горнодобывающих предприятий относится и знаменитый рудник Джеффри у Асбестоса, крупнейший асбестовый рудник в мире ( 9.3). Добыча асбеста в районе производится почти непрерывно с 1876 г. К 1900 г. ежегодная добыча асбестового волокна составляла более 10 тыс. т, а менее чем через полстолетие годовая производительность Тетфордского асбестоносного района превысила 1 млн. т волокна общей стоимостью около 80 млн. долл.Более 90% хризотил-асбеста, используемого в США, вывозится из месторождений Тетфордского пояса.

Геология района очень сложная, и, несмотря на многолетние исследования, единая точка зрения на последовательность геологических событий до сих пор не выработана. Опуская некоторые существующие разногласия, главные черты геологической истории региона можно охарактеризовать следующим образом.

Вслед за накоплением мощной серии кембрийских (или докембрийских) осадочных и вулканических пород в доор- довикское время в районе произошло складкообразование, проявились разрывные тектонические нарушения и региональный метаморфизм, приведшие в конечном счете к формированию толщи кристаллических и аспидных сланцев и метабазальтов, получившей название группы Колдуэлл. Эти породы с резким угловым несогласием были перекрыты ордовикскими глинистыми сланцами с небольшим количеством прослоев пирокластических и излившихся вулканических пород. Вслед за этим в период таконского орогенеза вновь проявились интенсивная складчатость и метаморфизм средних ступеней, в результате чего ордовикские глинистые породы превратились в аспидные сланцы (группа Босвиль). Такон- ская складчатость в регионе имеет северо-восточную ориентировку. Главная ось восходящих движений — антиклиналь Саттон — представлена грядой холмов, протягивающихся параллельно асбестоносному поясу к северо-западу от него.

Также в период таконского диастрофизма толща была механически интрудирована длинными узкими прерывистыми силлоподобными телами основных и ультраосновных пород. Эти тела в общем согласны с региональным простиранием вмещающих пород и приурочены преимущественно к главной поверхности несогласия между группами Колдуэлл и Босвиль ( 9.2). Более ранние интрузии, представленные перидотитами, быстро сменились во времени последующей интрузивной фазой, главным образом пироксенитами и габбро. Местами все эти типы пород, очевидно, представляют собой интрузивные фации, постепенно переходящие друг в друга. Асбестовые месторождения приурочены к перидотитам, наиболее распространенным изверженным породам в пределах большей части Тетфордского пояса.

Следующий период геологической активности в районе приходится на девонское время. В течение акадской оро- гении породы серпентинитового пояса были подняты и подвергались скручивающим и другим тектоническим напряжениям, в связи с чем возникли бесчисленные трещины отдельности и растяжения, сколовые зоны и разломы. По некоторым приоткрытым трещинам внедрились маломощные дайки гранитов и аплитов. После этого проявилась вторая стадия серпентинизации под воздействием растворов, связанных с гранитными интрузивами. Отличие этой стадии серпентинизации от первой заключается в том, что она преимущественно приурочена к зонам скола и трещиноватости. Растворы обусловливали полную серпентинизацию пород вдоль трещин, по которым они просачивались, и, что особенно важно, вызывали формирование жилок хризотил-асбеста. Ветвящиеся асбестовые жилки образовывали сложные штокверки в крупных телах серпентинитов.

Фесслер и Бадолле (Faessler, Qadollet, 1947, стр. 167) полагают, что первичная интрузия ультраосновных пород происходила в температурном интервале 900—1200°, вторая фаза серпентинизации осуществлялась при температуре около 500°, а образование хризотил-асбеста — около 350°. В условиях понижения температуры,, на завершающих стадиях акадской орогении кристаллизовались известково-магнезиаль- ные силикаты, в том числе тальк (250°), а также цеолиты и карбонаты (менее 200°). Глубокая эрозия в последевонское время вывела асбестоносные породы на дневную поверхность.

Хризотил-асбест слагает мельчайшие невыдержанные жилки, тонкие линзочки, а также и относительно выдержанные жилы протяженностью до нескольких десятков футов. Асбестовые жилки залегают без видимой связи с региональной структурой и секут серпентиниты во всевозможных направлениях. Максимальная мощность асбестовых жил — 4 дюйма, однако более 99% волокна получают из жил мощностью менее % дюйма. Асбестовое волокно имеет окраску от яблочно-зеленой до олнвково-коричневой и по свойствам меняется от шелковистого и мягкого до «жесткого» и твердого. В большинстве случаев хризотил-асбест поперечново- локнистый; волокна его протягиваются непрерывно от стенки до стенки поперек жилки, либо внутри жилок имеются одна или несколько поверхностей разделапараллельных зальбандам. На поверхностях раздела присутствуют тонкие неправильные прослоечки и линзочки тонкозернистого магнетита, а в участках пересечения жилок обычно развит рассеянный магнетит. В некоторых жилах имеются угловатые включения вмещающих пород. Зальбанды жилок резкие, и волокно легко от них отделяется. По простиранию линзоввд- ные жилы или резко обрываются, или постепенно переходят во вмещающие серпентиниты. В сильно рассланцованных серпентинитах в пределах сколовых зон встречается продоль- новолокнистый асбест, образующий довольно беспорядочно ориентированные агрегаты. Продольноволокнистый асбест развивается на поверхностях скольжения и, таким образом, имеет посттектонический возраст .

Описанная выше жильная система отличается заметным образом от обычных систем жил, например наблюдающихся на месторождениях горного хрусталя (стр. 303) или флюорита (стр. 403). Так, в данном случае жильный материал имеет разные с вмещающими породами физические свойства, но идентичен с ними по химическому составу; в жилах почти или совершенно отсутствуют полости; отдельные жилы линзообразной формы не связаны с другими, и, очевидно, они образовывались самостоятельно в небольших закрытых системах. Эти и многие другие особенности асбестовых месторождений приводили в замешательство геологов, стремящихся уяснить генезис хризотил-асбеста. Как же возникают жилы волокнистого хризотила в серпентинитах?

В 1936 г. Кук (Cooke, 1936) рассмотрел три главные гипотезы и склонился к одной из них, как наиболее вероятной. В соответствии с первой из этих гипотез жилы асбеста возникли в результате метасоматического замещения вмещающих пород. Однако более чем в 50% случаев в асбестовых жилах отсутствует центральная трещина или какая-либо поверхность раздела, от которой могло развеваться метасо- матическое замещение, а стенки жил обычно прямолинейные и гладкие, тогда как для метасоматических образований типичны неправильные границы. Другая гипотеза рассматривает хризотил-асбест в качестве продукта выполнения открытых трещинных полостей. Представляется, однако, невероятным, чтобы столь сложная система трещинных полостей, составляющих в сумме, вероятно, 10% общего объема породы, смогла бы когда-либо приоткрыться. Кроме того, такие жилы выполнения должны были бы иметь более разнообразные мощности, нежели это наблюдается в действительности, а непрерывное поперечноволокнистое выполнение жил едва ли позволяет считать правильным предположение о росте асбеста от зальбандов жил.

Третья гипотеза, впервые выдвинутая Тейбером (ТаЬег, 1917) и развитая Куком (Cooke, 1936), заключается в том, что хризотил-асбест начинал кристаллизоваться в мельчайших трещинах, настолько сжатых, что развиться в них могли лишь тончайшие иголочки асбеста. Волокно росло в оба конца и раздвигало в процессе непрерывного роста стенки. Раздвижению стенок способствовали существовавшие во вмещающей породе напряжения, возникшие под воздействием тектонических сил. Жильный материал привносился в газообразной или очень подвижной жидкой фазе, вероятно водной, которая насыщала сжатые трещинки и поры около них. Однако образование хризотил-асбеста осуществлялось лишь в участках, где флюидная фаза истекала в приоткрытые трещины, и волокнистый хризотил в трещинах образовался из материала, удаленного из зоны изменения (серпентинизации) с какой-либо стороны от трещины.

Гипотеза генезиса образования хризотил-асбеста Тейбе- ра — Кука, вероятно, наиболее широко принята. Однако она была поставлена под сомнение Риордоном (Riordon, 1955, 1957). По мнению этого исследователя, в ультраосновных породах по многочисленным трещинам циркулировали кремне- земсодержащие растворы, обусловливающие метасоматиче- ское возникновение за счет серпентинита узких лент коллоидального серпентина, а также переотложения такого серпен- тинового геля в открытых трещинных полостях. Весь этот коллоидальный материал затем кристаллизовался в виде агрегатов серпентина столбчатой формы, так называемого пикролита. В условиях контракции серпентинитовых масс в процессе охлаждения «ориентированное давление благоприятствовало перекристаллизации пикролита в асбест» (Rior- don, 1955, стр. 75)

Представления Риордона отличаются от гипотезы Кука не только положением о наличии стадий серпентинового геля и пикролита, но и существенно иной трактовкой времени образования хризотил-асбеста. Если причиной натяжений в ультраосновной породе было преимуще» ственно охлаждение, а не тектонические напряжения, то образование асбеста должно было происходить на поздних этапах таконской орогении, а не много миллионов лет спустя в период акадского диастрофизма.

При добыче хризотил-асбеста производят валовую выемку асбестоносных пород. Поскольку содержание волокна в них составляет лишь немногие проценты, приходится при этом перерабатывать огромное количество горной массы. На отдельных рудниках объем вынимаемой ежедневно горной массы колеблется от 1,2 до 15 тыс. т. Наибольшая производительность достигается в карьерах, иногда имеющих гигантские размеры ( 9.3, 9.4). В настоящее время, однако, наблюдается тенденция к переходу на подземные работы с применением системы отработки с маганизированием или более производительной системы с массовым поэтажным обрушением.

Как отмечает Бауле (Bowles, 1955, стр. 74), уникальное своеобразие процесса обогащения асбеста заключается в том, что при этом необходимо отделить волокнистую форму от массивного агрегата минерала того же состава. Следовательно, при обогащении асбеста нельзя воспользоваться ни особенностями химического состава, ни удельным весом выделяемого полезного компонента. При обогащении асбеста рудная масса дробится и подвергается сушке. После вторичного дробления обогащаемый материал поступает на вибрирующие сита, на которых плотные твердые частицы скапливаются в нижнем слое, а рыхлое волокно в верхнем. Затем волокно удаляется с сит посредством вса-сывания воздухом, осуществляющегося по принципу действия вакуумного пылесоса. Неоднократное циклическое повторение такой операции обеспечивает максимальное извлечение волокна и минимальные его потери.

Методы добычи и обогащения асбеста кратко описаны Баулсом (Bowles, 1955, стр. 71—79), а более детально с приведением иллюстраций рассмотрены в работах Райса (Rice, 1948) и Строу (Straw, 1955, стр. 612—619). Многочисленные статьи также публикуются в журнале «Asbestos».

После второй мировой войны запасы хризотил-асбеста всех сортов оказались небольшими, что способствовало развитию разведочных и эксплуатационных работ. При этом было установлено, что поиски серпентинитовых массивов можно успешно вести посредством магнитометрической съемки даже в тех случаях, когда они находятся на значительной глубине. Возможность применения аэромагнитной разведки создала предпосылки к быстрому изучению перспектив асбестоносности на больших площадях с относительно невысокими затратами средств. Геофизическими методами была опоискована большая часть Тетфордского асбестонос- ного пояса, а также многие другие районы. После выявления серпентинитового массива дальнейшие разведочные работы ведутся с применением алмазного колонкового бурения и других обычных способов — шурфами, канавами и подземными горными выработками. Так, в 1948 г. асбестоносные породы были обнаружены под озером Блэк-Лейк в южной части Тетфордского пояса, затем здесь было пройдено при разведочных работах 75 тыс. футов буровых скважин и около 5 тыс. погонных футов подземных горных выработок. В 1954 г. на месторождении одновременно проводились дорогостоящие и трудоемкие дренажные и землечерпательные работы. Эксплуатация месторождения началась в 1958 г.

Методы поисков и разведки хризотил-асбеста рассмотрены в работах Фостера и Боррора (Foster, Borror, 1947), Лау (Low, 1951), а также Мессела (Messel, 1947, 1949). Бауле .(Bowles, 1955, стр. 70) приводит следующий перечень показателей, которые необходимо оценивать на новом месторождении хризотил-асбеста перед началом эксплуатационных работ.

1.         Качество волокна, особенно его прочность и гибкость.

2.         Длина волокна. Особенно желательно выявление текстильных сортов с длиной волокна не менее 3/в дюйма, хотя бы в сравнительно небольшой пропорции по отношенню к общему количеству асбеста.

3.         Содержание волокна в породе. Оно не должно быть ниже, как . правило, 4,6—5% от размолотой горной массы, и лишь прн особенно высоком качестве волокна допустимы меньшие его содержания.

4.         Запасы волокна. Запасы хризотил-асбеста, выявленные колонковым бурением, должны оправдывать крупные капиталовложения и обеспечивать прибыль не менее чем в течение 20 лет.

б. Экономические факторы. Они включают стоимость добычи, энерго- и водоснабжение, возможности транспортировки и резервы рабочей силы.

Другие месторождения

Промышленные месторождения хризотил-асбеста обнаружены на всех континентах. Все крупные месторождения приурочены к серпентинизированным перидотитам, и главнейшая их особенность — замечательное сходство с Тетфорд- ским асбестоносным поясом Квебека. На втором месте после Квебека по годовой добыче асбеста находится Южная Родезия (Badollet, 1950), другой важный асбестопроизводящий район в Африке — провинция Трансвааль в ЮАР, непосредственно граничащая с Южной Родезией. Третий асбестонос- ный район мирового значения — Баженовский на Урале в СССР (Rukeyser, 1933). В Канаде в начале 50-х годов открыты два потенциально асбестоносных района в западной части провинции Онтарио и на юге Британской Колумбии (Hendry, 1951; Riordon et al., 1957). Другие многочисленные месторождения хризотил-асбеста мира описаны в весьма полной сводке Строу (Straw, 1955).

Добыча хризотил-асбеста в США производится лишь на двух месторождениях, одно из которых расположено в северном Вермонте (Badollet, 1948), а другое — в центральной части Аризоны (Bateman, 1923; Stewart, 1955; Wilson, Butler, 1928). Более 90% отечественной продукции хризотил-асбеста США приходится на вермонтское месторождение, расположенное на южном продолжении Тетфордского асбестоносного пояса.

Аризонское месторождение относится к числу немногих известных случаев образования скоплений хризотил-асбеста в серпентинитах, возникших не за счет ультраосновных пород, а в результате изменения известняков. Здесь известняки до- кембрийской формации Мескал интенсивно интрудированы силлами диабазов, от которых отделялись растворы, серпен- тинизировавшие некоторые пласты известняков. Поперечно- волокнистый хризотил-асбест слагает жилы, ориентированные параллельно напластованию вмещающей толщи. Бэтман (Bateman, 1923, стр. 677—680) отмечал линзовидный характер некоторых жил, но подчеркивал при этом, что у зон серпентинитов, несущих асбестовые жилки в таких участках, мощность не увеличивается.

В связи с этими наблюдениями Бэтман пришел к выводу, что в процессе роста поперечно- волокнистого асбеста не происходило раздвигания стенок жил. Маловероятным также представляется возникновение хризотил-асбеста в результате выполнения открытых полостей, так как вес вышележащей толщи должен был препятствовать приоткрьгванию каких-либо горизонтальных трещин. Бэтман полагает, что хризотил-асбест должен был расти ме- тасоматически за счет серпентинита вверх и вниз от тонких трещин. При незначительных изменениях состава, давления или температуры гидротермальных растворов, поступавших из диабазов, серпентин становится неустойчивым и вместо него кристаллизовался стабильный в новых условиях хризотил-асбест. При объяснении происхождения жил хризотил- асбеста в серпентинитовых массивах квебекского типа даже в первом приближении не удается получить таких же доказательств как в части проявления напряжений и признаков увеличения объема породы, так и по поводу возможного существования открытых полостей. Хотя содержание асбеста на аризонском месторождении незначительно и он здесь никогда не добывался в больших количествах, этот тип хризотил-асбеста представляет ценность в связи с исключительной длиной волокна, низким содержанием железа и высокими прядильными качествами

ЛИТЕРАТУРА

Avery R. В., Con ant М. L., Weissenborn Н. F. (1958). Selected annotated bibliography of asbestos resources in the United States and Canada, U. S. Geol. Survey Bull., 1019-L.

Badollet K. (1948). The geology of asbestos deposits, I, Vermont, Asbestos, 29, № 9, 4—10.

Badollet K. (1948). The geology of asbestos deposits, II, Arizona, Asbestos, 30, № 3, 4—10.

Badollet K. (1950). Geology of asbestos deposits in Southern Rhodesia, Asbestos, 32, № 2, 4—8.

Badollet M. S. (1951). Asbestos, a mineral of unparalleled properties, Can. Min. and Met. Bull., 44, 237—246; Can. Inst. Min. and Met. Trans., 64, 151—160.

Bain G. W. (1932). Chrysotile asbestos, II, Chrysotiie solutions, Econ. Geology, 7, 281—296.

Bateman A. M. (1923). An Arizona asbestos deposit, Econ. Geology, 18, 663—680.

Bates T. F., Sand L. В., Mink J. F. (1950). Tubular crystal of chrysotiie asbestos, Science, 111, 512—513.

Bowles O. (1955). The asbestos industry, U. S. Bur. Mines Bull., 552.

Bowles O. (1959). Asbestos, a materials survey, U. S. Bur. Mines inf. Circ., 7880.

Bromfield C. S., Shride A. F. (1956). Mineral resources of the San Carlos Indian Reservation, Arizona, U. S. Geol. Survey Bull., 1027-N.

Cooke H. C. (1936). Asbestos deposits of Thetford district, Quebec, Econ. Geology, 31, 355—376.

Faessier C., Badollet M. S. (1947). Epigenesls of the minerals ol the serpentine belt, Eastern Townships of Quebec, Can. Min. Jour., 88, № 3, 157—167.

Foster G. К.. В or г or C. D. (1947). Asbestos-fiber exploration and production lorescasts by core drilling, Jeffrey mine, Asbestos, Quebec Amer. Inst. Min. Met. Eng. Trans., 173, 85—93.

Frankel J. J. (1953). South African asbestos fibers, Min. Mag., 89, 73—83, 142—149.

Graham R. P. D. (1917). Origin of massive serpentine and chrysotile asbestos, Black Lake-Thetford area, Quebec, Econ. Geology, 12, 154          202.

Hall A. L. (1930). Asbestos In the Union of South Africa, Union of South Africa, Geol. Survey Mem., 12, 2nd. ed.

Hendry N. W. (1961). Chrysotile asbestos in Munro and Beatty townships, Ontario, Can. Min. and Met. Bull., 44, 29—36; Can. Inst. Min. and Met. Trans., 54, 28—35.

Hess H. H. (1933). The problem of serpentinization and the origin of certain chrysotile asbestos, talc, and soapstone deposits, Econ. Geology, 28, 634—657.

Keith S. В., Bain G. W. (1932). Chrysotile asbestos, I, Chrysotile viens, Econ. Geology, 27, 169—188.

Low J. H. (1951). Magnetic prospecting methods in asbestos exploration, Can. Min. and Met. Bull., 44, 610—617; Can. Inst. Min. and Met. Trans., 54, 388—395.

Mess el M. J. (1947). Examination and valuation of chrysotile asbestos deposits occurring in massive serpentine, Amer. Inst. Min. Met. Eng. Trans., 173, 79—84.

Mess el M. J. (1949). Recent trends in asbestos mining and milling practice, Min. Eng., 1, pt. 2, 52—55.

Rice H. R. (1948). Asbestos industry in Quebec, Can. Min. Jour., 69, № 10, 148—161.

Rice S. J. (1957). Asbestos, Calif. Div. Mines Bull., 176, 49—58.

Piordon P. H. (1955). The genesis of asbestos in ultrabasic rocks, Econ. Geology, 50, 67—81.

Riordon P. H. et a 1. (1957). Asbestos: Geology of Canadian Industrial Mineral Deposits, Montreal, Can. Inst. Min. and Met., 3—53.

Shride A. F. (1952). Localization of Arizona chrysotile asbestos deposits, Bull. Geol. Soc. Amer., 63, 1344.

Sinclair W. E. (1954). The production of asbestos in South Africa. Inst. Min. and Met. Bull., 566, 159—178; Trans., 63, 159—178.

Stewart L. A. (1955). Chrysotile-asbestos deposits of Arizona, U. S. Bur. Mines Inf. Circ., 7706; 1956, Inf. Circ., 7745.

Straw D. J. (1955). A world survey of the main chrysotile asbestos deposits, Can. Min. and Met. Bull., 48, 610—630; Can. Inst. Min. and Met. Trans., 58, 340—360.

Taber S. (1917). The origin of chrysotile veins, Econ. Geology, 12, 476-479.

Wilson E. D., Butler G. M. (1928). Asbestos deposits of Arizona, with an introduction on asbestos minerals, Univ. Ariz., Bur. Mines Bull., 126.