Курс лекций минск бгу 2004 +553. 4 Ббк рецензент ы: доктор геолого-минералогических наук А. К. Карабанов



жүктеу 2.5 Mb.
бет4/15
Дата15.06.2016
өлшемі2.5 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Лекция 4. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТИТАНА
КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. Титан был открыт английским химиком У. Грегори в 1791 г. в ильмените, а затем в 1795 г. немецким ученым М. Клапротом в рутиле (тогда титан получил свое название). В 1910 г. был получен чистый металл в процессе восстановления TiCl4 натрием. Применение металлического титана и его сплавов стало возможным с 1938 г., когда Кролем для получения титана был разработан технологический способ восстановления TiCl4 магнием и создана аппаратура для его промышленного производства.

Чистый титан – это яркий серовато-серебристый металл, имеющий прочность легированной стали, но вдвое легче ее. В отличие от стали вязок, пластичен, поэтому хорошо поддается механической обработке (прокату, ковке, резанию). Устойчив против коррозии, термостоек (температура плавления 1668º С, температура кипения – 3260º С).



ГЕОХИМИЯ. Кларк титана в земной коре 0,45 %. Повышенные концентрации его отмечаются в основных (0,9 %) и средних (0,8 %) интрузивных породах. Известно пять изотопов титана: 46Ti–50Ti, из которых наиболее распространен 48Ti. В природных условиях титан четырехвалентен и встречается только в кислородных соединениях. Относясь к «семейству железа» титан в то же время характеризуется отчетливыми литофильными свойствами. Он проявляет тенденцию к рассеиванию в магнезиально-железистых силикатах, концентрируясь в габбро, горнблендитах и пироксенитах, а также в некоторых щелочных породах. В зоне гипергенеза минералы титана устойчивы и могут образовывать россыпи. В условиях выветривания и осаждения он имеет геохимическое сродство с Al2O3 и концентрируется в бокситах кор выветривания, а также в морских глинистых осадках.

МИНЕРАЛОГИЯ. В настоящее время известно около 70 титановых минералов. Еще большее число минералов содержат титан в качестве примеси. Промышленное извлечение титана производят в основном из ильменита и рутила. Ильменит FeTiO3 (содержание Ti 31,6 %). Обычно в нем наблюдается примесь Mg и Mn, кристаллизуется в тригональной сингонии, характерны таблитчатые кристаллы. Цвет минерала черный, блеск полуметаллический, твердость 5–6, удельная масса 4,7 г/см3. Рутил TiO2 (Ti 60 %), содержит примесь Fe, Ta, Nb, Sn и др. Кристаллизуется в тетрагональной сингонии, кристаллы призматические, столбчатые, игольчатые. Цвет минерала желтый, красный, черный, черта светло-бурая, блеск алмазный и металловидный, твердость 6, удельная масса 4,3 г/см3. При комплексной переработке руд его извлекают из других титансодержащих минералов: титаномагнетита – Fe3O4+FeTiO3, перовскита – CaTiO3, лопарита – (Na,Ce,Ca) (Nb,Ti)O3. В небольших количествах титан получают также из лейкоксена и сфена.

ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Титан в настоящее время находит применение во многих отраслях промышленности. Сплавы его с небольшими добавками алюминия, хрома, марганца и других металлов имеют высокую прочность, жаропрочность, малую плотность. Они являются важнейшими конструкционными материалами для деталей ответственного назначения, используемых в «тяжелых условиях» – при высоких или очень низких температурах, в морской воде и во влажном морском воздухе.

Титан и его сплавы применяются для изготовления многих деталей самолетов, морских судов, а также в химической промышленности. Особой прочностью характеризуются титан-ванадиевые сплавы, которые используются в ракетостроении и космической технике, например, для изготовления баллонов высокого давления, топливных систем ракет «Апполон», «Сатурн», корпусов двигателей космических кораблей и др. Сплавы титана находят применение при изготовлении быстрорезов (скоростное резание металлов), титановых белил и эмалей, для производства дымообразователей, получения гипохлорита натрия NaClO (используется для обезвреживания циансодержащих сточных вод).

Кондиционными на титан являются россыпные месторождения с содержанием не менее 20 кг/т в пересчете на «условный ильменит», а для коренных месторождений – руды, дающие при механическом обогащении выход ильменитового концентрата не менее 10 % или рутилового не менее 1,5 % от массы исходной руды.

РЕСУРСЫ И ЗАПАСЫ. Ресурсы титана выявлены в 48 странах мира и оцениваются в 1,2 млрд т (в пересчете диоксид титана – TiO2), в том числе в ильмените – около 1 млрд т, остальные – главным образом в рутиле и анатазе. Большая часть ресурсов титана сосредоточена в недрах Австралии, Индии, Канады, Китая, Норвегии, США, Республики Корея, Украины и ЮАР.

По общим запасам титана полной статистической информации нет. По данным ГНПП «Аэрогеология» Министерства природных ресурсов РФ мировые (без России) подтвержденные запасы на начало 1997 г. составили около 735 млн т. Они распределяются следующим образом: Азия – 422,3 млн т (57,4 %), Америка – 142,5 млн т (19,4 %), Африка – 72,1 млн т (9,8 %), Европа – 60,8 млн т (8,3 %), Австралия и Океания – 37,3 млн т (5,1 %).

Запасы коренных (магматических) месторождений составляют около 69 % мировых (без России), месторождения кор выветривания – 11,5 %, россыпных месторождений – 19,5 %. На долю запасов в ильмените приходится более 82 %, в рутиле – 6 % и в анатазе – менее 12 %. Ильменит-магнетитовые и ильменит-гематитовые руды коренных месторождений составляют основу минерально-сырьевой базы титановой промышленности Канады, Китая и Норвегии. Месторождения коры выветривания карбонатитов разрабатываются пока только в Бразилии. В остальных странах основные запасы титановых минералов сосредоточены в россыпях, а также комплексных месторождениях.

В настоящее время в мире выявлено более 300 месторождений титановых минералов, в том числе 70 – магматических, 10 – латеритных и более 230 россыпных. Из них разведано по промышленным категориям 90 месторождений, преимущественно россыпных.

По запасам диоксида титана промышленные месторождения подразделяются на следующие группы: 1) очень крупные (уникальные) с запасами превышающими 10 млн т; 2) крупные – 1–10 млн т; 3) средние – от 100 тыс. т до 1 млн т; 4) мелкие – от 50 до 100 тыс. т.

ДОБЫЧА И ПРОИЗВОДСТВО. В 1995–2000 гг. добыча титановых руд и титансодержащих песков осуществлялась в 12 странах. Действовало 23 карьера и один рудник. Коренные месторождения разрабатывались в Норвегии (Теллнес) и Канаде (Аллард-Лейк), в Китае – коренное месторождение (Панчжихуа) и россыпные, в Бразилии – латеритное (Каталан-1) и россыпные, в остальных странах – только россыпные.

Извлеченные из недр руды и пески либо обогащались с получением ильменитового, рутилового, анатазового и лейкоксенового (а также цирконового, моноцитового и др.) концентратов, содержащих до 45–70 % TiO2, либо подвергались плавке с выходом титанового шлака (до 85 % TiO2) и чугуна или переработке на синтетический рутил.

Мировыми лидерами по производству концентратов являлись Австралия (51,6 % мирового производства) и Норвегия (17,3 %). Суммарные мощности обогатительных фабрик дальнего зарубежья в 1997 г. превышали 5,3 млн т / год и использовались на 75–80 %. Для освоения новых месторождений строятся или проектируются фабрики в Австралии, Вьетнаме, Мозамбике и ЮАР.

МЕТАЛЛОГЕНИЯ И ЭПОХИ РУДООБРАЗОВАНИЯ. Месторождения титана формировались главным образом на ранней стадии геосинклинального этапа в связи с отчетливо дифференцированными интрузиями пород габбро-пироксенит-дунитовой формации. Они залегают в форме лополитообразных или плитообразных тел, приуроченных к зонам глубинных разломов, развитым в областях сочленения древних платформ с протерозойскими и раннепалеозойскими складчатыми сооружениями. С зонами активизации древних платформ связано образование многофазных плутонов щелочного и ультраосновного состава с лопаритовым, перовскитовым и титаномагнетитовым оруденением. В процессе разрушения ильменит-рутил- и анатазсодержащих пород возникли латеральные, проалювиальные и аллювиальные россыпи.

Титановые месторождения формировались в различные эпохи – от докембрийской до кайнозойской включительно. Докембрийская эпоха являлась наиболее благоприятной для образования крупных коренных месторождений титаномагнетитовых и ильменитовых руд. Они сосредоточены в пределах древних платформ или областей развития докембрийских образований, где пространственно связаны с ультрабазитами и базитами нормального ряда. Особенно широко распространены эти интрузивные комплексы на Африканском, Канадском и Балтийском щитах и Австралийской платформе. Крупнейшие месторождения находятся в ЮАР и приурочены к Бушвельдскому комплексу пород габбро-перидотитовой формации, абсолютный возраст которых определен 1950 ± 100 млн лет. Такой же возраст имеет комплекс основных и ультраосновных пород Танзании, с которыми связаны также крупные месторождения титаномагнетита. В США в штате Нью-Йорк в Адирондакских горах расположено месторождение Тегавус, которое обеспечивает около 50 % добываемого в стране ильменита. Многочисленные месторождения титана докембрийского возраста выявлены в Канаде. Наиболее крупные из них – Аллард-Лейк, Лейк-Тио, Миллс, Пьюиджелон и другие, расположены в провинции Квебек. В России месторождения титаномагнетитовых руд известны в Карелии (Пудожгорское, Койкарское), в пределах габброидного пояса западного склона Южного Урала (Кусинское, Медведевское, Копанское и другие месторождения).



Раннепалеозойская эпоха была неблагоприятной для образования промышленных месторождений титана. Сравнительно небольшие месторождения известны на Урале, в Северной Европе и Южной Африке.

В позднепалеозойскую эпоху сформировалось весьма ограниченное количество промышленных месторождений. К ним относится Ярегское месторождение в Республике Коми. Источником производства титановых концентратов могут также стать апатит-нефелиновые руды Хибинского месторождения.

В мезозойскую эпоху промышленные месторождения титана практически не образовывались.

Кайнозойская эпоха ознаменовалась формированием крупных аллювиальных и прибрежно-морских россыпей титана. Они обычно содержат в значительных концентрациях ильменит, рутил, циркон, магнетит, титаномагнетит и лейкоксен, реже монацит и колумбит. Особенно широко россыпи распространены в Индии, Австралии, США и ЮАР. В Индии наиболее крупные россыпи сосредоточены на Траванкурском побережье в юго-западной части полуострова Индостан. Вдоль побережья россыпи («черные пески») прослеживаются в полосе протяжением 160 км, при средней ширине 150 м и мощности до 7,5 м. В Австралии разрабатываются прибрежные морские россыпи, протягивающиеся в виде полосы длиной более 1200 км от о. Фрезерс в штате Квинсленд до г. Сиднея (штат Новый Южный Уэльс). Среднее содержание минералов в тяжелой фракции составляет (%): рутила 20–45, ильменита 14–50, циркона 26–53, монацита 0,2–2,0. Общие запасы этих минералов, подсчитанные по 16 наиболее крупным месторождениям, оцениваются в 2,4 млн т, в том числе рутила 750 тыс. т и ильменита 660 тыс. т.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. Среди промышленных месторождений титана выделяются: 1) магматические, 2) россыпные, 3) выветривания, 4) осадочно-вулканоген-ные, 5) метаморфогенные.

Магматические месторождения по составу материнских пород делятся на два класса: 1) связанные с основными и ультраосновными массивами и 2) с комплексами щелочных пород. Крупные месторождения титаномагнетитовых руд широко распространены в пределах Южно-Африканского, Канадского, Балтийского и Индостанского щитов. Типичными являются месторождения, залегающие в норитах Бушвельдского комплекса. Здесь пластообразные рудные тела мощностью 0,3–0,6 м прослеживаются по простиранию на многие километры. Они содержат 51–60 % Fe и 12–20 % Ti. В России типичным титаномагнетитовым месторождением, связанным с габбро, является Кусинское, а приуроченное к пироксенитам среди габбро – Качканарское.

Кусинское месторождение (Южный Урал) залегает в дайкообразном массиве основных пород, внедрившихся по контакту карбонатных пород саткинской свиты и гранитогнейсов. Габброидный массив, вмещающий рудные тела, сильно дифференцирован. Среди пород массива наиболее широко развиты габбро (обычно полосчатые габбро), состоящие из лейкократовых и меланократовых полос; подчиненное значение имеют горнблендиты и пироксениты, а также анортозиты и габбро-пегматиты.

Большинство рудных тел Кусинского месторождения имеет жилообразную форму и располагается в центральной части рудоносной полосы. Простирание рудных жил соответствует общему направлению рудоносной полосы, т. е. примерно северо-восточное (40–50º). Главные рудные жилы прослеживаются на 2–2,5 км. Мощность их изменяется от 0,5 до 10 м (в среднем 3,5 м); падение жил юго-восточное под углом 70–80º, местами вертикальное. Руды сложены магнетитом (60–70 %) и ильменитом (20–30 %) с незначительной примесью борнита, халькопирита, хлорита, пироксенов, гематита, пирита и др. Они содержат 50–57 % Fe, 10–20 % TiO2, 1–2 % Cr2O3, 0,12 % S, а также заметные количества V. Ванадий связан с магнетитом и присутствует в виде изоморфной примеси, а также входит в состав ванадийсодержащего магнетита – кульсонита.



Россыпные месторождения. Среди них различают два класса: прибрежно-морские и континентальные. Главное значение имеют прибрежно-морские ильменит-рутил-цирконовые россыпи. Из современных прибрежно-морских россыпей рутил и ильменит добывают в Австралии, Индии, Шри-Ланка, Сьерра-Леоне, Бразилии и США. Наиболее интересны в промышленном отношении пляжевые россыпи Австралии в центральной части восточного побережья, где они с перерывами прослеживаются более чем на 75 км. Ширина их достигает 800 м, мощность продуктивного пласта – 1,8 м. Содержание рутила 18–20 кг/м3, ильменита 15–16 кг/м3.

Древние прибрежно-морские россыпи представлены слабо сцементированными или уплотненными рудными песками мезо-кайнозойского возраста. Типичным представителем являются Средне-Днепровские месторождения циркон-рутил-ильменитовых песков Украины. Они образовались за счет размыва мощной мезозойской коры выветривания метаморфических пород Украинского кристаллического щита, последующей сортировки и переотложения продуктов выветривания на бортах Днепровско-Донецкой и Причерноморской впадин в третичный период.

Континентальные россыпи распространены преимущественно в аллювии, элювии и пролювии четвертичных, палеогеновых и нижнемеловых отложений. Рудные тела аллювиальных россыпей, как правило, имеют форму лентовидных залежей, приуроченных к долинам рек. По минеральному составу континентальные россыпи обычно полимиктовые (ильменит, кварц, полевой шпат, каолинит и др.). Размеры зерен ильменита 0,1–0,25 мм и более. Окатанность их слабая. Содержание ильменита в промышленных континентальных россыпях варьирует от 20–30 до 200–500 кг/м3.

Месторождения выветривания. Эти месторождения возникают в условиях жаркого и влажного климата при выветривании габбро-анортозитовых и метаморфических пород, содержащих повышенные концентрации ильменита и рутила. При этом зерна рудных минералов сохраняют первичную форму кристаллов (они не окатаны). Мощность кор выветривания достигает нескольких десятков метров. Типичным примером может служить Стремигородское месторождение, образовавшееся при выветривании габбро-анортозитового массива на Волыни (Украина). Кора выветривания здесь обогащена только ильменитом, содержание которого достигает 300–500 кг/м3. На Кундыбаевском месторождении в Казахстане, образовавшемся в процессе выветривания метаморфических пород, в коре выветривания содержится до 180 кг/м3 ильменита и до 75 кг/м3 рутила.

Осадочно-вулканогенные месторождения. Они тесно связаны с титаноносными вулканогенно-осадочными образованиями и встречаются сравнительно редко. Наиболее типичным представителем является месторождение Нижний Мамон, расположенное в Воронежской области. Район месторождения сложен осадочными и вулканогенно-осадочными породами палеозоя, мезозоя и кайнозоя, залегающими на докембрийском кристаллическом фундаменте. Продуктивными являются отложения ястребовского горизонта девона. Глубина залегания его 50–70 м. Мощность вулканогенно-осадочных образований варьирует от 2–3 до 35 м. Наибольшее количество ильменита приурочено к грубообломочным туфам, туффитам и туфопесчаникам, в которых эффузивные обломки представлены преимущественно породами основного состава. Цементом служит магнезиально-железистый хлорит. Наиболее обогащены ильменитом (иногда до 50 % массы) грубообломочные разности туфогенных пород. Размеры зерен ильменита составляют, как правило, 0,25–0,30 мм. Образование вулканогенных пород, содержащих ильменит, по-видимому, происходило в мелководном морском бассейне вследствие проявления подводной вулканической деятельности.

Метаморфогенные месторождения. Среди них различают метаморфизованные и метаморфические месторождения титана.

Метаморфизованные месторождения возникли в результате метаморфизма продуктивных песков и превращения их в песчаники и кварциты. Они известны в пестроцветных лейкоксен-кварцевых песчаниках девонских отложений Тимана. Здесь наиболее крупным является Ярегское месторождение, представляющие собой погребенную метаморфизованную девонскую россыпь. Развиты два рудоносных горизонта: нижний сложен грубо- и крупнозернистыми кварцевыми песчаниками с прослоями алевролитов и аргиллитов, верхний – полимиктовыми конгломератами и разнозернистыми кварцевыми песками. Рудные минералы представлены полуокатанными зернами лейкоксена и единичными зернами ильменита. Из зарубежных метаморфизованных месторождений наиболее известно Робинзон Коп в США (штат Виргиния). Здесь среди песчаников кембрия встречаются линзообразные тела, обогащенные рутилом и ильменитом, составляющими в сумме до 50 % объема этих тел.

Метаморфические месторождения титана приурочены к древним кристаллическим сланцам, гнейсам, эклогитам и амфиболитам. Образуются они в результате метаморфизма различных пород, обогащенных титаном. К этому классу относятся: месторождение Харворд (США), где продуктивными являются докембрийские хлоритовые сланцы, содержащие до 20 % рутила; месторождение Плюмо-Идальго в Мексике (докембрийские гнейсы с содержанием рутила до 25 %); месторождения Среднего Урала (Кузнечихинское), Кольского полуострова и др.

МЕСТОРОЖДЕНИЯ И РУДОПРОЯВЛЕНИЯ В БЕЛАРУСИ. В Беларуси в 1966 г. открыто сравнительно небольшое по запасам Новоселковское месторождение ильменит-магнетитовых руд, связанное с интрузией габбро. В рудах содержание TiO2 составляет 4,2–6,0 %. По данным института «Гипприрода» (Санкт-Петербург) с железными рудами месторождения связано 4,06 млн т TiO2.

Известно пять рудопроявлений титана и циркония, приуроченных к кварц-глауконитовым пескам палеогена: Микашевичское, Житковичское, Кобринское, Ковыжевское и Глушкевичское. Микашевичское проявление тяготеет к Микашевичско-Житковичскому выступу пород кристаллического фундамента. Зона ископаемых россыпей шириной 4–5 км простирается в субширотном направлении на 23 км. Продуктивные песчаные горизонты киевской свиты залегают в интервале глубин 45–53 м. Средние и максимальные содержания составляют соответственно (кг/м3): ильменита 7,08 и 8,46, циркона – 2,11 и 2,48.



Лекция 5. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ВАНАДИЯ
КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. Ванадий был открыт в 1801 г. мексиканским минералогом Дель Рио. Впервые он получил промышленное применение в 1905 г. в черной металлургии. В XX в. его стали широко применять для легирования чугуна и стали.

ГЕОХИМИЯ. Кларк ванадия в земной коре 0,009 %. Повышенные содержания ванадия (0,02 %) отмечаются в основных породах – габ-бро и базальтах. В природе известно два стабильных изотопа ванадия: 50V и 51V. Наиболее широко распространен изотоп 51V. В магматических образованиях встречаются соединения только трехвалентного ванадия. Близость ионных радиусов V3+ и широко распространенных в магматических породах Fe3+ и Ti4+ приводит к тому, что ванадий в гипогенных процессах целиком находится в рассеянном состоянии и не образует собственных минералов. Поэтому концентраторами его являются минералы, содержащие Fe и Ti, – титаномагнетит, рутил, сфен, ильменит, пироксены, амфиболт. В гидротермальных образованиях наблюдаются минералы трех-, четырех- и пятивалентного ванадия. Он склонен к образованию комплексных соединений с галоидами (Cl, F), что способствует переносу ванадия гидротермальными растворами.

По-иному ведет себя ванадий в экзогенном процессе. Он легко переносится в растворах и адсорбируется различными природными продуктами. Среднее содержание ванадия в речных водах 1·10-7 %, а в морской воде – 0,001–0,003 мг/л. Речными и морскими водами ванадий переносится в виде взвесей и истинных растворов (VCl3, VCl4, VOCl, VOCl3), а также адсорбируется гидрооксидами железа, алюминия и органическим веществом (ОВ). В зоне гипергенеза растворы, обогащенные ванадием, легко вступают в химические соединения с рядом компонентов и образуют ванадаты – соли ортованадиевой кислоты H3VO4.



МЕНЕРАЛОГИЯ. В природных условиях известно около 70 минералов, содержащих ванадий. Больше половины из них ванадаты, остальные относятся к оксидам, сульфидам и силикатам. Только некоторые из них образуют промышленные концентрации: роскоэлит, карнотит, патронит, ванадинит, деклуазит.

Роскоэлит KV2AlSi3O10(OH)2 (содержание V2O5 19–29 %). Минерал назван по фамилии минералога Г. Э. Роско. Карнотит K2U2[VO4]2O4·3H2O (содержание V2O5 20 %) (по фамилии французского горного инженера Карно), кристаллизуется в моноклинальной сингонии, ярко-желтого цвета, твердость 2–2,5, удельная масса 4,5 г/см3. Патронит VS4 (содержание V2O5 29 %); ванадинит Pb5(VO4)3Cl (содержание V2O5 19 %) кристаллизуется в гексагональной сингонии, кристаллы коротко- и длиннопризматические до игольчатых и волосовидных, цвет оранжево-красный и бурый, твердость 2,5–3, удельная масса 7,1 г/см3; деклуазит (Zn,Cu) Pb[VO4]OH (содержание V2O5 20–23 %), (по фамилии Деклуазо), кристаллизуется в ромбической сингонии, габитус кристаллов изменчивый: дипирамидальный, призматический, реже таблитчатый или короткопризматический, цвет вишнево-красный, бурый до черного, блеск жирный, твердость 3–3,5, удельная масса 6,2 г/см3.

Ванадий в основном (70 %) извлекают титаномагнетитовых руд – титаномагнетита и магнетита. В титаномагнетите за счет присутствия мелких включений кульсонита FeO·V2O3 содержание ванадия может достигать нескольких процентов. Повышенные концентрации ванадия (до 1–2 % V2O5) часто наблюдаются в эгирине, сфене, гранате, амфиболах и некоторых других минералах. Кроме того, источником ванадия могут служить: осадочные железные руды, зола некоторых углей и горючих сланцев.



ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Основной областью применения ванадия является черная металлургия (около 90 %), где он используется для легирования чугуна и стали. Небольшое количество ванадия, добавленное к любой стали, способствует удалению кислорода и азота, резко повышает ее твердость, упругость и сопротивление разрыву, уменьшает истирание стенок двигателей внутреннего сгорания. Для легирования конструкционных сталей обычно на 1 т стали идет 1–10 кг ванадия. Ванадий применяется для производства сплавов с железом, кремнем, титаном, кобальтом, алюминием. Титано-ванадиевые сплавы используются для изготовления деталей сверхзвуковых самолетов, космических кораблей, ракет-носителей и т. д.

В химической промышленности ванадий применяется при производстве анилиновых красок и катализаторов, используемых при производстве серной кислоты и синтетического каучука. В небольших количествах он находит применение в керамической промышленности (для окрашивания керамических изделий), для изготовления цветных кино- и фотопленок, при производстве литографских красок.

В настоящее время основные объемы ванадия извлекают попутно при переработке руд железа, титана, урана, свинца, цинка и фосфатов. В СНГ главным сырьем для получения ванадия являются титаномагнетитовые руды. После доменной плавки этих руд почти весь ванадий переходит в чугун. Затем в процессе передела чугуна на сталь остаются шлаки, содержащие до 25 % V2O5. Они подвергаются обжигу с сильвинитом или содой (Na2CO3) и последующему выщелачиванию с выделением технического пентоксида ванадия.

РЕСУРСЫ И ЗАПАСЫ. Новых статистических данных о мировых ресурсах и запасах ванадия в мире в опубликованных российских источниках не имеется. Общие запасы ванадия (в пересчете на V2O5) в конце 1980-х годов в капиталистических и развивающихся странах составляет 6,7 млн т, 85 % которых были сосредоточены в ЮАР и Австралии, остальные – в Индии, США, Финляндии, Норвегии и Намибии.

По запасам пектоксида ванадия выделяют следующие группы месторождений: 1) уникальные с запасами в миллионы тонн; 2) крупные – сотни–десятки тысяч тонн; 3) мелкие – единицы тысяч тонн.



ДОБЫЧА И ПРОИЗВОДСТВО. Добыча руд и производство ванадийсодержащий концентратов осуществляется в ЮАР, США, Финляндии, Норвегии, России, Намибии и в некоторых других странах. Минимальное содержание V2O5 в титаномагнетитовом концентрате 0,3 %; вредные примеси – CaO и P. Производство ванадиевых концентратов (в пересчете на V2O5) в 1985–1990 гг. составляло около 35–40 тыс. т. Основной страной-производителем этого вида продукции является ЮАР (около 70 % от мирового производства).

МЕТАЛЛОГЕНИЯ И ЭПОХИ РУДООБРАЗОВАНИЯ. В эндогенных условиях месторождения ванадия возникали на ранней стадии геосинклинального этапа в связи с интрузиями пород габбро-пироксенитовой формации. В этих формациях ванадий тесно связан с титаномагнетитовыми и ильменит-магнетитовыми рудами. Распределение ванадийсодержащих интрузивных массивов в докембрийских толщах подчиняется следующим закономерностям: 1) на щитах платформ северного полушария (Северо-Американской, Восточно-Европейской и Сибирской) распространены небольшие по размерам, но многочисленные массивы основных и ультраосновных пород, содержащие относительно небогатую ванадием титаномагнетитовую руду; 2) в Южном полушарии интрузивы гипербазитов не столь многочисленны, но среди них встречаются очень крупные (например, Бушвельдский массив); 3) главнейшие ванадиеносные интрузивные массивы, как правило, образуют рудоносные зоны, контролируемые глубинными разломами, и которые размещаются вдоль границ древних платформ и протерозойских геосинклиналей.

В экзогенных условиях ванадий концентрировался в осадочных толщах углеродисто-кремнистых черных сланцев, образовавшихся на геосинклинальном этапе, а также в осадочных рудах железа, бокситах, углях и зонах окисления месторождений уран-ванадиевого и полиметаллического состава.



Докембрийская эпоха – наиболее благоприятная для образования эндогенных месторождений ванадия. В это время сформировались крупнейшие в мире месторождения, связанные с Бушвельдским комплексом. В титаномагнетитовых рудах содержание V2O5 составляет 0,4–2,5 %. Наиболее крупное месторождение Магнет Хейтс. На базе руд Бушвельдского комплекса созданы заводы по производству ванадиевых шлаков годовой производительностью 20 тыс. т в пересчете на V2O5. В Финляндии разведано несколько коренных месторождений (Отанмяки, Вуолийоки и др.), в рудах которых среднее содержание V2O5 достигает 2,4 %. В России месторождения ванадийсодержащие титаномагнетитовые руды известны в Карелии и на Южном Урале.

В раннепалеозойскую эпоху промышленные эндогенные месторождения ванадия практически не образовывались. В это время возникли экзогенные месторождения ванадия, связанные с углеродисто-кремнистыми сланцами.



Позднепалеозойская эпоха в целом являлась малопродуктивной для ванадия. В это время образовывались сравнительно небольшие месторождения, связанные в основном с углями и углеродисто-кремнистыми сланцами.

Мезозойская и кайнозойская эпохи рудообразования являлись глобальными для формирования морских и континентальных оолитовых железных руд, являющихся концентраторами ванадия. Наиболее крупные месторождения этого типа образовались в Западной Европе (Лотарингский бассейн) и на территории СНГ (Керченский железорудный бассейн).

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. К промышленным месторождениям ванадия принадлежат: 1) магматические, 2) выветривания, 3) россыпные, 4) осадочные, 5) метаморфогенные.

Магматические месторождения. В месторождениях этого типа сосредоточены основные запасы промышленных ванадийсодержащих руд. Они пространственно связаны с основными и ультраосновными изверженными породами. Площади наиболее крупных массивов достигают нескольких сотен квадратных километров, а изредка до тысяч квадратных километров. Среднее содержание ванадия в рудах невысокое – 0,1–1 %. Однако запасы ванадийсодержащих руд на некоторых месторождениях достигают нескольких миллионов тонн. Наиболее высокие концентрации ванадия наблюдаются в рудных минералах в породах ультраосновного состава. Важнейшие провинции эндогенных месторождений ванадия в России: 1) восточного склона Урала (Гусевогорское, Качканарское, Первоуральское и др. месторождения), 2) западного склона Урала (Кусинское, Медведевское, Маткальское, Копанское), 3) Карело-Кольская (Пудожгорское, Елеть Озеро и др.), 4) Кузнецко-Саянская (Лысаковское, Кедранское и др.), 5) Восточно-Забайкальская (Кручининское и др.), 6) Сибирская трапповая (Камышевский Байкитик и др.). Наиболее значительные магматические месторождения ванадия дальнего зарубежья: Бушвельд (ЮАР), Миллз, Лак-Тио, Пьиджелон (Канада), Тегавус (США), Баррамби (Австралия), Родсенд, Сельвог (Норвегия), Таберг (Швеция).

Месторождения выветривания формируются в зонах окисления полиметаллических руд. Они, как правило, небольшие по запасам. Ванадий концентрируется только в окисленных рудах (содержание его достигает 5,5 %). Рудные тела имеют трубообразную форму, верхняя часть их сложена окисленными рудами, содержащими церуссит, смитсонит, малахит, англезит, азурит и минералы ванадия – деклуазит, купродеклуазит и ванадит. Глубина зон окисления руд обычно не превышает нескольких сот метров. Месторождения этого типа широко распространены в Африке (Брокен-Хилл в Замбии, Тсумеб, Берг-Аунас, Абенаб в Намибии), встречаются также в Австралии, США, Аргентине, Мексике и России.

Россыпные месторождения известны в Австралии, Новой Зеландии, Индии, России и других странах. По генезису – это прибрежно-морские россыпи ванадийсодержащих титаномагнетитовых песков. Содержание V2O5 в них невысокое – около 0,7 %. Крупные россыпи ванадийсодержащих песков известны на побережье Новой Зеландии (запасы около 800 тыс. т).

Осадочные месторождения. Значительные количества ванадия концентрируются в осадочных месторождениях железа, бокситов, а также в сланцах, углях и нефтях. В оолитовых бурых железняках (Лотарингский, Керченский бассейны и др.) содержится 0,05–0,1 % V2O5, который извлекается. Повышенные содержания ванадия установлены в бокситах Италии, в углях многих месторождений (в золе содержание V2O5 достигает десятых долей процента).

Месторождения ванадиеносных сланцев представлены чередованием пачек углисто-глинистых и кремнистых сланцев суммарной мощностью в десятки метров, при мощности отдельных пачек 0,5– 2,0 м. Ванадий концентрируется главным образом в углистых прослоях, где содержание его достигает 1–2 %, в то время как в кремнистых прослоях снижается до 0,2–0,3 %. Состав таких руд очень сложный: углистое вещество с участием карбонатов и ванадатов (ванадит, узбекит, фольбортит), фосфаты, барит, роскоэлит и др.

Карнотитовые и роскоэлитовые месторождения в пестроцветных отложениях (алевролиты, песчаники, гравелиты, конгломераты) осадочного чехла (тип «плато Колорадо») распространены во многих странах, но наибольшее значение имеют в США, где в них наблюдаются повышенные концентрации ванадия (до 1,7 %), урана (0,18– 0,34 % U3O8) и меди (около 0,5 %).

Повышенной ванадиеносностью характеризуются высокосернистые нефти Урало-Волжской провинции, Венесуэлы, Ирана и некоторых других нефтегазоносных областей.

Патронит в асфальтитах отрабатывается на месторождении Минас Рагра. Оно расположено в Перу на высоте 4700 м. Район месторождения сложен глинистыми сланцами, песчаниками и известняками мелового возраста. Породы прорваны дайками порфиров. Главное рудное тело прослежено по простиранию на 100 м при мощности от нескольких сантиметров до 9–12 м. Руда сложена черным аморфным патронитом в асфальтоподобном веществе, содержащем серу и примесь вторичных сернистых соединений никеля (бравоит – (Fe,Ni,Cо)S2). Руды очень богатые и содержат V2O5 до 15 %, Ni – 1,5 %, Mo – 0,5–1,5 %. Условия образования этого месторождения не совсем ясны. Предполагается, что в процессе образования асфальта (при разложении белков животного и растительного происхождения без доступа воздуха) выделялось значительное количество H2S, который в верхней зоне частично окислялся до самородной серы, частично же осаждал из грунтовых растворов V, Ni и Mo.

Метаморфогенные месторождения. Месторождения этого типа немногочисленны. Они известны в Финляндии, Норвегии и США. В Финляндии – это месторождение Отанмяки. Здесь в амфиболитах, залегающих в гранито-гнейсах, развиты две зоны линзовидных рудных тел, сложенных ильменит-магнетитовыми рудами со средним содержанием ванадия 0,62 %. На месторождении попутно ежегодно извлекают 1,3–1,5 тыс. т ванадия.

В США находится месторождение Уилсон-Спрингс. Оно приурочено к зоне аргиллитизации на контакте нефелиновых сиенитов и кристаллических сланцев. Концентраторами ванадия служат глинистые минералы. Содержание ванадия в них в среднем составляет 0,6 %. Запасы V2O5 на месторождении около 30 тыс. т.



МЕСТОРОЖДЕНИЯ И РУДОПРОЯВЛЕНИЯ В БЕЛАРУСИ. В ильменит-магнетитовых рудах Новоселковского месторождения среднее содержание V2O5 составляет 0,15–0,24 %. Подсчитанные по категории C2 запасы ванадия (в пересчете на V2O5) оценены в 164,2 тыс. т.

Лекция 6. МЕСТОРОЖДЕНИЯ НИКЕЛЯ
Никель, наряду с алюминием, кобальтом, медью, свинцом, цинком, оловом, вольфрамом, молибденом, висмутом, сурьмой, ртутью и магнием, относится к цветным металлам.

КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. Никель известен еще с глубокой древности. Он входил в состав сплавов, из которых чеканили монеты еще в Бактрийском царстве (200 лет до н. э.). Из сплава никеля, меди и цинка в древнем Китае изготовляли различные металлические изделия. Как химический элемент никель впервые был открыт шведским химиком А. Кронстедом в 1751 г. в минерале никелине. В средние века саксонские рудокопы часто встречали скопления красноватых руд, которые принимали за медные. Однако выплавить из них медь, как ни старались, так и не смогли, так как температура плавления никеля почти на 400º С выше, чем у меди. Они дали название этой руде «купферникель» («медный дьявол»). Когда А. Кронстедт открыл в этом минерале новый элемент, он назвал его никель («дьявол»), отбросив «купфер» – медный.

В конце XIX – начале XX века никель еще относился к очень редким металлам. Из него изготовляли кулоны, браслеты и прочие украшения. Впервые крупные залежи никеля, когда он еще считался драгоценным металлом, были открыты на о. Новая Каледония в Тихом океане.

Никель – серебристо-белый, тугоплавкий металл (температура плавления 1453º С). Он тверд, гибок, ковок, тягуч, хорошо поддается полировке, химически малоактивен.

ГЕОХИМИЯ. Кларк никеля в земной коре 0,0058 %. Содержание его в ультраосновных породах (1,2·10-1 %) примерно в 200 раз выше, чем в кислых (8·10-4 %). Известно пять стабильных изотопов никеля: 58Ni, 60Ni, 61Ni, 62Ni и 64Ni, среди которых преобладает 58Ni.

Промышленные концентрации никеля обычно ассоциируют с базит-гипербазитовыми магмами, связанными с подкоровыми очагами. Ему присущи сидерофильные и халькофильные свойства. В ультраосновных породах никель связан, как правило, с оливинами, содержащими 0,13–0,41 % Ni, в которых он изоморфно замещает Fe и Mg. При наличии в магме серы никель наряду с медью и железом, обособляется в виде сульфидов. В процессе раскристаллизации отликвировавшего сульфидного расплава возникают магматические месторождения сульфидных медно-никелевых руд.

В гидротермальном процессе совместно с кобальтом, мышьяком, серой, иногда и висмутом, ураном и серебром никель образует повышенные концентрации в виде арсенидов и сульфидов.

В экзогенных условиях никель накапливается в коре выветривания в результате выщелачивания его из серпентинитов и оливина. Переходя в раствор и при наличии избыточной CO2 мигрирует в виде бикарбоната Ni(HCO3)2. Осаждение его происходит обычно в нижних горизонтах кор выветривания, где создаются условия для образования водных силикатов никеля, а также содержащих никель ферри- и алюмосиликатов.



МИНЕРАЛОГИЯ. Известно 45 минералов никеля. Главными минералами руд сульфидных месторождений являются пентландит, миллерит и никелин. Пентландит (Fe,Ni)S (содержание Ni 22–42 %) (по фамилии ирландского естествоиспытателя Дж. Б. Пентланда). Кристаллизуется в кубической сингонии. Характерны агрегаты зернистые; пластинчатые и пламенеобразные выделения в пирротине, образующиеся в результате распада твердого раствора. Цвет бронзово-желтый, блеск металлический, твердость 3–4, удельная масса 4,5– 5 г/см3. Обычно содержит примесь кобальта (до 3 %) и палладия.

Миллерит NiS (Ni до 65 %) (по фамилии Миллер). Кристаллизуется в тригональной сингонии. Агрегаты зернистые, радиальнолучистые, спутанно-волокнистые, корочки. Цвет латунно-желтый, блеск металлический, твердость 3–3,5, удельная масса 5,6 г/см3. Минерал встречается в жильных медно-никелевых сульфидных рудах и гидротермальных месторождениях комплексных никель-кобальт-серебряных руд.

Никелин NiAs (Ni до 44 %), кристаллизуется в гексагональной сингонии. Минерал бледного медно-красного цвета, дает буровато-черную черту, блеск металлический, образует агрегаты зернистые, почковидные со столбчатой и радиальнолучистой структурой, сетчатые и дендритовые, твердость 5–5,5, удельная масса 7,8 г/см3. Содержит примесь Fe, S, Sb и Co. Встречается в гидротермальных месторождениях комплексных никель- кобальт- серебряных руд.

Из других минералов необходимо отметить сернистые и мышьяковые соединения никеля и кобальта: хлоантит (NiCo)As2, герсдорфит (NiCo)AsS и раммельсбергит NiAs2.

Особенно большое практическое значение имеют силикаты никеля (гарниерит, непуит, ревдинскит и др.), развитые в корах выветривания. Гарниерит NiO·SiO2·H2O (содержание NiO 46 %) (по фамилии французского инженера и минералога Ж. Гарнье), светло-зеленый гидросиликат. Образует агрегаты землистые, натечные, скрытокристаллические.

Непуит 12NiO·3SiO2·2H2O (NiO 20–46 %) – гидросиликат никеля зеленого цвета с голубоватым оттенком. Кристаллизуется в моноклинальной сингонии, габитус кристаллов пластинчатый, агрегаты чешуйчатые, пластинчатые, твердость 2–2,5, удельная масса 2,5– 3,2 г/см3.

Ревдинскит 3(Ni,Mg)O·2SiO2·2H2O (NiO до 46 %) – зеленовато-голубой гидросиликат никеля, встречается в парагенезисе с гарниеритом и непуитом.

ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. В настоящее время никель широко применяется в металлургии (около 80 % общего потребления) для производства легированных сталей и сплавов. Крупными потребителями никелевых сплавов являются тракторная и автомобильная промышленность, станкостроение и электронная промышленность. Наиболее широкое применение имеют сплавы Ni с Cu, Zn, Al (латунь, нейзильбер, мельхиор, бронза), Ni с Сr (нихром), монетный сплав (75 % Cu+25 % Ni) и платинит (49 % Ni+51 % Fe).

В химической и пищевой промышленности чистый никель используется для изготовления разнообразной аппаратуры, в том числе тиглей, труб, приборов, посуды для выпаривания эфирных масел. Сплавы никеля находят применение в реактивной авиации, ракетостроении, в производстве оборудования для атомной промышленности. В XX в. никелевая сталь широко использовалась для производства брони, орудийных стволов, коленчатых валов и т. д. Е. Ф. Шнюков в книге «Мир минералов» писал, что когда в 1942 г. Германия захватила Печенгу, почти за 3 года оккупации было вывезено оттуда около 0,4 млн т богатых (пентландитовых) руд. Германская промышленность все эти годы на 3/4 снабжалась рудой Печенги. Однако «рудный путь» Кольский полуостров – Германия дорого обошелся немцам: на этом пути было уничтожено более 650 немецких транспортов и боевых кораблей.

В настоящее время никель извлекается из сульфидных, силикатных и комплексных руд. Содержание Ni в сульфидных рудах должно быть не менее 0,5–1,0 %, в силикатных – 1,3 %. Нижним пределом для комплексных сульфидных медно-никелевых руд считается 0,3 %.

РЕСУРСЫ И ЗАПАСЫ. Общие запасы никеля в мире на начало 1997 г. составляли 132,2 млн т, подтвержденные (разведанные) – 54,96 млн т. На долю четырех стран (Россия, Куба, Новая Каледония и Индонезия) приходится около 59 % мировых подтвержденных запасов никеля (табл. 3).
Таблица 3

Запасы никеля (тыс. т) в некоторых странах [6]


Часть света,

страна


Запасы

общие


Запасы подтверж-денные

Их % от мира

Средние содержания Ni в рудах, %

Россия

7300

6600

12

1,5

ЕВРОПА

8420

2980

5,4



Албания

3300

1000

1,8

1,2

Греция

2340

450

0,8

1,0

АЗИЯ

28400

6140

11,2



Индия

1380

860

1,6

1,2

Индонезия

10300

3200

5,8

1,7

Казахстан

1080

780

1,4

0,75

Китай

7400

730

1,3

0,9

АФРИКА

17730

4497

8,2



Ботсвана

820

480

0,9

0,7

Мадагаскар

1530

1440

2,6

1,4

ЮАР

9400

2500

4,5

0,4

АМЕРИКА

39295

27823

50,6



Бразилия

2920

670

1,2

1,7

Венесуэла

860

620

1,1

1,2

Гватемала

1545

900

1,6

1,8

Канада

9775

6200

11,3

1,5

Колумбия

1035

560

1,0

2,6

Куба

21100

18000

32,8

1,1

ОКЕАНИЯ И

АВСТРАЛИЯ



31010

6920

12,6



Австралия

5140

2200

4,0

2,1

Новая Каледония

24450

4500

8,2

2,1

Папуа-Новая Гвинея

1420

220

0,4

1,0
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет