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

В мире открыто более 400 месторождений никелевых руд, в том числе 235 сульфидных и 155 силикатных. По разведанным запасам месторождения никеля подразделяются на уникальные (более 1 млн т), весьма крупные (от 500 тыс. т до 1 млн т), крупные (от 250 до 500 тыс. т), средние (от 100 до 250 тыс. т) и мелкие (менее 100 тыс. т). К уникальным месторождениям, оказавшим существенное влияние на развитие никелевой промышленности, относятся сульфидные месторождения Норильск-1,Талнахское и Октябрьское в России, группы месторождений Садбери и Томпсон в Канаде, Агнью, Камбалда и Маунт-Кейт в Австралии, Цзиньчуань в Китае, а также силикатные месторождения на о. Эвбея в Греции, Непуи в Новой Каледонии, Помала и Гебе в Индонезии. Начальные запасы каждого из них превышали 1 млн т никеля.

К наиболее крупным компаниям относятся РАО «Норильский Никель» в России, «Inco Ltd». и «Falconbridge» в Канаде и «Western Mining Corp.» в Австралии. РАО «Норильский Никель» обеспечивает до 95 % добычи и производства никеля в России. В его структуру входят Норильский горнометаллургический комбинат (НГМК) и расположенные на Кольском полуострове ГМК «Печенганикель» и комбинат «Североникель».

Преобладающая масса сульфидных медно-никелевых месторождений сформировалась на стадии активизации древних платформ в связи с трапповым магматизмом. Основной путь образования таких месторождений – это ликвация, обусловленная снижением растворимости сернистых соединений Fe, Ni и Cu в зависимости от содержания в кристаллизующейся магме Fe, S, SiO₂ и Al₂O₃. Образовавшиеся в результате ликвации магмы сульфидный и силикатный расплавы в дальнейшем кристаллизовались независимо друг от друга, причем выделение силикатов опережало выделение сульфидов на 200–300º С. В зависимости от геологической и тектонической обстановки сульфиды могли оставаться на месте, образуя скопления сингенетичных руд, или проникать в трещины в теле интрузива и зоны дробления по контакту с вмещающими породами, формируя «отщепленные» тела эпигенетических медно-никелевых руд.

На щитах рудоносные массивы основных и ультраосновных пород внедрялись в зоны пересечения разрывных нарушений и в период становления подвергались стратификации. Месторождения, возникшие на краях активизированных платформ, приурочены к наиболее поздним дериватам расслоенных интрузивов основного состава. Оруденение локализуется в нижних горизонтах дифференцированных интрузий или в подстилающих породах.

Экзогенные месторождения силикатных никелевых руд, приуроченные к корам выветривания, образовывались на платформенном этапе. В зависимости от геологического строения рудоносных площадей, наличия или отсутствия карбонатных пород и особенностей строения рельефа формировались рудные залежи различной формы – плащеобразные, жилообразные и более сложные, приуроченные к карстовым полостям.

Месторождения никеля возникали в различные геологические эпохи. Главной в формировании сульфидных медно-никелевых руд являлась докембрийская эпоха рудообразования. В это время сформировалась преобладающая часть запасов Канады (район Садбери и оз. Линн, месторождения Мистери-Лейк, Моак-Лейк, Томпсон), Норвегии, Финляндии, Австралии и отдельные месторождения в России (Мончегорское). В Австралии в штате Западная Австралия выявлено более 30 месторождений сульфидных руд, приуроченных к докембрийским массивам ультрабазитов. По масштабам оруденения и добычи никеля выделяется месторождение Камбалда, доказанные запасы никеля которого составляют 1,1 млн т при среднем содержании Ni 1,5–2,0 %.

В раннепалеозойскую эпоху рудообразования промышленные месторождения никеля формировались в основном на северо-западе Европы. Наиболее крупным среди них является месторождение Рингерих в Норвегии.

Для позднепалеозойской эпохи рудообразования промышленные месторождения никеля не характерны. Встречаются гидротермальные кобальт-никелевые месторождения (Ховуаксы в Туве) и связанные с корой выветривания ультраосновных массивов (Урал).

В мезозойскую эпоху рудообразования образовались крупные месторождения сульфидных медно-никелевых руд в Норильском районе (Россия) и в ЮАР. В ЮАР месторождения сосредоточены в Восточном Грикваленде и связаны с основными интрузивными породами, залегающими среди осадочных свит системы Карру. По масштабам оруденения выделяется месторождение Инсизва, вкрапленные и массивные руды которого приурочены к донной части крупного силла долеритов. Силикатные никелевые руды распространены на Южном Урале, в Северо-Западном Казахстане, Бразилии и других регионах.

В кайнозойскую эпоху рудообразования формировались главным образом силикатные никелевые руды, приуроченные к коре выветривания массивов ультраосновных пород. Большинство месторождений этого возраста сосредоточено в Юго-Восточной Азии, Центральной и Южной Америке и Океании. Разрабатываются только те месторождения, в рудах которых содержание Ni превышает 1 %. Наиболее крупные месторождения известны на о. Новая Каледония и Кубе (провинция Ориенте), а также в Индонезии (месторождения Сороака, Памалеа и др.).

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. Важнейшими типами промышленных месторождений никеля являются: 1) магматические, 2) плутоногенные гидротермальные, 3) коры выветривания.

Магматические месторождения сульфидных медно-никелевых руд известны в России – в Красноярском крае (Норильск-1, Октябрьское, Талнахское), на Кольском полуострове (Печенга, Аллареченское), в Швеции (Клева), Финляндии (Пори), Канаде (Садбери, Томпсон и др.), США (Стиллуотер), ЮАР (Бушвельд, Инсизва) и Австралии. Все они связаны с дифференцированными базит-гипербазитовыми массивами.

Рудные тела размещаются внутри, по периферии в придонной части и вблизи материнских интрузивов. Наиболее характерны: 1) пластообразные висячие залежи вкрапленных руд; 2) пластообразные и линзовидные донные залежи массивных «шлировых» и прожилково-вкрапленных руд; 3) линзы и неправильные тела приконтактных брикчеевых руд; 4) жилообразные и жильные тела массивных руд. Размеры рудных тел варьируют от первых сотен метров до 1,0–1,5 км по простиранию и от нескольких сотен до 800–1000 м по падению при мощности от 1–3 до 50 м и более. Минеральный состав руд достаточно хорошо выдержан. Главные рудные минералы: пирротин, халькопирит, пентландит, второстепенные – магнетит, пирит, кубанит, борнит, полидимит, никелин, миллерит, спериллит, виоларит и куперит.

Типичным примером медно-никелевых месторождений, сформировавшихся на активизированных платформах, является Норильское месторождение. Оно расположено в пределах обширного Норильского рудного района, приуроченного к сочленению Сибирской платформы и Енисейской зоны складчатости. Основным структурным элементом района является Хантайско-Рыбинский вал, к востоку от которого находится западный край Тунгусской синеклизы (плато Сыверна), а к западу широкий мульдообразный прогиб Норильского плато. В основании комплекса пород, слагающих Норильское плато, залегают осадочные известково-глинистые и мергелистые породы девона, которые с несогласием перекрываются песчано-глинистыми образованиями среднего карбона–верхней перми, известные под названием тунгусской серии. Мощность этой серии составляет 130–225 м. На осадочных породах тунгусской серии залегает мощная толща лав, в которой выделяются четыре горизонта. Самый нижний из них относится к перми, остальные к триасу (рис. 4).

Норильский рудный район представляет собой группу медно-никелевых месторождений, пространственно и генетически связанных с рядом сближенных между собой во времени интрузивов дифференцированных габбро-долеритов второго цикла триасового вулканизма. Залегают они в форме лакколитообразных и пластообразных тел, полого секущих вмещающие породы. Развиты сингенетические вкрапленные медно-никелевые руды, сложенные пирротином (52 %), халькопиритом (28 %), пентландитом (20 %) и минералами группы платины. Кроме того, распространены жилы массивных руд, в ряде случаев имеющие довольно сложную форму, и сложенные пирротином (70 %), халькопиритом (13 %) и пентландитом (17 %). В норильских рудах присутствуют многочисленные минералы платины, число которых увеличивается при повышении в рудах содержаний халькопирита и кубанита, а также в висячих бортах рудных жил.

Образование массивных сульфидных руд Норильского рудного района связано с глубинной ликвацией и поступлением рудоносных растворов по разрывным нарушениям из остывавших на глубине магматических очагов. В районе Норильска имеются и другие месторождения медно-никелевых руд – Талнахское, Октябрьское и др.

Месторождения района Садбери находятся в Канаде в провинции Онтарио. Оно приурочено к обширному дифференцированному массиву, в плане имеющем форму овала с длинной осью субширотного простирания до 60 км и короткой – 25 км (рис. 5). В разрезе он представляет опрокинутый конус, вершина которого находится на глубине от 10 до 25 км от земной поверхности. Массив сложен дифференцированной серией пород: в подошве находятся кварцевые нориты, выше – габбро-нориты, габбро и кварцевые габбро, переходящие в гранофиры.

Рудные залежи имеют пласто-, жило- и линзовидную форму. Они, как правило, окаймляют массив Садбери по его периферии, отходя иногда в подстилающие породы на несколько километров. Размеры рудных тел варьируют в значительных пределах и на отдельных месторождениях достигают в длину по простиранию до 700 м и по падению до 600 м при мощности до 20 м. Развиты два типа руд: 1) бедные вкрапленные, образующие донные залежи пластообразной и линзовидной формы в основании ранних норитов: 2) богатые, слагающие инъекционные тела жилообразной формы среди поздних норитов, брекчий и диоритовых даек подстилающих пород. Главные рудные минералы: пирротин, пентландит, халькопирит и кубанит, второстепенные – герсдорфит, никелин, маухерит, магнетит, борнит, валлериит и др. Среднее содержание Ni в рудах изменяется от 0,7 до 1,45 %, Cu – от 0,8 до 1,9 %. Кроме никеля, меди и кобальта руды месторождений района Садбери содержат золото, серебро, платиноиды, селен и теллур, которые извлекаются попутно.

По форме рудных тел различают следующие промышленные типы: 1) плащеобразные или площадного типа; 2) линейно вытянутые или трещинные; 3) контактово-карстовые.

Сам металл кобальт, который так и не удалось получить саксонским рудокопам, впервые был выплавлен шведским химиком Г. Брандтом в 1735 г. Широкое использование его началось только в XX в. (после 1907 г., когда были впервые получены твердые сплавы – стеллиты).

Кобальт – тугоплавкий металл (температура плавления 1493º С), ковкий, тягучий, устойчив к коррозии. Он имеет очень высокую точку Кюри (1121º С), т. е. температуру, при достижении которой металл перестает быть магнитом.

ГЕОХИМИЯ. Кларк кобальта 0,003 %, коэффициент концентрации невысокий – 100. Содержание Co увеличивается от кислых (5·10^-4 %) до ультраосновных магматических пород примерно в 100 раз, хотя отношение Co/Ni в этом направлении уменьшается. В осадочных породах концентрация кобальта низкая и только в глинистых отложениях приближается к кларку (0,003 %, или 30 г/т), а в осадках, содержащих гидрооксиды железа и марганца, в ряде случаев достигает 0,1–2,0 %. Кобальт представлен единственным стабильным изотопом ⁵⁹Co. В простых соединениях наиболее устойчив Co²⁺, в комплексных – Co³⁺. Кобальт по сравнению с никелем геохимически ближе к Fe²⁺.

На магматическом этапе кобальт концентрируется совместно с никелем в тесной генетической связи с ультраосновными и основными магмами. В гидротермальном процессе он вместе с Fe²⁺ и Ni²⁺ выносится растворами в виде сульфидных, галоидных и мышьяковых комплексных соединений. В экзогенных условиях при высоком окислительном потенциале кобальт переходит в трехвалентное состояние и концентрируется совместно с марганцем в зонах окисления мышьяковых и сернистых соединений. В корах выветривания гипербазитовых массивов он аккумулируется в силикатных рудах никеля.

В зоне выветривания отмечаются скопления гидрооксидов кобальта экзогенного происхождения – асболана m(Co,Ni)O₂·MnO·nH₂O (Co до 19 %), а в зоне окисления эндогенных руд кобальта – эритрина Co₃As₃O₈·8H₂O (Co 11–29 %).

Радиоактивные изотопы кобальта, в частности ⁶⁰Co широко применяется для выявления дефектов в металлических изделиях, в металлургии (для контроля и регулирования расплавов в печах), в геофизической аппаратуре (облучение горных пород в скважинах). В медицине ⁶⁰Co (кобальтовые пушки) используются для лечения злокачественных опухолей.

Общие запасы кобальта в мире составляют 9,8 млн т, а подтвержденные – 4,8 млн т. Ведущее место по запасам кобальта занимает Африка: на нее приходится 38 % общих и около 50 % подтвержденных мировых запасов. Наиболее крупными держателями запасов кобальта являются Заир, Куба и Замбия (табл. 4).

Страна	Запасы общие	Запасы подтвержденные	Их % от мира	Среднее содержа-ние Co в рудах, %
Австралия	420	52	1,1	0,07
Ботсвана	70	56	1,15	0,06
Греция	120	90	1,9	0,04
Заир	2500	2000	41,6	0,31
Замбия	540	360	7,5	0,17
Индонезия	580	245	5,1	0,11
Казахстан	70	50	1,0	0,04
Китай	320	120	2,5	0,04
Куба	1800	1000	20,8	0,10
Нов. Каледония	860	230	4,8	0,07
П.–Нов. Гвинея	151	142	2,95	0,11
Россия	230	140	3,0	0,10

По разведанным данным месторождения кобальта подразделяются на уникальные (более 50 тыс. т), крупные (50–25), средние (25–10) и мелкие менее 10 тыс. т. Богатые руды содержат Cо более 0,5 %, рядовые 0,5–0,1 % и бедные менее 0,1 %.