Учебно-методический комплекс для студентов эколого-географического факультета специальности 020401

Колоссальные запасы железистых кварцитов (джеспилитов ) разведаны в Курской магнитной аномалии. Руды залегают среди древних докембрийских метаморфических толщ и представлены магнетитом, железной слюдкой, мартитом и сидеритом. Запасы богатых руд, которые можно разрабатывать карьерным способом, составляют здесь 26 млрд. тонн. Еще большие запасы их размещаются на глубине (65 млрд. тонн), их можно добывать шахтным способом. Содержание железа в богатых рудах достигает 68%, поэтому их возможно перерабатывать бездоменным способом, что и делается на Оскольском металлургическом комбинате. Кроме этого в регионе имеются бедные руды с содержанием железа около 30%, запасы которых еще предстоит оценить.

Руда Курской магнитной аномалии добывается Лебединским, Стойленским и Михайловским горнообогатительными предприятиями, а также комбинатом КМАруда и поставляется на Новолипецкий и Оскольский металлургические заводы. Остаток руды везется на Урал.

Урал. В этом регионе размещаются десятки месторождений железных руд различного генезиса.

Магматические месторождения. Наиболее крупные из них: Качканарское, Гусевогорское и Первоуральское. Все они связаны с габбро и ультрабазитами. Рудный минерал- титаномагнетит, содержащий в качестве изоморфной примеси около 1% титана и 0,14% ванадия. Содержание железа невысокое (16%), но руды комплексные и легко обогатимые. Общие запасы трех месторождений около 7 млрд. тонн.

Метаморфизованные магматические месторождения. Рудные тела месторождений этого генезиса размещаются в габбро-амфиболитах и состоят из магнетита и ильменита. Руды богатые (60% железа), природнолегированные, поскольку кроме железа содержат 0,5% ванадия и 13% титана. Этот тип железных руд представлен Копанским и Кусинским месторождениями, расположенными вблизи г.Златоуста, где имеется завод качественной металлургии. Сюда и поставляется добытая руда . Общие запасы названных месторождений около 10 млрд. тонн.

Скарновые месторождения. На Урале насчитываются десятки железорудных месторождений этого генезиса. Вот наиболее крупные из них: Высокогорское, Гороблагодатское, Песчанское, Покровское (возле г.Нижнего Тагила), Круглогорское (возле г.Миасса), Березки, М.Куйбас, Димитровское (возле г.Магнитогорска) и многие другие. Руды этих месторождений богатые, содержат около 50% железа, но в них много серы, являющейся вредной примесью. Кроме жклеза в них присутствует еще один полезный компонент – медь в количестве десятых долей процента. Основной рудный минерал таких месторождений – магнетит. Общие запасы их невелики и составляют около 3 млрд. тонн.

Экзгаляционно-осадочные месторождения. Они сосредоточены в Саткинском районе Челябинской области. Это Бакальская группа, насчитывающая 24 месторождения, которые размещаются среди осадочно-метаморфических толщ протерозоя (бурзянская и юрматинская серии), Здесь среди известняков, доломитов и глинистых сланцев находятся пласты сидеритов и бурых железняков. Общие запасы месторждений Бакальской группы оценваются в 1,2 млрд. тонн.

На территории Республики Башкортостан размещены 19 мелких месторождений бурых железняков Зигазино-Комаровской группы, доступных для открытой разработки. Разведанные запасы руды 70 млн т, прогнозные ресурсы – около 600 млн т. Руды природнолегированные, содержат 1,3% марганца. Разрабатываются 3 месторождения, постав-ляющие руду на Белорецкий металлургический комбинат.

Основным поставщиком товарных руд для металлургических предприятий Свердловской области является Качканарский горно-обогатительный комбинат, разрабатывающий титаномагнетитовые руды Гусевогорского месторождения. Он обеспечивает лишь около 50% потребности металлургов. Остальной объем руды завозится из других регионов страны (в основном из Курской магнитной аномалии).

Крупнейшие в России Магнитогорский и Челябинский металлургические заводы практически исчерпали собственную сырьевую базу и обеспечиваются железной рудой привозимой из Бакальской группы месторождений, Курской магнитной аномалии и Соколовско-Сарбайского горнообогатительного комбината (Казахстан).

Самое южное на Урале предприятие черной металлургии – Орско-Халиловский комбинат, в ближайшие годы закончит отработку собственной сырьевой базы, представленной небольшими месторождениями Орско-Халиловской группы, после чего полностью перейдет на привозное сырье.

В Свердловской области Государственным балансом учтены запасы железных руд промышленных категорий в количестве 8 млрд т (Лещиков, Алешин, Рапопорт, 1999). Отработку руд ведут Качканарский ГОК, Богословское, Гороблагодатское, Высокогорское и Первоуральское рудоуправления.

Железорудные месторождения Иркутской области относятся к 4 рудным районам: Ангаро-Илимскому, Ангаро-Чунскому, Ангаро-Катчскому и Иркутно-Китойскому. Руды в основном магнетитовые с содержанием железа 28-35%. Остальные 15% запасов представлены железистыми кварцитами. Суммарные запасы по категории А+В+С₁ составляют 18 млрд т (Иванов и др., 2000). Коршуновский ГОК разрабатывает 3 месторождения: Коршуновское, Рудногорское и Татьянинское. Подготовлены к добыче Краснояровское и Октябрьское месторождения (Иванов и др., 2000). Вся руда направляется на 2 мощных комбината черной металлургии (Новокузнецкий и Сибирский), расположенные в г. Новокузнецке. Однако сибирской рудой они обеспечены лишь наполовину. Недостаток руды восполняется поставками ее из Казахстана, КМА и Мурманской области.

В зоне, примыкающей к Байкало-Амурской железнодорожной магистрали разведаны десятки железорудных месторождений (Таежное, Десовское, Пионерское, Сиваглинское, Тарынахское, Горкитское, Ималыкское и др.), которые пока не эксплуатируются в первую очередь по причине отсутствия в этом регионе железорудных предприятий. Прогнозные ресурсы их оценены в 20 млрд. тонн.

Дефицит руды в Западной Сибири и на Урале могло бы восполнить освоение нового, уникального по запасам Западно-Сибирского железорудного бассейна. Здесь в песчано-глинистой толще мелового возраста размещаются 4 пласта высококачественных оолитовых железных руд общей мощностью до 35 м. Руда представляет собой железистые песчаники эоценового, палеоценового и позднемелового возраста. Они соответствуют Нарымскому (сантон-кампан), колпашевскому (маастрихт), тымскому (палеоцен) и бакчарскому (эоцен) горизонтам. Рудоносная толща прослежена в субмеридиональном направлении по южной части Западно-Сибирской равнины более чем на 600 км. Общие прогнозные ресурсы железных руд этого региона оцениваются в 900 млрд. тонн (Мазуров и др., 2005).Западная часть бассейна находится в Казахстане, где давно разрабатываются Лисаковское и Аятское месторождения оолитовых железных руд. В Восточной части бассейна расположены Бакчарское и Колпашевское месторождения (Томская область). Наиболее изучено Бакчарское месторождение с ресурсами в 28 млрд т. Оно расположено в 150-200 км к северо-западу от г.Томска и приурочено к брахиантиклинальной структуре, известной под названием Бакчарского вала. Среднее содержание железа около 40%. Кроме железа оолитовые руды содержат еще один полезный компонент - ванадий. Руда может извлекаться карьерным способом, поскольку мощность пород вскрыши не превышает 200 м. Однако из-за высокой обводненности рудной толщи для Бакчарского месторождения предлагается другой способ извлечения руды – скважинная гидродобыча. Руда может доставляться по магистральному пульпопроводу до г.Томска, где проектируется создать фабрику окомкования добытой руды (Мазуров и др., 2005).

Нельзя забывать и о залежах сидерита в отложениях морского олигоцена (тавдинская свита) Западной Сибири. Мощная толща олигоценовых глин порой содержит до 50% сидеритовых стяжений, свидетельствующих о большой концентрации железа в осадках теплого палеогенового моря, поэтому здесь возможно обнаружение залежей осадочных железных руд промышленного масштаба.

Руды хрома

Хром – необходимый компонет легированных сталей, которому нет замены. Добавка хрома к сталям придает им вязкость, повышает твердость и сообщает им антикоррозионные свойства. Хром дает ценные сплавы с никелем, кобальтом, алюминием вольфрамом, молибденом (стеллиты). Большое значение имеет хромирование, т.е. покрытие тонким слоем хрома различных металлических изделий в целях борьбы с коррозией.

Единственным источником хрома является минерал хромит с формулой FeCr₂O₄. Но этот состав хромита чисто теоретический. На самом деле в природе встречаются минералы группы хромшпинелидов с общей формулой (Mg,Fe) (Сr,Al,Fe)₂ О₄. Среди них выделяются:

магнохромит (Mg,Fe)Cr₂ O₄

алюмохромит (Mg,Fe) (Сr,Al)₂О ₄

субферрихромит (Mg,Fe) (Cr,Fe)₂ O₄

субферриалюмохромит (Mg,Fe) (Cr,Fe,Al)₂ О₄

Хромшпинелиды являются главной составной частью любой хромовой руды. Основное направление применения хромовой руды – производство ферросплавов, которые служат в качестве добавки при выплавке легирующих (нержавеющих) сталей. На одну тонну легирующей стали расходуется 2-3 кг феррохрома. Для этой цели идет 70 % добываемой хромовой руды.

Второе важное направление применения хромовой руды – производство хромовых соединений (химикатов). На эти цели идет 15 % добываемой хромовой руды.

Третье направление – производство огнеупорного кирпича для доменных и мартеновских печей (15 % добываемой руды).

Соответственно промышленному использованию выделяются три типа хромовых руд: а) металлургические, б) химические. в) огнеупорные.

Металлургические руды должны содержать не менее 43 %, огнеупорные – не менее 32 % окиси хрома. Химическая промышленность может использовать и более бедные руды.

Месторождения хромитов генетически связаны с ультраосновными породами – перидотитами, дунитами и пироксенитами. Обычно это альпинотипные ультрабазиты, поступившие в верхние горизонты земной коры в результате столкновения литосферных плит и дествия механизма обдукции. Впервые они были обнаружены в Альпах (отсюда и произошло их название). По сути дела, альпинотипные перидотиты – это выход на земную поверхность материала верхней мантии в твердом состоянии. Наиболее крупные массивы альпинотипных ультрабазитов размещаются в складчатых областях. Особенно их много на Урале. Они есть также в Турции, Греции, Ираке, Югославии, Индии, США. Хромиты, связанные с альпинотипными ультрабазитами, наиболее богаты окисью хрома.

Кроме альпинотипных ультрабазитов хромиты встречаются в расслоенных интрузиях. Генезис их магматический (результат дифференциации базальтовой магмы, поступившей в земную кору из мантии). К ним в первую очередь следует отнести Бушвельдский плутон (Южно-Африканская республика) площадью 60 000 кв. км. Он содержит 2,5 млрд. тонн разведанных хромовых руд и 10 млрд. тонн прогнозных ресурсов этого ценнейшего сырья. Другой расслоенный интрузив – Великая дайка Зимбабве, также включающая гигантские запасы хромитов. В США крупным источником хромитов является Стиллуотерский расслоенный плутон. Все крупные расслоенные интрузии размещаются в фундаменте древних платформ (кратонов).

На территории России большинство хромитоносных ультраосновных массивов размещены на Урале. Все они альпинотипные. Хромитоносные ультрабазиты есть также в Центральной и Восточной Сибири, на Камчатке, Чукотке, Сахалине.

Хромитовые месторождения, расположенные на платформах, обнаружены в России совсем недавно – в 1988 г. В частности, на Кольском полуострове, в пределах перидотит-пеироксенит-габбровой формации разведаны 2 небольших по запасам месторождения хромитов с содержанием окиси хрома до 47 %.

В СССР основная масса хромовой руды добывалась из месторождений Кемпирсайской и Донской групп (Южный Урал), а также из небольшого по масштабам Сарановского месторождения в Пермском крае. После распада СССР месторождения Южного Урала отошли к Казахстану. У России осталось только Сарановское месторождение. Оно расположено в 100 км к востоку от г. Чусового и приурочено к небольшому габбро-перидотитовому массиву. Площадь его выхода на поверхность составляет всего 0,22 кв.км. Массив протягивается в субмеридиональном направлении на 188 м при ширине около 200 м и круто падает на восток несколько выполаживаясь на глубине. Хромиты образуют 3 жилообразных тела мощностью от 5 до 10 м. Содержание Cr₂O₅ небольшое – от 34 до 39 %. Кроме того руды содержат до 18-20 % железа, поэтому в СССР они использовались лишь как химическое сырье и огнеупоры. Балансовые запасы хромитов составляют 9580 тонн, забалансовые – 2987 тонн (Даровских, 2004). В настоящее время из-за дефицита хромитового сырья руда шахты «Сарановская» почти целиком потребляется Серовским заводом ферросплавов. Шахта добывает в год около 97 тыс. тонн хромитового сырья, что составляет 1/90 часть хромитов, требующихся промышленности страны. Помимо коренных залежей хромитов на месторождении есть россыпные (валунчатые) руды.

По причине наличия больших разведанных запасов хромитов в месторождениях Кемпирсайской и Донской групп в Советском Союзе хромитами никто серьезно не занимался. В результате сейчас Россия осталась без хромитов. Хотя проявления этого сырья имеются на Среднем Урале (Ключевская группа к юго-востоку от г.Екатеринбурга, Восточно-Тагильский, Алапаевский и Верх-Нейвинский ультраосновные массивы), где прогнозные ресурсы хромитов оцениваются в 170 млн т (Лещиков, Алешин, Рапопорт, 1999). На Южном Урале известно Верблюжьегорское месторождение хромитов ( возле ст.Карталы в Челябинской области). На Алтае известно Усинское месторождение, в Мурманской области - месторождения Б.Варака и Сопчеозерное. Но геологоразведочные работы на этих объектах пока не достигли даже стадии предварительной разведки. Острый дефицит хромитового сырья частично может быть покрыт за счет добычи их на Полярном Урале (Тюменская область). Здесь в пределах Собско-Войкарской зоны открыто около 30 месторождений хромитов, приуроченных к Войкаро-Сыньинскому альпинотипному массиву ультрабазитов. Суммарные ресурсы хромитовых руд в пределах Полярного Урала оцениваются в 650 млн. тонн. Наиболее крупное месторождение Центральное, расположенное высоко в горах в нескольких десятках км от железной дороги. Руды содержат от 30 до 54 % Cr₂O₃. В 1994 г. началась промышленная разработка хромитов месторождения Центрального. В ближайшие годы количество добываемой здесь руды планируется довести до 200 тыс. тонн в год. Однако это не решит проблему хрома в России.

Около 200 мелких месторождений и проявлений хромитов имеются на территории Республики Башкортостан. Они приурочены к гипербазитам аллохтонного массива Крака. Содержание Cr₂O₃ в руде от 35 до 45%. Прогнозные ресурсы хромитов – 100 млн т. Некоторые из месторождений разрабатывались в недалеком прошлом.

Руды марганца

Как и хром, марганец является легирующим металлом и используется в металлургии для получения сплава ферромарганца, который добавляют в сталь при ее выплавке. Добавка ферромарганца к стали повышает ее вязкость, ковкость и твердость. Он способствует также более легкому отделению вредных примесей (серы, фосфора, кремния) из шихты, направляя их в шлаки. На каждую тонну стали расходуется до 6 кг ферромарганца.

На втором месте по количеству потребляемого марганца стоит химическая промышленность, где большую долю этого металла используют для получения сухих батарей. Марганец используется также в лакокрасочной, керамической промышленности и в здравоохранении.

Основные промышленные руды марганца состоят из следующих минералов:

пиролюзит MnO₂

псиломелан MnO ∙ MnO₂ ∙ n H₂ O

манганит MnO (OH)

родохрозит MnCO₃

браунит MnMn₆ SiO₁₂

гаусманит MnMn₂ O₄

Подавляющая часть месторождений марганца имеет осадочный генезис. В Советском Союзе 95 % запасов марганцевых руд было сосредоточено в осадочных месторождениях. Существуют марганцевые руды и другого генезиса: вулканогенно-осадочные (экзгаляционно-осадочные); гидротермальные; скарновые; коры выветривания. Однако их доля в общих ресурсах марганцевых руд очень мала.

Первое место по промышленным запасам марганцевых руд занимает Южно-Африканская республика (более 1 млрд. тонн), за ней следуют Украина (650 млн. тонн), Казахстан (350 млн. тонн), Китай (240 млн. тонн), Грузия (200 млн. тонн) и Бразилия (170 млн. тонн). Эти же страны являются основными производителями и экспортерами товарных марганцевых руд.

Крупнейший в мире марганцеворудный район расположен на Украине. Оруденение марганца приурочено к песчано-глинистым осадкам олигоценового возраста. Рудный пласт средней мощностью около 3 м протягивается вдоль всей южной периферии Украинского кристаллического щита на расстояние 250 км. В целом бассейн называется Никопольским и включает 8 месторождений с запада на восток: Ингулецкое, Высокопольское, Ново-Воронцовское, Западное, Сулицкое, Коминтерн-Марьевское, Грушевско-Басанское и Больше-Токмакское). Руды окисные, окисно-карбонатные и карбонатные, состоящие из пиролюзита, псиломелана, манганита, манганокальцита и кальциевого родохрозита. Рудное вещество представляет собой стяжения неправильной формы, желваки, конкреции, оолиты, угловатые куски, а также сплошные землистые массы. Содержание марганца в окисных рудах от 9 до 47 %, в карбонатных рудах – от 8 до 34 %. Руды добываются открытым и шахтным способами.

На территории России имеется Северо-Уральский марганцеворудный бассейн в Свердловской области с прогнозными ресурсами в 104 млн. тонн, включающий месторождения: Тыньинское, Полуночное, Ново-Березовское, Березовское, Южно-Березовское, Ивдельское, Марсятское. Руды карбонатные (родохрозит) и окисленные (псиломелан, пиролюзит и манганит). Содержание марганца в рудах невысокое (в среднем около 20%). Эксплуатируется только одно месторождение – Тыньинское (шахтный способ) с запасами около 40 млн. тонн. Ввиду сложных горно-геологических условий добычи продукция предприятия неконкурентоспособна.

На крайнем востоке Кемеровской области расположено Усинское месторождение марганцевых руд осадочного генезиса с запасами по категориям В+С₁ около 100 млн. тонн. Месторождение размещается среди кембрийских известняков и глинистых сланцев и представлено карбонатными рудами (родохрозит). Среднее содержание марганца около 27 %. Месторождение не разрабатывается ввиду необходимости крупных капитальных вложений. На Салаирском кряже и в Горной Шории известны небольшие месторождения марганца, связанные с корами выветривания с содержанием марганца 22-24% (Шаров и др.,1997).

Кроме названных месторождений, есть многочисленные мелкие месторождения марганцевых руд в различных районах: Южно-Хинганское ( Еврейская автономная область), Утхумское и Николаевское (Иркутская область), Громовское Читинская область), Дурновское (Кемеровская область), Улутелякское (Республика Башкортостан), Парнокское (Республика Коми) и другие залежи в пределах Урала, Алтая, Саян и Русской платформы. Все они имеют крайне низкое содержание окиси марганца (6-15%) и очень небольшие запасы (3-5 млн. тонн). Прогнозные ресурсы марганцевых руд составляют 840 млн. тонн.

Годовые потребности российских предприятий в товарной марганцевой руде составляют 1300 тыс. тонн. В настоящее время добыча марганцевых руд едва достигает 105 тыс. тонн. Марганцевая руда добывается на Николаевском месторождении в Иркутской области (1,5 тыс т/год), Парнокском месторождении в Республике Коми (1,5 тыс т/год), Громовском месторождении в Читинской области (52 тыс т/год), Тыньинском месторождении в Свердловской области (Дауев и др., 2000). Чтобы полностью обеспечить потребности нашей страны отечественным марганцем необходимы миллиардные затраты на освоение новых месторождений, в первую очередь Усинского и Порожинского. А пока Россия вынуждена ввозить из-за рубежа почти 100% марганцевой руды остро необходимой для черной металлургии.

Полиметаллические руды (руды свинца и цинка)

Свинец – мягкий, ковкий, плотный металл, обладающий высокой химической устойчивостью. Около 40% производимого свинца используется при изготовлении аккумуляторов. Значительное его количество идет в качестве добавки в бензин (антидетонаторная добавка). Другие области применения свинца: электротехническая (оболочки кабелей), подшипниковая (баббиты) и военная (сердечники пуль) промышленность.

Цинк, ввиду его антикоррозийных свойств, употребляется в больших количествах для оцинкования листового железа, труб, проволоки. На основе цинка получают сплавы: латунь, бронзу, мельхиор, которые необходимы в машиностроении, приборостроении, медицине.

Главными минералами свинцово-цинковых руд являются:

Галенит PbS

Cфалерит ZnS

Смитсонит ZnCO₃

Церуссит PbCO₃

Англезит PbSO₄

Полиметаллические руды всегда содержат то или иное количество минералов серебра. Генезис их гидротермальный, скарновый и экзгаляционно-осадочный (барит-цинковое оруденение).

По разведанным запасам свинца и цинка Россия занимает первое место в мире. Балансовые запасы свинца учтены в 88 месторождениях, запасы цинка - в 138 месторождениях, из которых эксплуатируются 36 (Дауев и др., 2000). Основу минерально-сырьевой базы полиметаллов составляют месторождения: Узельгинское (Челябинская область), Гайское (Оренбургская область), Учалинское, Подольское, Юбилейное (Башкортостан), Холоднинское, Озерное (Бурятия), Ново-Широкинское, Рубцовское, Николаевское (Приморский край).

Около 70% добычи руд свинца и цинка приходится на медноколчеданные месторождения Урала и лишь 30% - на собственно полиметаллические месторождения.

В пределах Салаирского Кряжа разведаны 5 свинцово-цинковых месторождений (с баритом), содержащих серебро и золото. Они разрабатываются Салаирским ГОКом, производящим свинцовый, цинковый и баритовый концентраты. В этом же районе разведаны 3 серно-колчеданных медно-цинковых месторождения Урской группы.

Руды олова

Олово – металл известный с бронзового века. Он достаточно распространен в земной коре. Его кларк (по А.П.Виноградову) составляет 2,5 ∙ 10^-4%, то есть среднее содержание этого элемента в горных породах около 2,5 г/т.

Олово используется в сплавах с медью (бронза), свинцом, сурьмой и медью (баббиты и типографские сплавы), цирконием (сплав для атомных реакторов). Огромное количество олова идет для изготовления белой жести, которая необходима в консервной промышленности. От этого олово получило образное название – «металл консервной банки». В США на эти цели используют около 50% всего потребляемого олова. В меньшем объеме олово применяют в стекольной промышленности, при производстве эмалей, в красильном деле, гальванопластике, радиотехнике.

Мировые запасы олова оцениваются в 10 млн т, которые сосредоточены в основном в странах Юго-Восточной Азии, Африки и Восточной Европы. Крупные месторорждения оловянных руд открыты в Сибири и на Дальнем Востоке. Цена 1 тонны олова на мировом рынке достигает 11000 долларов.

Всего известно около 20 минералов олова, из которых промышлен-ное значение имеют касситерит ( SnO₂) и станнин ( Cu₂FeSnS₄). Первый содержит олова 78,62%, второй – 27,5%.

Месторождения олова подразделяются на коренные и россыпные. Коренные месторождения представлены оловоносными пегматитами и залежами гидротермального генезиса. Касситерит обладает повышенной устойчивостью против агентов химического выветривания, поэтому хорошо сохраняется в россыпях. В России оловоносные россыпи сосредоточены на северо-востоке Якутии и на Чукотке.

По разведанным запасам олова Россия занимает первое место в мире. Всего разведано 215 коренных и россыпных месторождений. Большинство из них размещаются в труднодоступных и отдаленных районах. Наиболее значимые коренные месторождения: Депутатское, Одинокое (Якутия), Комсомольское, Баджальское, Правоурмийское, Соболиное (Хабаровский край), Пыркакайское (Чукотка), Искра (Приморский край)), а также объекты в Еврейской автономной области, эксплуатируемые комбинатом «Хинганолово». Крупное россыпное месторождение Тирехтях расположено в Якутии (Дауев и др., 2000).

Многие горнодобывающие предприятия, производящие касситеритовые концентраты, в настоящее время перестали существовать по причине нерентабельности. Продолжают функционировать только 4 крупных предприятия: Депутатский ГОК (Якутия), Дальневосточная горная компания, Хрустальненский ГОК (Приморский край) и комбинат «Хинганолово» (Еврейская автономная область).