В экзогенных процессах глинозем растворяется и переносится только в кислых pH



жүктеу 164.78 Kb.
Дата09.07.2016
өлшемі164.78 Kb.
Алюминий

Алюминий относится к широко распространенным подообразующим элементам. В эндогенных условиях он концентрируется в щелочных нефелин- и лейцитсодержащих породах. Он накапливается также в процессе алунитизации – низкотемпературной гидротермальной проработки сернокислыми растворами кислых вулканогенных пород.

Наибольшие же концентрации алюминия возникают в экзогенных процессах при формировании остаточных и переотложенных кор выветривания по любым породам, исключая лишь ультраосновные. В процессе выветривания основные породообразующие элементы по степени подвижности располагаются в следующем порядке: K, Na (выносятся первыми) → Ca, Mg → Si (еще сохраняется связь Si и Al и формируются глинистые коры выветривания) → Fe (сохраняется связь Fe и Al и формируются латеритные коры выветривания)→ Al, Ti. Таким образом, конечными продуктами выветривания оказываются бокситы, состоящие из гидроксидов алюминия и устойчивых к выветриванию минералов титана.

В экзогенных процессах глинозем растворяется и переносится только в кислых (pH<4) или сильно щелочных условиях (pH>9,5). В присутствии SiO2 растворимость Al2O3 возрастает, а в присутствии CO2 снижается. Коллоидный глинозем менее устойчив, чем кремнезем и быстрее коагулирует. Поэтому при совместной миграции они разделяются.

Различие устойчивости коллоидов Al2O3, Fe2O3, MnO2 приводит к дифференцированному отложению руд этих элементов в прибрежной зоне морей. Менее устойчивыми оказываются коллоиды Al2O3, поэтому ближе к берегу формируются бокситы, в верхней части шельфа – железные, а в нижней части шельфа – марганцевые руды.

Долгое время единственной рудой для получения алюминия были бокситы. Бокситытрадиционная алюминиевая руда, состоящая из гидроксидов алюминия, оксидов и гидроксидов железа, примеси глинистых минералов, в которой отношение оксида алюминия к оксиду кремния (кремниевый модуль) более 2.





Рис. Бокситы с различным содержанием железа

Основными рудными минералами бокситов являются бемит, диаспор с содержанием Al2O3 до 85% и гиббсит, содержащий 65% Al2O3.

Промышленные требования к бокситам. Для производства глинозема содержание Al2O3 в бокситах должно превышать 22-28%. В зависимости от способа переработки бокситов в них учитывается также содержание CO2 , CaO, Fe2O3, S. С учетом минерального состава бокситы делятся на моногидратные (бёмитовые и диаспоровые) и тригидратные (гиббситовые). Последние распространены несколько шире, поскольку бемит и диаспор ещё не являются окончательно гидратированными образованиями, в то время как гиббсит уже полностью гидратированное соединение, являющееся конечным продуктом выветривания пород, содержащих алюминий. Поэтому со временем моногидратные (бемит-диаспоровые) бокситы переходят в тригидратные (гиббситовые). Бокситы представляют собой комплексные руды, в которых промышленный интерес представляют V, Ga, Sc, Fe, Ti. Схемы попутного извлечения из бокситов V и Ga освоены в промышленных масштабах.

Рис. Добыча бокситов открытым способом


Общие замечания по условиям образования бокситов. Бокситы являются продуктами экзогенных процессов. В континентальных условиях это коры выветривания латеритного типа, формирующиеся в условиях влажного, теплого климата тропиков и субтропиков и представляющие собой конечные продукты выветривания кислых, средних, щелочных, основных пород. Большинство мировых запасов бокситов сосредоточено в тропическом поясе. В условиях умеренных широт с обилием влаги, но недостатком тепла, процессы химического выветривания не доходят до конца, ограничиваясь формированием глинистых кор выветривания. Несколько менее распространены в континентальных условиях переотложенные бокситы осадочного генезиса.

Ограниченность запасов бокситов в некоторых странах и прежде всего в России привела к необходимости использования для получения алюминия других видов руд. В России впервые в мировой практике начата выплавка глинозема из сульфатных алунитовых руд и силикатных нефелиновых руд.



Нефелиновые руды в настоящее время занимают второе место по промышленному значению. Особенно актуально использование нефелиновых руд для России, имеющей ограниченные запасы бокситов и существенные запасы щелочных пород с нефелином. Содержание Al2O3 в нефелине составляет около 34%. Нефелиновые руды представлены алюмосиликатными щелочными породами (уртиты, ийолиты, тералиты, сынныриты). Промышленная ценность нефелиновых руд определяется содержанием в них нефелина. Содержание Al2O3 в алюминиевых рудах согласно требованиям промышленности должно быть выше 22% при содержании SiO2 менее 45%, щелочей более 10%, Fe2O3 менее 7%. Такие нефелиновые породы, как уртиты, содержание нефелина в которых достигает 85%, представляет собой алюмосиликатные руды высокого качества, не нуждающиеся в предварительном обогащении. Обогащение нефелиновых руд другого состава позволяет получить концентраты с содержанием Al2O3 27-30%. Основным отличием сынныритов – особых лейцитовых щелочных пород является повышенное содержание в них калия при содержании Al2O3 около 22%. Основным носителем калия в сынныритах является лейцит.

Рис. Карьер по добыче нефелиновых руд (Кемеровская область, Сибирь).


Переработка нефелиновых руд на глинозём представляет собой энергоёмкий процесс, а также требует потребления большого количества карбонатных пород. Поэтому для промышленной оценки таких месторождений необходимо учитывать наличие вблизи перерабатывающих предприятий топливно-энергетических источников и месторождений карбонатных пород.

Рис. Основные районы распространения нефелиновых руд и их балансовые запасы в России.



Сульфатные алунитовые руды относятся к небокситовым (нетрадиционным) алюминиевым рудам. Эти руды распространены локально и их месторождения связанны с воздействием сульфатных низкотемпературных растворов на кислые породы – процесс алунитизации. Алунитовые месторождения имеют географическую привязку и приурочены к районам вулканической деятельности. Содержание Al2O3 в алуните составляет 37%. Алунитовые руды, не требующие обогащения, должны содержать не менее 50% алунита и не более 10% глинистых минералов. Содержание алунита в рудах, нуждающихся в обогащении, не должно быть меньше 25% при содержании глинистых минералов не более 5%.

В качестве перспективных промышленных минералов алюминия могут рассматриваться такие силикаты как дистен, андалузит, силлиманит, содержание Al2O3 в которых составляет около 63%. Высокоглиноземистые метаморфические породы, основными минералами которых они являются, легко поддаются глубокому обогащению с получением концентратов с содержанием Al2O3 до 60%. Минералы группы силлиманита предлагается использовать в качестве добавок при обогащении низкокачественных нефелиновых руд, что приведет к увеличению содержания глинозема в смеси.

К перспективным можно отнести низкотемпературные гидротермальные месторождения давсонита, основного карбоната алюминия, некрупные месторождения и проявления которого известны в Сибири. Месторождения этого типа более известны и отрабатываются за рубежом.

В качестве нетрадиционной высокачественной алюминиевой руды в случае значительных запасов могут рассматриваться также образования, содержащие водный основный сульфат алюминия – алюминит. Многочисленные проявления алюминитовых пород известны в Сибири и могут рассматриваться как промышленно перспективные.

В настоящее время разработаны схемы извлечения глинозема из каолинитовых глин при содержании в них Al2O3 более 26-30% и даже красных глубоководных илов. В качестве потенциальных алюминиевых руд рассматриваются также некоторые высокоглиноземистые осадочные породы.
Свинец, цинк

В эндогенных процессах свинец и цинк относятся к элементам тесно связанным между собой. Они концентрируются в остаточных очагах кислых производных гранитной и базальтовой магм. Дальнейшая миграция металлов осуществляется гидротермальными растворами в виде комплексных соединений (хлоридных, фторидных, сульфатных, карбонатных, сульфидных и гидросульфидных). Основными промышленными минералами свинца и цинка в эндогенных месторождениях являются сульфиды – галенит и сфалерит. Большинство месторождений сульфидных руд является среднетемпературными гидротермальными. Свинцово-цинковые руды формируют типичные жильные гидротермальные месторождения. В месторождениях скарнового типа свинцово-цинковые руды соответствуют среднетемпературной гидротермальной стадии формирования объектов. Наиболее же известны вулканогенно-осадочные и гидротермально-метасоматичесие месторождения в вулканогенно-осадочных толщах.

Химический и минеральный состав руд. Основными промышленными минералами свинца и цинка в эндогенных рудах являются сульфиды, галенит и сфалерит, которые являются главными в свинцово-цинковых и полиметаллических месторождениях. К полиметаллическим (многометальным) относят сульфидные месторождения, из руд которых извлекаются 3 равноценных компонента – медь, свинец, цинк. Причем обычно они присутствуют в соотношении Cuколчеданно-полиметаллическим.

Минимальное суммарное промышленное содержание металлов в полиметаллических рудах составляет порядка 3-3,5%. По содержанию металлов руды делятся на вкрапленные с суммой металлов до 20% и сплошные с суммой металлов более 20%, с суммой сульфидов соответственно до 50% и свыше 50%. Почти постоянным компонентом полиметаллических руд является пирит, который сам по себе не является промышленным рудным минералом, если не слагает обособленные участки или самостоятельные тела и может при этом извлекаться селективно для целей химической промышленности. В то же время пирит может и часто оказывается носителем и даже концентратором ряда попутных ценных компонентов, таких как Au, Se, Te, что уже меняет отношение к нему металлургической промышленности. Полиметаллические руды нередко сопровождаются баритом, который может приобретать в зависимости от его количества в полиметаллических рудах самостоятельное промышленное значение. Наблюдается переход полиметаллических руд в барит полиметаллические и затем в баритовые. Барит является более поздним минералом относительно сульфидной минерализации. Нередко наблюдается пересечение полиметаллических руд поздними баритовыми жилами.



Попутные ценные компоненты руд. Основные сульфиды полиметаллических руд, галенит и сфалерит, практически всегда оказываются носителями попутных ценных компонентов, что ещё более оправдывает применимый к этим рудам термин «полиметаллические». Так сфалерит почти всегда содержит примеси таких ценных примесей как Cd, Ga, Ge, In, которые, являясь рассеянными элементами, извлекаются в основном из этих руд. Однако геохимическая близость Ga и Al, Ge и Si определяет то, что в случае алюмосиликатных вмещающих пород Ga и Ge уходят во вмещающие породы, изоморфно замещая Al и Si в алюмосикатах и прежде всего в сериците околорудных метасоматитов. В случае же карбонатных или кремнистых вмещающих пород Ga и Ge полностью концентрируются в сфалерите, не уходя во вмещающие породы. Галенит содержит примеси Ag, Bi, Se, Te, являясь концентратором и носителем этих попутных ценных компонентов. В полиметаллических месторождениях в качестве попутного ценного компонента часто присутствует Au, которое обычно оказывается связанным с пиритом и халькопиритом, находясь в них в основном в тонкодисперсном состоянии. И пирит, и халькопирит к тому же могут содержать изоморфные примеси Se и Te. С учетом извлекаемых попутных ценных компонентов полиметаллические руды являются комплексными.

В качестве попутного извлекаемого компонента может выступать также барит при его достаточном количестве в барит-полиметаллических рудах.

Свинцово-цинковые и полиметаллические руды характеризуются зернистыми структурами, сплошными, вкрапленными и прожилково-вкрапленными текстурами. Тонко- и скрытозернистые руды сплошной текстуры назвают сливными. Последние относятся к трудно обогатимым.

В условиях метаморфизма, который часто испытывают древние первичные сульфидные руды, миграции свинца и цинка обычно не происходит, наблюдается лишь некоторое перераспределение их в пределах рудных тел, сопровождающееся частичной перекристаллизацией рудных минералов.

Руды экзогенного генезиса, возникающие в результате окисления первичных сульфидных руд при выходе их на эрозионный срез, формируют зоны окисления. В экзогенных условиях в пределах зоны окисления свинец и цинк разделяются. Такое поведение металлов связано с разной растворимостью их сульфатов, которые являются первыми продуктами окисления сульфидов при выходе на дневную поверхность.

Сульфат цинка, относящийся к хорошо растворимым соединениям, легко мигрирует. В случае отсутствия в зоне окисления карбонатных пород цинк выносится за её пределы. Он может переотлагаться в форме вторичных карбонатов (смитсонита, реже монгеймита и олигонита), возникающих метасоматическим путем при замещении карбонатных пород, встречающихся на пути мигрирующих растворов.

Растворимость сульфата свинца чрезвычайно мала, благодаря чему свинец фиксируется в зоне окисления сначала в виде сульфата (англезита), который затем замещается карбонатом – церусситом с содержанием Pb 77,5%, реже минералами других классов соединений. Таким образом, очень часто зоны окисления сульфидных месторождений оказываются практически пустыми относительно цинка, в то время как первичные сульфидные руды обычно содержат цинка в разы, а иногда и на порядок больше, чем свинца. Что касается свинца, то он не только не выносится за пределы зоны окисления, но и концентрируется, слагая богатые окисленные руды, содержание свинца в которых оказывается намного выше, чем его содержание в первичных сульфидных рудах. Если содержание свинца в первичных сульфидных рудах составляет обычно первые проценты, то содержание его в окисленных рудах может достигать 60-70%.

В полиметаллических же месторождениях в зоне окисления наряду со свинцовыми минералами присутствуют также кислородные соединения меди и тогда зоны окисления приобретают медно-свинцовый профиль.

Минеральный состав окисленных экзогенных руд свинца и цинка резко отличается от состава первичных сульфидных руд. Это разнообразные кислородные соединения свинца и цинка: сульфаты, карбонаты, редко ванадаты, молибдаты и даже силикаты. Основным минералом свинца в окисленных рудах является наиболее устойчивый карбонат – церуссит, в значительно меньшем количестве отмечается англезит и другие сульфаты (биверит, осаризаваит – структурные аналоги алунита-ярозита).

Что же касается промышленных гипергенных минералов цинка, то они представлены в основном смитсонитом и монгеймитом, которые фиксируются в зоне окисления только в том случае, если во вмещающих первичное сульфидное оруденение породах присутствовали карбонаты. Небольшое количество цинка, обычно не более первых процентов, может переотлагаться в виде позднего смитсонита или монгеймита на нижних горизонтах гипергенного разреза даже при отсутствии вмещающих карбонатных пород. При наличии в зоне окисления глинистых минералов, особенно минералов подгруппы смектитов (монтмориллонит), обладающих высокими адсорбционными свойствами, цинк, адсорбируясь, в небольшом количестве может фиксироваться в них. Каламин, редко виллемит – промышленные силикаты цинка, образуют промышленные скопления лишь на позднем (щелочном) этапе формирования зон окисления, когда начинается миграция кремнезема, освобождающегося при выветривании вмещающих алюмосиликатных пород. Силикаты цинка обычно присутствуют в глубоко проработанных зонах окисления. Применительно к силикатным цинковым рудам, сложенным каламином, иногда используется термин «галмейные руды».

Окисленные руды имеют обычно порошковатые, землистые, часто натечные, кристаллическизернистые структуры, сплошные, вкрапленные, прожилково-вкрапленные текстуры.
Медь

Минеральный состав руд. Промышленные минералы меди представлены довольно многочисленной группой, представленной разнообразными классами соединений, среди которых основную промышленную значимость составляют сульфиды. По содержанию меди среди них можно выделить высокомедные сульфиды (халькозин – 80% Cu, борнит – 63% Cu, ковеллин – 66% Cu) и маломедные (халькопирит – 34,5% Cu, кубанит – 24% Cu). Несмотря на невысокое содержание Cu, основным промышленным минералом является халькопирит, поскольку именно он наиболее распространен в природе и обеспечивает большую часть запасов медных руд. К промышленным минералам относятся также медные сульфосоли, такие как блеклые руды и энаргит, карбонаты, представленные малахитом и азуритом, сульфаты – брошантит, хлорид – атакамит. На некоторых месторождениях с развитой зоной окисления заметное значение приобретают оксиды меди (куприт, меньше тенорит) и самородная медь. Силикат меди – хризоколла как промышленный минерал имеет небольшое значение.

Таким образом, промышленную ценность эндогенных месторождений медных руд представляют минералы класса сульфидов и их аналогов (сульфосоли), а экзогенных – кислородные соединения и на ряде объектов так называемые вторичные сульфиды, представленные в основном халькозином и значительно меньше ковеллином и борнитом.



Комплексность руд. Медные руды, как правило, комплексные. Вместе с медью промышленную ценность этих руд составляют Zn, Pb, Mo, Fe, Ni. В качестве попутных ценных компонентов медные руды содержат Au, Ag, Se, Te. Руды отдельных промышленных типов месторождений в переменных количествах содержат Re, Cd, Ge, In, Tl, Ga, Co, Pt и др. На ряде объектов халькопирит оказался носителем необычного для этих руд ценного компонента – вольфрама, который может присутствовать в нем в промышленных количествах.

Эндогенные руды с учетом условий образования и комплексности представлены следующими группами.

Магматические ликвационные медно-никелевые (Cu-Ni) руды, генетически связанные с дифференцированными массивами основных и ультраосновных пород. Руды концентрируются преимущественно в придонной части интрузовов, реже во вмещающих интрузивы породах. Обычно руды представляют сплошные до густовкрапленных сульфидные агрегаты, сложенные минералами собственно магматической стадии – пирротином, халькопиритом, пентландитом и кубанитом с переменным количеством магнетита и платиноидов. На руды магматической стадии накладывается более поздний гидротермальный парагенезис, связываемый рядом исследователей с автометасоматическими явлениями, включающий целый комплекс разнообразных сульфидов, сульфоарсенидов, что весьма усложняет как минеральный, так и химический состав этих руд.

В случае небольших глубин и более быстрого остывания магматической камеры процесс ликвации магмы с пространственным обособлением сульфидной и силикатной составляющей не доходит до конца. В этом случае возникают руды вкрапленной текстуры.

Магматические ликвационные медно-никелиевые руды характеризуются весьма богатым набором попутных ценных компонентов, среди которых наибольшую ценность имеют платиноиды.

Медно-порфировые руды представляют собой крупные скопления медной (Cu) или медно-молибденовой (Cu-Mo) прожилково-вкрапленной минерализации в порфировых интрузиях умеренно кислого состава. Рудные тела имеют форму штокверков. Штокверк представляет собой некоторый объем интрузивного тела, содержащий прожилково-вкрапленную рудную минерализацию. В плане такие штокверки кольцевой или овальной формы при цилиндрической или конической в разрезе. Медно-порфировые руды относятся к высокотемпературным гидротермальным образованиям. Рудная минерализация, представленная в основном халькопиритом и молибденитом в разных соотношениях, приурочена к кварцево-сульфидным прожилкам. В рудах присутствуют также в различных соотношениях борнит, халькозин, сульфосоли меди, галенит, сфалерит, пирит, иногда самородное золото, серебро. Руды содержат попутные ценные компоненты (Se, Te, Re, Au, Ag, Zn, Pb). Вмещающие породы метасоматически изменены, что выражается в окварцевании, пропилитизациии и аргиллизации.

Медноколчеданные (Cu), колчеданные медно-цинковые (Cu-Zn), полиметаллические и колчеданно-полиметаллические (Cu-Pb-Zn) руды в вулканогенно-осадочных толщах относятся к среднетемпературным образованиям. Основным промышленным минералом меди в них является халькопирит. В значительно меньшем количестве в них отмечаются такие медные минералы как эндогенные борнит и халькозин, медные сульфосоли. Постоянные компоненты этих руд Pb-Zn представлены галенитом и сфалеритом. В рудах в переменном количестве постоянно присутствует пирит. В случае трехкомпонентных руд (Cu-Pb-Zn) при небольшом количестве пирита они относятся к полиметаллическим. При этом основные рудные компоненты находятся в соотношении Cu

Руды имеют зернистые, реже колломорфные структуры, сплошные, слоистые, вкрапленные, прожилково-вкрапленные текстуры. Вмещающие породы обычно интенсивно метасоматически изменены, особенно со стороны лежачего бока рудных тел. Это выражается в окварцевании, серицитизации, хлоритизации, аргиллизации, реже карбонатизации и отальковании. Соответствующие названным процессам минералы представляют нерудную составляющую руд.



Ряд месторождений меди относятся к скарновому типу. Медносульфидные руды соответствуют среднетемпературной гидротермальной стадии, наложенной на собственно скарновый парагенезис, представленный гранат пироксеновым агрегатом с амфиболами, эпидотом. В состав нерудного агрегата входят и более поздние кварц, кальцит, хлорит. Основным рудным минералом меди является халькопирит. Обычно руды этого типа комплексные. Помимо меди в них промышленную ценность представляют железо (магнетит), свинец (галенит), цинк (сфалерит), золото, кобальт (в составе пирита), реже молибден (молибденит).

Промышленные скопления самородной меди, генетически относящиеся к низкотемпературным гидротермальным образованиям, обычно являются близповерхностными и связаны с основными породами. Это жильная либо вкрапленная минерализация, представленная бессульфидными минеральными комплексами, в состав которых входят такие низкотемпературные минералы, как пренит, цеолиты, кальцит, хлорит. Источником меди в этом случае выступают основные породы, которые характеризуются повышенным кларком меди. Поднимающиеся гидротермальные растворы рафинируют из пород медь и вблизи дневной поверхности переотлагают её в самородной форме. И хотя количество подобных месторождений невелико, а их запасы небольшие, они интересны в генетическом плане.

Экзогенные медные руды слагают зоны окисления, сформированные за счет вышеописанных эндогенных объектов. Основными минералами окисленных руд являются кислородные соли, среди которых явно преобладают карбонаты и сульфаты. На некоторых объектах промышленное значение в окисленных рудах приобретают самородная мель, куприт и вторичные сульфиды, представленные в основном халькозином.

Длительно существующие хорошо проработанные зоны окисления имеют обычно зональное строение, наиболее четко выраженное на месторождениях с рудами сложного минерального и элементного состава. Так в процессе формирования зоны окисления за счет полиметаллических (Cu-Pb-Zn) руд происходит перераспределение элементов по вертикали. В идеальном варианте в разрезе зоны окисления таких месторождений формируются следующие подзоны, сложенные характерными минералами и имеющие соответствующий геохимический профиль Верхняя часть рудных тел, когда-то вышедших в условия дневной поверхности, сложена полностью окисленными и выщелоченными образованиями, представляющими «железную шляпу», состоящую из гидроксидов и оксидов железа с примесью глинистых минералов, кремнезема и др. Далее вниз по разрезу располагается горизонт сульфатов(ярозит) и богатых окисленных руд карбонатного состава с церусситом, малахитом и азуритом, который на глубине часто сменяется горизонтом богатых оксидных руд, сложенных в основном оксидом меди (купритом) и самородной медью с примесью церуссита. Далее, ниже уровня грунтовых вод располагается горизонт, называемый подзоной вторичного сульфидного обогащения, основными компонентами которого являются гипергенные сульфиды меди – халькозин и меньше ковеллин часто с реликтами первичных сульфидов, в том числе свинца и цинка. Таким образом, в гипергенном разрезе полиметаллических месторождений происходит переход сверху вниз от «железной шляпы», сложенной в большей мере оксидами и гидроксидами железа практически при полном отсутствии Cu, Pb, Zn к карбонатным рудам Pb-Cu состава и далее к рудам существенно Cu состава, сложенных вторичными сульфидами и самородной медью, которые на глубине уже за пределами зоны гипергенеза переходят в первичные сульфидные Cu-Pb-Zn состава (рис.).


Рис. Идеализированный разрез зоны окисления одного из рудноалтайских колчеданно-полиметаллических месторождений.



а) б)


Рис. Окисленные медные карбонатные малахит-азуритовые руды: а) штуфной образец; б) стенка забоя шахты.
Установлено, что появления в окисленных рудах в заметных количествах медного силиката – хризоколлы, отмечается лишь при окислении скарновых медных руд. Считается, что присутствующие в первичных рудах гранаты в процессе выветривания становятся источником кремнезема, необходимого для образования хризоколлы.

Рис. Основные районы расположения месторождений медных руд и их балансовые запасы в России.



Окисленные руды характеризуются зернистыми, порошковатыми, колломорфными структурами, сплошными, вкрапленными, натечными, прожилковыми, друзовыми текстурами. Часто окисленные руды по содержанию меди относятся к богатым.


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет