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

К уникальным относятся месторождения с запасами марганцевых руд более 1 миллиарда тонн, к крупным – с запасами в сотни миллионов тонн, и мелким – с запасами в десятки миллионов тонн.

Фациальные условия образования осадочных марганцевых руд напоминают обстановки отложения руд железа. В распределении марганцевых руд намечается зональность: первичнооксидные руды отлагаются в прибрежной зоне среди осадков песчано-алеврито-глинистого состава; по мере удаления от берега оксидные руды постепенно сменяются карбонатными (родохрозит, манганокальцит, кальциевый родохрозит), ассоциирующими с глинами, кремнистыми глинами и опоками.

Метаморфизованные месторождения возникли в результате многоэтапного регионального метаморфизма. Как известно, они широко распространены в Индии. При низкой ступени метаморфизма оксиды и, возможно карбонаты марганца были превращены в брауниты, а кремнистые породы – в кварциты. При средних ступенях метаморфизма возникали силикаты марганца, частично происходила перекристаллизация браунита.

Марганцевые месторождения формировались в различные эпохи развития земной коры, от докембрийской вплоть до кайнозойской, а железо-марганцевые конкреции накапливаются на дне Мирового океана и в настоящее время. В докембрийскую металлогеническую эпоху сформировались мощные геосинклинальные образования, характеризующиеся в ряде случаев высокопродуктивными марганценосными толщами (гондиты в Индии, марганецсодержащие железистые кварциты в Бразилии и т. д.). Значительные по запасам месторождения марганца докембрийского возраста известны в Гане (месторождение Нсута-Дагвин), а крупные в ЮАР (юго-восточная часть пустыни Калахари).

Для раннепалеозойской эпохи марганец мало характерен. Сравнительно небольшие промышленные месторождения марганца этого возраста известны в Китае, США и восточных районах России. В Китае наиболее крупным из них является месторождение Шаньвуту, расположенное в провинции Хунань. В России месторождения марганца известны в Кузнецком Алатау, а также на Дальнем Востоке (Малый Хинган).

Позднепалеозойская эпоха для марганца имеет сравнительно небольшое практическое значение. Удельный вес месторождений марганцевых руд этого возраста в мировых запасах и добыче невелик. Небольшие по масштабам месторождения известны в Западной Европе, Северной Африке, Юго-Восточной Азии, а также в СНГ. Наиболее крупные по запасам месторождения разведаны в Центральном Казахстане – Джездинское и Ушкатын-III. На месторождении Ушкатын-III выявлено 14 марганцевых и 8 железорудных тел. Запасы подсчитаны в четырех рудных телах. Среднее содержание Mn 26,5 %. Основные рудные минералы в первичных рудах – гаусманит, браунит и гематит, во вторичных – псиломелан, пироморфит и манганит.

В мезозойскую эпоху сформировались рудопроявления марганца в связи с позднемеловым (Закавказье, Забайкалье) и юрским (береговые хребты Северной Америки, Новая Зеландия) вулканизмом. Месторождения марганца этого возраста имели также небольшое практическое значение. Ситуация резко изменилась в связи с открытием в конце 1960-х годов крупного месторождения Грут-Айленд в Австралии.

Наиболее характерным представителем этого типа является Никольский марганцеворудный бассейн. Он включает Никопольское и Большетокмакское месторождения и ряд рудоносных площадей, вытянутых вдоль берегов Днепра и Ингульца в районе городов Никополя и Запорожья в виде полосы протяженностью 250 км и шириной до 5 км (рис. 2). Выдержанный рудный пласт средней мощностью 1,5–2,5 м залегает в основании терригеновой олигоценовой толщи на глубине от 10 до 100 м. Он представляет собой песчано-глинистую пачку с включением марганцевых конкреций, линз и стяжений, прослоев рудного вещества. Соотношение рудной и нерудной составляющей изменчиво по вертикали и латерали. Количество марганцевых руд, заключенных в глинисто-алевролитовой массе достигает 50 % по массе, а среднее содержание Mn 15–25 %.

Марганцеворудные отложения залегают с размывом на подстилающих породах верхнего эоцена, представленных алевритами, углистыми глинами и песками, или на кристаллических породах фундамента и их корах выветривания. Надрудные отложения – плиоценовые глины, известняки-ракушечники, мергели и четвертичные суглинки общей мощностью от 15 до 80 м.

В пределах этого бассейна выделяются оксидные, смешанные (оксидно-карбонатные) и карбонатные марганцевые руды. Среди разведанных запасов соотношение оксидных, смешанных и карбонатных руд равно 25:5:70. На собственно Никопольском месторождении сосредоточено 72 % общих запасов оксидных руд (пиролюзит, манганит, псиломелан, вернадит) Украины, а на Большетокмакском – доминируют карбонатные марганцевые руды (родохрозит, манганокальцит). Содержание марганца в карбонатных рудах составляет 10–30 % (среднее 21 %), CaO 3–13 %, SiO₂ 10–50 %. Руды труднообогатимые. В оксидных рудах среднее содержание Mn – 28,2 %, Fe – 2– 3 %, P – 0,25 %, SiО₂ – около 30 %. Они легко обогащаются простыми гравитационными способами. Смешанные руды содержат в среднем около 25 % Mn. Преобладают фосфористые руды. Малофосфористые разности, встречающиеся в зонах оксидных и смешанных руд в виде тел со сложными контурами, составляют около 4 % от общих запасов. Разработка отдельных участков в Никопольском бассейне осуществляется открытым и частично подземным способами.

К этому типу принадлежат месторождения Атасуйского и Джездинского районов Центрального Казахстана, а в России месторождения Примагнитогорской группы, Ир-Нилийское в Приохотье, связанные со спилит-кератофир-кремнистой формацией, а также месторождения Салаирского кряжа, приуроченные к пофирово-кремнистой формации.

В Индии промышленное значение имеют богатые залежи марганцевых руд, образовавшиеся в корах выветривания (марганцевых шляпах) гондитов и кодуритов протерозойского возраста. В рудах содержание основных компонентов составляет (%): Mn 30–50; SiO₂ до 12; Fe до 14, P до 0,2, иногда до 2. Они распространены на глубинах 10–70 м. Наиболее крупные месторождения выявлены в центральных и южных штатах Индии (Мадхья-Прадеш, Раджастан, Гуджарат, Орисса и др.).

Хром вместе с железом, титаном, никелем, ванадием и марганцем входит в одно геохимическое семейство. В природе известны четыре изотопа: ⁵⁰Cr, ⁵²Cr, ⁵³Cr и ⁵⁴Cr, из которых наиболее распространен ⁵²Cr. Хром обладает двумя валентностями – Cr³⁺ и Cr⁶⁺. Соединения трехвалентного хрома наиболее устойчивы и широко распространены. Трехвалентный атом хрома, с одной стороны, образует оксиды, а с другой – в связи со сходством его ионов с ионами Al, Mg, Fe²⁺ и Fe³⁺, формирует комплексные соединения этих металлов, обособляющиеся на высокотемпературной магматической ступени эндогенного процесса при дифференциации базальтовой магмы. В экзогенных условиях хром, как и железо, мигрирует в виде взвесей. Наиболее подвижной формой в природе являются хроматы.

Требования различных отраслей промышленности к качеству руд различны. Самые строгие требования предъявляет металлургическая промышленность, для которой пригодны лишь руды с содержанием не менее 37–40 % Cr₂O₄ при соотношении Cr₂O₃:FeO > 2,5. наиболее ценными являются магнохромитовые руды (отношение Cr₂O₃:FeO = 3–4 и более), в то время как даже массивные и богатые хромпикотитовые и особенно алюмохромитовые руды являются менее ценными в связи с повышенным содержание в них железа (Cr₂O₃:FeO = 1,8–2). Огнеупорная и химическая промышленность используют более низкокачественные руды (содержание Cr₂O₃ – 32–35%), в которых отношение Cr₂O₃:FeO может быть ниже 2.

Подтвержденные запасы хромитовых руд разведаны в 29 странах и составляют 3,9 млрд т. Они распределяются следующим образом: ЮАР 80,5 %, Казахстан 8,3 %, Зимбабве 3,4 %, Россия 0,13 %. В мире разведано около 300 месторождений хромитовых руд. На стратиформные месторождения приходится 87,5 % подтвержденных запасов. Большая часть их приурочена к глубоким горизонтам месторождений. Запасы хромитов преимущественно для подземной добычи разведаны на месторождениях ЮАР, Зимбабве, Турции, России и Казахстана, а для открытой добычи – на месторождениях Финляндии, Бразилии, Индии, Ирака, Пакистана, Филиппин, США и других стран.

К уникальным относятся месторождения хромитовых руд с запасами в сотни миллионов тонн, к крупным – десятки миллионов тонн, к мелким – единицы миллионов тонн.

ДОБЫЧА И ПРОИЗВОДСТВО. В настоящее время почти 90 % производства товарной хромитовой руды сосредоточено в шести странах: ЮАР – 44,8 %, Индии – 12,2 %, Казахстане – 9,8 %, Турции – 9,4 %, Зимбабве – 6,2 %, Финляндии – 5,2 %. Доля России составляет около 1 %. Общемировое производство товарной хромитовой руды составляет около 11,2 млн т. Преимущественно подземным способом добыча хромитов осуществляется в ЮАР, Зимбабве, Турции, Албании, России и Казахстане. К крупнейшим горно-обогатительным предприятиям мощностью до 1 млн т и более относятся: Донской ГОК Казахстана, рудный комплекс Кампо-Формозу в штате Баия Бразилии, ГОК Кеми в Финляндии и рудники ЮАР – Винтервельд Крундал и Вондеркоп в Западном хромитовом поясе (район г. Рюстенбург).

МЕТАЛЛОГЕНИЯ И ЭПОХИ РУДООБРАЗОВАНИЯ. В общем цикле геологического развития месторождения хромитов возникали на стадии геосинклинального этапа, а также на стадии активизации платформ. На ранней стадии геосинклинального этапа образовались магматические месторождения, среди которых наиболее характерны позднемагматические, связанные с массивами гипербазитов (дуниты, гарцбургиты). На стадии активизации платформ формировались массивы расслоенных пород габбро-норитовой формации, для которых типичны раннемагматические хромитовые месторождения.

Хромитоносные ультраосновные породы образуют несколько поясов: 1) субмеридиональный пояс герцинских и каледонских интрузий перидотитов и дунитов на Урале; 2) Средиземноморский пояс меловых и третичный интрузий гипербазитов, протягивающийся от Балкан через Турцию и далее в Индию; 3) пояс основных и ультраосновных пород, параллельный Восточно-Африканской рифтовой системе, прослеживающийся на территории ЮАР (Бушвельдский массив) и Зимбабве (Великая Дайка).

Хромитовые месторождения возникали в различные геологические эпохи, от раннего докембрия до третичного периода. Докембрийская эпоха – выдающаяся для образования месторождений хромитовых руд. По данным Н. А. Быховера в эту эпоху сформировалось более 90 % общих запасов хромитов. Наиболее крупные месторождения сосредоточены на территории ЮАР, в основном в Трансваале. Здесь выделяются два хромитоносных пояса – Лиденбургский и Рюстенбургский. Многочисленные месторождения имеются в Зимбабве, где они приурочены к Великой Дайке. Менее крупные месторождения выявлены в Съерра-Леоне, Малагасийской Республике, США, Бразилии, Финляндии.

Раннепалеозойская эпоха была мало продуктивной для образования хромитовых руд. Промышленные месторождения этого возраста неизвестны. Небольшие месторождения, генетически связанные в раннекаледонскими ультраосновными интрузиями, выявлены в районе Тронхейма в Норвегии. Руды содержат в среднем 25–35 % оксида хрома.

Позднепалеозойская эпоха – вторая по значимости после докембрийской. В России месторождения хромитов этого возраста составляют основу сырьевой базы и играют решающую роль в запасах и добыче данного полезного ископаемого. Особый интерес представляют многочисленные месторождения хромитов, связанных с Кемпирсайским ультраосновным массивом Урала. В странах дальнего зарубежья проявления хромитоносности этого возраста встречаются редко и обычно в виде мелких скоплений, мало интересных в практическом отношении. Небольшие месторождения хромитов широко распространены на востоке Австралии, где они связаны с раннегерцинскими гипербазитами.

В мезозойскую эпоху промышленные месторождения хромитов сформировались в отдельных странах Америки и Южной Европы. На Кубе они располагаются в поясе позднемеловых серпентинизированных ультраосновных пород, представленных дунитами, пироксенитами и анортозитами. Залежи хромитов штокообразной, линзообразной и жильной формы приурочены преимущественно к дунитам. Химический состав руд изменяется в широких пределах: содержание Cr₂O₃ 22–57 %, Fe 9,7–14,4 %. Преобладают низкосортные руды. Многочисленные относительно небольшие месторождения известны в США в штатах Калифорния и Орегон.

В пределах Южной Европы месторождения хромитов выявлены в Греции, Албании, Болгарии и Македонии. В Греции залежи хромитов обычно располагаются в серпентинитах в близи их контакта с известняками. Преобладают огнеупорные руды, в которых содержание Cr₂O₃ составляет 37–42 %, Fe₂O₃ 12 % и Al₂O₃ 19–25 %.

В кайнозойскую эпоху промышленные залежи хромитов сформировались только в Азии и Океании. Многочисленные месторождения известны в ряде районов Средиземноморья. В Турции наиболее крупными по запасам и добыче являются месторождения группы Гулеман. Здесь хромитовые руды приурочены к серпентинизированному лополиту. Доминируют массивные руды с содержанием Cr₂O₃ 50–52 %, Fe₂O₃ 10–12 %, Al₂O₃ 13–14 % и SiO₂ 2–3 %. Одно из ведущих мест в мире по добыче огнеупорных хромитов принадлежит Филиппинам. Многочисленные месторождения известны почти на всех островах, но наиболее крупные находятся на о. Лусон.

Хромитовое оруденение приурочено к нижней части Критической зоны. В Трансваале крупные месторождения сосредоточены в двух рудных поясах: Рюстенбургском на западе и Лиденбурском на востоке. Протяженность этих поясов соответственно 160 и 112 км. В пределах них выявлено до 25 пологопадающих хромитовых пластов мощностью от 0,2–0,3 до 1,0 м, изредка до 4,0 м. Развиты залежи вкрапленных и массивных руд. Встречаются хромиты с нодулярной текстурой. Пласты хромитовых руд объединяются в три группы: 1) верхнюю (до глубины 30 м), 2) среднюю (30–75 м) и 3) нижнюю (до 120 м). Хромиты нижней группы пластов содержат 42–50 % Cr₂O₃, а средней и верхней групп – 32–46 % Cr₂O₃. Подтвержденные запасы хромитовых руд Бушвельдского комплекса составляют 3100 млн т со средним содержанием триоксида хрома 40 %. В 1995–1998 гг. проведена переоценка подтвержденных запасов хромитовых руд в связи с технологическими достижениями, которые позволили компании «Chrome Resources (Pty.) Ltd.» начать использовать низкосортные хромиты пласта UG 2, ранее разрабатывавшиеся только на металлы платиновой группы. В Лиденбургском поясе компания «Concolidated Metallurgical Industries Ltd». в конце 1995 г. начала добычу руды открытым способом на месторождении Танклиф.

Месторождения данного подтипа выявлены в России, Армении, Турции, Иране, Индии, Албании, Судане и на Кубе. В России наиболее крупные месторождения сосредоточены в юго-восточной части Кемпирсайского массива на Южном Урале. Кемпирсайский массив расположен в пределах Уралтауского мегантиклинория. Он вытянут в субмеридиональном направлении на 80 км при ширине 10–20 км. В юго-восточной части массив представляет собой лакколит, расширяющийся к югу, где геофизическими работами установлен подводящий канал размером 3–5 х 10–13 км. Возраст его, определенный по флогопиту из контактово-минерализованных пород, составляет 380–400 млн лет.

Массив сложен преимущественно перидотитами (гарцбургитами) и только в юго-восточной части обнажаются дуниты. Известно более 160 хромитовых месторождений и рудопроявлений. Они залегают на разных глубинах от поверхности и тяготеют к сводовым поднятиям интрузива. Выделяют 4 рудных поля, из которых наиболее важным является Главное (Южно-Кемпирсайское). Здесь расположены наиболее крупные промышленные месторождения: Алмаз-Жемчужина, Молодежное, Миллионное, Гигант, Комсомольское, Геофизическое, Спорное и др. Число рудных тел на каждом из этих месторождений варьирует от одного (месторождение Молодежное) до 99 (Миллионное). Протяженность их также колеблется от нескольких десятков метров до 1500 м, а мощность от 1–3 до 180 м.

Хромитовые руды массивные и вкрапленные, реже нодулярные. Контакты их с вмещающими ультраосновными породами, как правило, резкие, нормальные, реже тектонические. Крупные и мощные рудные тела характеризуются грубой полосчатостью, обусловленной чередованием относительно редковкрапленных и густовкрапленных руд. Содержание Cr₂O₃ варьирует от 28–35 % в редковкрапленных до 58–59 % в сплошных хромитовых рудах и в среднем составляет 49,0 %. Первичные руды состоят в основном из оливина и магнохромита. Состав измененных руд более сложный: отмечаются хромактинолит, уваровит, серпентин (лизардит, хризотил), хромовые хлориты, брусит, магнетит, гематит, пирротин, пирит, марказит и др.