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

Германий – важнейший стратегический редкий металл. Область его применения связана с космическими исследованиями, созданием инфракрасной техники, волоконнооптическими средствами связи. Германий – традиционный материал для изготовления полупроводников, специальных кислотоупорных и зубоврачебных сплавов. Наконец, германий широко используется как катализатор при производстве многих органических соединений и в первую очередь – пластика.

Большая часть германия встречается в природе в рассеянном виде в сульфидах (сфалерите, борните, халькопирите) и особенно часто – в ископаемых углях. Известны и собственно германиевые минералы, среди которых наиболее важный – германит: Cu₃(Fe,Ge,Ga,Zn)(S,As)₄, содержащий около 10% этого элемента. Германит встречается в гидротермальных месторождениях меди и полиметаллов вместе с другими сульфидами. Из этих месторождений германий извлекается попутно. В частности, в СССР германиевые продукты производились на Медногорском комбинате в Оренбургской области, работавшем на медных рудах Урала, содержащих германий в качестве изоморфной примеси в сульфидах.

Однако, основным сырьем для производства германия служили угли Новиковского месторождения на Сахалине, содержащие германиевые минералы в тонкораспыленном виде. Схема организации производства германия была довольно сложной. Сначала уголь Новиковского месторождения перевозился на Читинскую ТЭЦ, где сжигался. Затем полученная зола направлялась на Ангренский завод в Узбекистане для получения германиевых концентратов. Готовые концентраты перевозились на Красноярский завод цветных металлов, где из них извлекался металлический германий и окись германия. Часть концентратов перерабатывали на Донецком химическом заводе и Запорожском металлургическом комбинате (Украина). Небольшая часть германиевых продуктов изготовлялась на Медногорском медно-серном комбинате, работавшем на колчеданных рудах Урала.

СССР занимал первое место в мире по производству германия, 40 % которого вывозилось за границу. С распадом Советского Союза германиевое производство в России в 1992 г прекратилось, вследствие чего цена на германий на мировом рынке возросла с 350 до 1450 дол/кг. Некоторое время Россия еще продавала германий со складов, хотя германиевое сырье не добывалось.

В настоящее время в России делается попытка возродить производство германия. В Красноярске на базе завода цветных металлов создано предприятие «Германий».

Государственным балансом России учтены запасы германия на 21 месторождении. Около 90 % балансовых запасов германия России сосредоточено в угольных месторождениях Приморского края, Сахалина и Читинской области. Остальные 10% запасов находятся в колчеданных и полиметаллических месторождениях Урала, Алтая и Северного Кавказа (Кац и др., 1998). Среднее содержание германия в углях Новиковского месторождении 296 г/т. Еще богаче германием угли Шкотовского месторождения (Приморский край) – 610 г/т. Другое месторождение угля в Приморье – Павловское, содержит германий в количестве 197 г/т. Германий обнаружен и в других угольных месторождениях страны, где запасы этого ценного элемента не подсчитаны. В частности, значительным содержанием германия отличаются каменные угли Кузнецкого и Кизеловского угольных бассейнов. Таблица 8 отображает структуру балансовых запасов германия в России.
Таблица 8

Региональная структура балансовых запасов германия России (Кац и др., 1998)

Месторождение Геолого-промышленный Содержание % от общих запасов

тип германия, г/т -------------------------

А+В+С₁ С₂

Первомайское

Сибайское

Яман-Косы

Ново-Ежовское

Тарньерское,

Левихинское

Северо-Ольховское,

Ново-Шайтанское

Южное

и Казанковская каменноугольный 2-3 45,7 -

в том числе:

участок Центральный 735 1,4 -

участок Южный 216 4,5 -

По подсчетам специалистов прогнозные ресурсы германия в России в полтора раза превышают разведанные запасы этого элемента (Кац и др.,1998). Преобладающая часть их сосредоточена в железных рудах Курской магнитной аномалмии (Яковлевское месторождение в Белгородской области) и в угольных месторождениях Приморского края.

В целом сырьевая база германия России может обеспечить производство этого металла и его соединений на уровне ведущих стран мира, что может не только покрыть текущие потребности страны в этом стратегическом сырье, но и возможности для его экспорта. Однако эта база пока не используется.
Руды титана

У этого металла уникальное сочетание физических свойств. Он легкий (плотность 4,5 г/см³) и в то же время очень прочный. Температура плавления титана довольно высокая (1165⁰С); в отличие от железа он не обладает магнитностью. Все это делает главными потребителями титана авиацию, ракетостроение и флот. Например, при замене стальной брони самолета на титановую он становится легче на 40%. В соответствии с этим можно резко увеличить скорость, высоту и дальность полета. Применение титана вместо стали для изготовления деталей реактивного двигателя значительно увеличивает срок его службы. Легкость титана в сочетании с антикоррозийностью делает этот металл незаменимым при строительстве подводных лодок. Титан выдерживает низкие температуры не снижая прочности, поэтому из него изготавливают механизмы, эксплуатирующиеся в высоких широтах, а также емкости для сжиженных газов.

Титан широко применяется для производства различных сплавов, предназначенных для скоростного резания металлов и изготовления конструкций, устойчивых против коррозии. Сплав титана с цирконием и молибденом по устойчивости против коррозии приближается к золоту.

Однако только 10% добываемого в мире титана используется на перечисленные цели. Главная, наиболее масштабная область применения титана – производство титановых пигментов (красок), представляющих собой двуокись титана (ТiO₂). Этот материал белого цвета используется для производства высококачественных титановых белил и эмалей, наполнителей при изготовлении бумаги, пластмасс, резиновых изделий, керамики и т.д.

Мировое производство металлического титана достигло в последние годы 500 тысяч тонн, тогда как на изготовление белого титанового пигмента ежегодно идет около 4,5 млн тонн двуокиси титана. Поэтому кроме названия «крылатый металл», сегодня о титане говорят как о «короле белого цвета». Титановые белила, являющиеся лучшими из всех известных по своей стойкости и белизне, пока замены не имеют. Кроме того, они намного экономичнее других красок. Титановых белил для покраски нужно в 5 раз меньше, чем цинковых или свинцовых. В дополнение ко всему, титановые белила еще и безвредны, по сравнению с другими.

В последние десятилетия наметилась еще одна область широкого использования титана – электродная промышленность (обмазка сварочных электродов титановыми минералами).

Широкое применение титана в различных отраслях промышленности несколько сдерживается дороговизной переработки титанового сырья (особенно для получения металлического титана), поэтому из титана целесообразно изготавливать лишь наиболее ответственные детали и узлы машин и механизмов.

Титан входит в состав очень многих минералов, но промышленное значение имеют лишь несколько. Наиболее важные из них рутил (TiO₂) и ильменит (FeTiO₃), входящие в собственно титановые руды. Кроме того титан извлекают из комплексных руд, представленных титаномагнетитом, перовскитом и лопаритом.

Промышленные месторождения титана представлены следующими генетическими типами:

1. Собственно магматические. Они подразделяются на 2 подтипа. К первому подтипу относятся месторождения, залегающие в основных породах. Руды в них сложены титаномагнетитом (титаномагнетит представляет собой магнетит с мельчайшими включениями ильменита). Из них получают отдельно магнетитовый и ильменитовый концентраты. Ко второму подтипу относятся месторождения, залегающие в нефелиновых сиенитах. В них руда представлена перовскитом, титаномагнетитом и ильменитом.

Наиболее крупными запасами титановых руд в россыпях располагают страны Америки, Африки, а также Индия и Китай.

Россия располагает достаточными ресурсами титановых руд.По разведанным запасам этого сырья она занимает первое место в мире. Всего разведано и оценено 20 месторождений этого стратегического сырья. Балансовые запасы учтены в 13 месторождениях. Наиболее крупные коренные месторождения титановых руд расположены на Урале (Медведевское, Копанское, ), Алтае (Харловское), Кольском полуострове (Ловозерское, Гремяха-Вырмес, Портомчорр, Юкспор, Кукисвумчор), Кручининское, Чинейское, Куранахское, Большой Сейим (Забайкалье). Ни одно из этих месторождений специально на титановые руды не разрабатывается. Небольшое количество титановых минералов извлекается попутно из лопаритовых руд Ловозерского месторождения и нефелин-апатитовых руд месторождения Портомчорр на Кольском полуострове. Получаемое здесь ничтожное количество титановых концентратов не играет никакой роли в обеспечении минеральным сырьем титановой промышленности России. В ближайшие годы российские предприниматели совместно с немецкой фирмой приступят к разработке Куранахского коренного месторождения титановых руд карьерным способом. Месторождение расположено в Амурской области в 20 км от БАМа. Руды, сложенные ильменитом и магнетитом, образуют линзовидные залежи среди лабрадоритов. Среднее содержание ТiO₂ около 14%. Попутные компоненты: железо, ванадий и скандий. Прогнозные ресурсы двуокиси титана – 2495 тыс. тонн. Всю руду предполагается использовать для получения титанового пигмента. Тем самым в России будет положено начало производства собственных титановых красок (в Советском Союзе заводы по производству титановых пигментов размещались на Украине). Пока на Куранахском местрождении начата опытная добыча руды. В зоне БАМа есть еще одно крупное месторождение ильменит-титаномагнетитовых руд – Чинейское, к оторому прокладывается железнодорожная ветка от ст. Чара (Дауев и др., 2000). В ближайшие годы планируется освоение этого объекта.

Однако несмотря на то, что промышленность по добыче и обогащению титановых руд в России практически отсутствует, это не мешает нашей стране ежегодно экспортировать около 10 тыс. тонн титана, являясь в этом отношении основным конкурентом США и Японии на мировом рынке. Россия выпускает 28% мирового производства титановой губки. Для выпуска всех видов титановой промышленности в 2015 году России потребуется 800 тыс. тонн ильменитового концентрата (Быховский и др., 2001).

Дело в том, что в Российской Федерации еще в советское время была создана мощная промышленность по переработке титановых руд, традиционно привозимых с Украины. Эта промышленность сохранена и эффективно функционирует в настоящее время, опираясь все на те же поставки титановых руд с Малышевского и Иршинского ГОКов Днепропетровской области Украины. Эти два мощных предприятия уже несколько десятилетий разрабатывают богатые россыпи титановых минералов. Таким образом, в настоящее время титановая промышленность России целиком зависит от заграничного сырья. Чтобы освободиться от этой зависимости, необходимо уже в ближайшие годы приступить к разработке собственных россыпных месторождений титановых минералов, которые не требуют крупных капиталовложений.

В России имеются достаточно хорошо разведанные россыпные месторождения титановых руд. К ним относятся: Тарское (Омская область), Туганское и Георгиевское (Томская область), Тулунское (Иркут-ская область), Ярегское (Республика Коми). Пробная эксплуатация этих россыпей начата лишь на Тарском месторождении. Но добываемый в не-большом количестве концентрат титановых минералов направляется по-ка лишь на Тюменский завод сварочных электродов. На севере Кемеров-ской области известна Николаевская аллювиальная россыпь ильменита с содержанием этого минерала 51 кг/м³. Мощность песков, более 2,5 м. Запасы полезного компонента 800 тыс т (Шаров и др., 1997).

Таблица 9

Структура запасов титана России по промышленным типам руд (Быховский и др., 2001).

Промышленные типы Субъект РФ Содержание TiO₂ Запасы TiO₂

руд, месторождения в руде,% в песках, ( % от общих запасов)

кг/м³ А+В+С₁ С₂

Коренные титановые руды

Лейкоксен-кварцевые Республика Коми

нефтеносные песчаники;

Ярегское 10,4 39,9 66,9
Ильменитовые песча-, Иркутская область 3,3 1,2 1,2

ники;Тулунское

нетитовые руды:

Медведевское Челябинская область 7,0 12,4 2,9

Кручининское Читинская область 8,4 14,8 8,0

Куранахское Амурская область 14,12 0,2 0,1
Титаномагнетит. руды:

Подлысанская группа Красноярский край 11,4 2,7 -

Чинейское Читинская область 6,5 18,1 9,4
Лопаритовые руды:

Ловозерское Мурманская область 1,3 2,0 1,6

руды с титаномагнети- Мурманская область 1,0 6,1 9,6

том и сфеном;

Юкспор, Кукисвумчорр,

Портомчорр

Россыпи циркон-рутил-ильменитовые

Тарское Омская область 18,13 0,1 -

Георгиевское Томская область 17,10 0,4 0,27

Лукояновское Нижегородская область 32,06 0,6 0,03

Шубинское Оренбургская область 2,48 1,33

руды:

Россыпи
Циркон-рутил-

Ильменитовая

россыпь:

Центральное Тамбовская область 22,70 66,94
Ильменитовая

россыпь:

магнетитовая

россыпь:

Бассейн р.Ай Челябинская область 13,18 3,25

Эти два элемента-близнеца отличаются очень высокой тугоплавкостью и химической стойкостью. Температура плавления циркония 1830⁰С, а гафния еще выше – 2130⁰С. Соединения этих металлов с азотом (нитриды), углеродом (карбиды и бором (бориды) – самые тугоплавкие из всех известных веществ на Земле. Температура их плавления достигает 4200⁰С. Окись циркония входит в состав особо жаропрочных эмалей, применяемых в ракетной технике.Кроме того она не смачивается большинством расплавленных металлов, что позволяет использовать это соединение для покрытия сосудов, применяемых для выплавки металлов высокой чистоты. Цирконий широко применяется для изготовления специальных сортов инструментальных и броневых сталей, кислотоупорных сплавов и особых сортов бронзы. Этот металл в большом количестве используется в конструкциях активных зон ядерных реакторов, а также для изготовления оболочек тепловыводящих элементов (ТВЭЛов). Цирконий – хороший газопоглотитель, позволяющий поддерживать высокий вакуум в различных приборах. Соединения циркония используют для производства огнеупоров, керамики, глазури, дубления кож, пропитки тканей. В последние годы цирконовый концентрат в большом количестве используется для обмазки сварочных электродов.

Цена цирконового концентрата на мировом рынке – 300-370 дол/т.

Гафний, помимо высокой огнестойкости и кислотоупорности, обладает еще одним замечательным свойством – он хороший поглотитель нейтронов, поэтому используется в ядерных установках.

Цирконий и гафний входят в состав более 20 минералов, но практически важными являются только два: циркон (ZrSiO₄) и бадделеит (ZrO₂). 97% циркония извлекается из циркона и только 3% - из бадделеита. Сейчас исследуются возможности промышленного использования еще одного циркониевого минерала – эвдиалита.

Основные геолого-промышленные типы месторождений циркония – коренные бадделеитсодержащие залежи и россыпи. Среднее содержание бадделеита в рудах коренных месторождений – 0,2-0,4%. Циркон и бадделеит очень устоичивы против выветривания, поэтому накапливаются в россыпях, на которые и ориентируется промыш-ленность. Пески, содержащие не менее 8-10 кг циркона на 1 куб.м, считаются промышленными. В россыпях содержится 95% мировых запасов циркония.

Основное практическое значение имеют современные и погребенные морские россыпи. Особенно богаты цирконом морские россыпи восточного побережья Австралии, Индокитая, Америки, Африки и Мадагаскара. В России мало современных россыпей, но зато в древних (погребенных) россыпях заключено 95% мировых запасов циркона.

Основными поставщиками цирконовых концентратов на мировой рынок являются: Австралия, ЮАР, США, Бразилия, Индия, КНР и Украина. Промышленность, перерабатывающая цирконовое сырье сосредоточена в Великобритании, Германии Франции, Японии, США и России.

Циркониевая промышленность СССР, выпускающая металлический цирконий и гафний и разнообразные их соединения, всегда базировалась на цирконовых концентратах с Украины.

Общий уровень потребности России в цирконовых концентратах оценивается в 150 тыс. тонн в год. .Единственный в России производитель цирконовых и бадделеитовых концентратов Ковдорский ГОК (Мурманская область) попутно с добычей железных и апатитовых руд. способен выдавать 5 тыс. тонн циркона и бадделеита в год, что не может обеспечить потребности страны в этом сырье, Поэтому традиция поставок этого материала с Верхнеднепровского комбината Украины сохраняется и теперь В связи с этим Россия нуждается в освоении собственной сырьевой базы циркония, которая весьма тесно связана с сырьевой базой титана, поскольку основной промышленный тип месторождений этих металлов – комплексные россыпи циркона, ильменита и рутила.

Государственным балансом России учтены запасы циркония по 6 месторождениям. Три из них, Ковдорское (Мурманская область), Улук-Танзекское (Республика Тыва) и Катугинское (Читинская область), обладают комплексными редкометальными коренными рудами, содержащими от 0,17 (Ковдорское), до 1,38% (Катугинское) окиси циркония. Три других месторождения: Тарское (Омская область), Туганское и Георгиевское (Томская область). Все эти месторождения (за исключением Ковдорского) по разным причинам не эксплуатируются. Пробная добыча циркона налажена только на Тарском месторождении, откуда сырье поставляется на Тюменский завод сварочных электродов.

Кроме этого, есть несколько коренных и россыпных месторождений, запасы которых отнесены к забалансовым. При освоении таких объектов на первый план выступает комплексное использование сырья и в первую очередь – попутных нерудных концентратов кварцевого, полевошпатового, глинистого, а также крупнозернистого (гравийного) материала. Потребителями этой попутной продукции могут быть строительные организации, стекольные, кирпичные, керамзитовые и другие заводы. На Кольском полуострове находится Аллуайвское месторождение редких и редкоземельных элементов, расположенное в районе Ловозерского ГОКа. Кроме ниобия, тантала и редких земель руды содержат циркониевый минерал эвдиалит. Среднее содержание ZrO₂ в руде около 3%. Комплексное извлечение перечисленных полезных компонентов сделало бы рентабельным разработку руд этого объекта (Быховский, Зубков, 1996).

В настоящее время около 97% цирконовых концентратов поставляется в Россию с Малышевского и Иршинского ГОКов Украины. Отставание промышленного освоения собственной сырьевой базы предполагает в ближайшие годы сохранение импорта концентратов циркона (как и концентратов титановых минералов), хотя Россия при небольших капитальных затратах (200-300 тыс. долларов) могла бы в короткий срок наладить свою добычу и обогащение этого природного материала.

Западная Сибирь, большая часть которой расположена на равнине, весьма богата рыхлым осадочным материалом (песками и глинами), снесенным в мезозойско-кайнозойское время с вторичных орогенов разрушающегося складчатого обрамления Западно-Сибирской плиты. Промышленный интерес представляют собой озерно-аллювиальные пески олигоцен-четвертичного возраста, обогащенные ильменитом и цирконом, которые являются прямым продолжением одновозрастных россыпей Зауралья. Названные тяжелые минералы встречаются в песках в небольших количествах и определяются как акцессорные. Они могут быть попутным или главным объектом извлечения, в зависимости от содержания их в песчаном материале.

В настоящее время известны предприятия, занимающиеся извлечением ильменита, рутила и циркона из природных песков. Вся оставшаяся масса песка (более 95%) является в этом случае хвостами производства. Такие предприятия рентабельны лишь при условии промышленного содержания в песках названных компонентов. Если же произвести полное разделение песка на отдельные фракции, то такое производство будет вполне рентабельным при рядовом содержании рудных минералов в этом природном материале.

Пески Западной Сибири (в первую очередь Тюменской области) включают 2 рудных минерала – ильменит (содржание от 1,5 до 5%) и циркон (содержание 0,1%). Запасы их неограниченные. В карьерах ежегодно добываются миллионы тонн песка, который вместе с содержащимися в нем ценными рудными и нерудными минералами используется для отсыпки дорог, строительных площадок, строительства зданий и сооружений. Если возле карьеров установить простые обогатительные установки, то из природного песчаного материала можно получить следующие полезные компоненты: гравий (2%), крупнозернистый песок (10%), глину (6%), ильменит (минимум 1,5%), циркон (0,1%), кварц (20%), полевой шпат (около 60%).

Экономические расчеты показывают, что применение предлагаемой схемы обработки добываемого в карьерах песка дает возможность в пять раз увеличить его реализационную стоимость, а процесс добычи, обогащения и использования компонентов, составляющих этот природный материал, превратить в безотходное производство.

Руды лития

Литий – самый мягкий легкий щелочной металл белого цвета с плотностью 0,53 г/см³ и температурой плавления 186⁰ С. Легко окисляется на воздухе. Он относится к щелочным элементам.

Литий легко образует сплавы с алюминием, медью, свинцом и другими металлами, за исключением железа. Дейтрид лития является основным компонентом водородных бомб – он необходим для получения трития. Гидрат окиси лития применяется в щелочных аккумуляторах, установках для регенерации воздуха в подводных лодках и космических кораблях. Гидриды лития - важная составная часть ракетного топлива. Большое количество лития применяется в процессе электролиза алюминия, при производстве жаропрочного стекла и керамики, изготовлении сухих батарей, консистентных смазок, устойчивых в широком диапазоне температур. Во многих отраслях экономики применяются сплавы лития с Мо, Ве, специальные бронзы с добавкой этого элемента.

В природе известно около 80 минералов, в которые входит литий, но основное промышленное значение имеют следующие:

сподумен Li Al [Si₂O₆]

лепидолит К (Li,Al)₃ [Si₃AlO₁₀] (F,OH)₂

амблигонит Li Al [PO₄] F

эвкриптит Li Al SiO₄

циннвальдит K Li Fe Al [Si₃AlO₁₀] (F,OH)₂

Промышленные типы месторождений лития связаны с редкометальными пегматитами, слюдисто-флюоритовыми метасоматитами, редкометальными гранитами и грейзенами. До 1% литя содержат некоторые глины.

Из руд лития получают концентраты с содержанием Li₂O до 8%. Затем из концентратов на химических заводах извлекают литий. Из минерализованных вод литий извлекают ионообменными смолами. Вода предварительно подвергается выпариванию.

Все месторождения лития комплексные. В них, наряду с литием, полезными компонентами являются: Ta, Nb, Be, Rb, Cs, Sc, Sn, W и некоторые нерудные минералы: полевой шпат, кварц, слюда и др. В рассолах озер, наряду с литием, присутствуют соединения бора, натрия, калия, брома и др. Содержание лития в рапах озер может достигать 0,02%.

В СССР весь добываемый литий потреблялся военно-промышленным комплексом и ядерной энергетикой. По потреблению лития СССР занимал второе место после США. Литий получался из сподуменового концентрата Забайкальского ГОКа, эксплуатировавшего Завитинское месторождение пегматитов. После распада СССР потребление лития в стране сократилось в 5 раз. В настоящее время литий в России не добывается (Быховский, Линдк, Петрова, 1977).

По запасам лития Россия занимает одно из ведущих мест в мире. Учтенные Государственным балансом запасы Li₂O сосредоточены в 14 месторождениях. Около 60% запасов находится в Восточной Сибири, 37% - в Северном регионе, остальные 3% - на Дальнем Востоке. Запасы лития в промышленных месторождениях даны в табл. 10.

Таблица 10

Промышленные месторождения лития России (Быховский и др, 1977)

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Месторождения Тип руды Среднее Запасы Перспективы промыш-

другие полез- содержание А+В+С₁ ленного освоения

ные компоненты) Li₂O в руде %

Мурманская область
Вороньетундров- Сподумен в редко-

ское метальных пегма-

титах (Ta, Be, Cs) 0,896 0,5 Вахтовым способом
Полмостундров- Сподумен в редко- 1,247 7,6 Вахтовым способом

ское метальных пегма-

титах (Ta, Nb )
Колмозерское то же 1,349 34 Резервное


Республика Тыва
Улуг-Танзекское Редкометальные 0,084 18,9 Объект дальнего

граниты (Ta,Nb,TR, резерва

Zr)
Тастыгское Сподумен в редко- 1,464 - Забалансовое

метальных пегма-

титах
Иркутская область
Вишняковское Лепидолит, пета- 0,086 1,5 Первоочередной

лит в редкомета- объект

льных пегматитах

(Ta, Cs)

тальных пегматитах

(Та)
Урикское То же 1,090 7,4 Объект дальнего

резерва
Белореченское То же 1,123 2,1 То же

носных гранитах(Та) щена из-за нерен-

табельности (Ор-

ловский ГОК)

участок ГОКа

Тальных пегматитах

Вознесенское Слюдисто-флюорито- 0,450 2,7 Ярославский ГОК

вые руды (F)
Пограничное То же 0,170 0,2 Резерв

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Примечание: Забайкальский и Ярославский ГОКи на литий не работают

Руды бериллия

Бериллий – редкий элемент. Это легкий металл с плотностью 1,84 г/см³), обладающий высокой прочностью, упругостью, жаро-прочностью и тугоплавкостью (температура плавления 1300⁰С), низким коэффи-циентом теплового расширения, высокой коррозионной устой-чивостью и химической стойкостью. Свойство бериллия испускать нейт-роны под действием гамма-излучения объясняет широкое его исполь-зование в ядерной и рентгеновской технике. Многие соединения берил-лия ядовиты. Сплавы бериллия с медью (бериллиевые бронзы) и алюми-нием отличаются повышенной прочностью при сохранении высокой электропроводности. Атомная, аэрокосмическая, электротехническая, автомобильная промышленности, электроника (компьютеры) – вот основные потребители бериллия. Основными производителями бериллия являются Бразилия, Индия, Руанда, Мозамбик и Аргентина. Цена металлического бериллия на мировом рынке достигает 500 дол/кг, окиси бериллия – 160 дол/кг.

Известно несколько минералов, содержащих бериллий, но основными, имеющими промышленнойе значение, являются только три:

берилл ( содержит до 14% Ве) Ве₃Al₂[Si₆O₁₈]

фенакит (содержит 45% Ве) Ве₂[SiO₄]

бертрандит (содержит до 42% Ве) Be₄[Si₂O₇] (OH)₂

Основными источниками бериллия являются гранитные пегматиты, дающие большую часть промышленных руд. Другие промышленно значимые месторождения бериллия связаны с грейзенами и щелочными метасоматитами.

Около 50% запасов бериллия сосредоточено в Бразилии и США. Остальные 50% запасов размещены в Китае, Индии, Африканских странах и в Австралии.

В СССР производство бериллиевых концентратов осуществлялось на четырех предприятиях: Малышевском (Свердловская область), Первомайском (Читинская область), Белогорском (Восточно-Казахстанская область) и Забайкальском (Ермаковское месторождение в Бурятии).

На Малышевском месторождении кроме бериллового концентрата добывали изумруд для ювелирных целей. В настоящее время бериллий в России не производится по причине отсутствия потребности в нем. Добыча изумрудов на Малышевском месторождении возобновлена в 2006 г.

На территории России имеется 9 бериллиеносных провинций с прогнозными ресурсами бериллия (Киприянова и др., 1996). Значительная их часть находится в труднодоступных районах.

Наиболее перспективная – Забайкальская провинция, находящаяся на территории Бурятии и Читинской области. Здесь сосредоточено около 60% ресурсов категории Р₁. Наиболее перспективные месторождения: Оротское, Ермаковское и Ауникское. Среднее содержание ВеО в руде – 0,44%.

Другая провинция – Алтае-Саянская (Иркутская область, Краснояр-ский край), где известны месторождения: Снежное и Казырское с содержанием ВеО 0,38 – 0,90%. Оба месторождения находятся в труднодоступных районах.

Ресурсы бериллия Восточно-Уральской и Буреинской провинций незначительны.

Ресурсы Ханкайской, Карело-Кольской, Свеко-Фенской и Полярно-Уральской провинций значительны, но руды бедные (содержание ВеО 0,15 – 0,25%).

Известны рудопроявления бериллия в виде бертрандито-фенакитовых руд в пределах Алданского щита (Хабаровский край), которые еще предстоит оценить.

В настоящее время Государственным балансом учтены запасы бериллия по 25 месторождениям, из которых в ближайшее время могут быть вовлечены Боевское месторождение на Среднем Урале и Ауникское в Забайкалье. Боевское флюорит-берилловое месторождение находится в 130 км к югу от Малышевского. Среднее содержание ВеО в его рудах – 0,122%, содержание флюорита – 15%.

Источником бериллия могут быть также комплексные литий-бериллий-флюоритовые месторождения Вознесенского и Пограничного месторождений (Приморский край), являющиеся в настоящее время крупнейшими поставщиками флюорита (Ярославский ГОК). Потенциальными объектами на бериллий могут стать в будущем Вишняковское и Гольцовое бериллий-ниобий-танталовые месторождения в Иркутской области (Куприянова и др., 1996).

Сурьма – белый хрупкий металл с плотностью 6,68 г/см³ и температурой плавления 630⁰ С. Кларк сурьмы 5∙10^-5%.

Болшая часть добываемой сурьмы используется для получения сплавов. Добавка этого элемента увеличивает твердость сплавов и предохраняет их от окисления. Сплав свинца и сурьмы применяют для изготовления аккумуляторов, оболочек кабелей. Сплав свинца, олова и сурьмы (типографский) служит для изготовления шрифтов. Для отливки вкладышей подшипников применяют баббиты (сплав Sb, Sn, Pb, Cu). Соединения сурьмы с кислородом, серой, хлором, фтором используются в лакокрасочной, стекольной, резиновой, текстильной промышленности, в пиротехнике, медицине. Большое количество сурьмы расходуется для производства антипиренов (составов, препятствующих горению) и на-полнителей пластмасс, а также полупроводников и боеприпасов.

Первое место по запасам и добыче сурьмы занимает Китай (56% мировых запасов). За ним следуют: Боливия, Мексика, Турция, Тайланд, ЮАР, Марокко, Италия, Австралия, Кыргызстан и США. Стоимость 1 т сурьмы достигает 2 тыс. долларов.

Сурьма входит в состав 75 минералов, но промышленными является только три: антимонит Sb₂S₃ (74,3% Sb): гудмундит FeSbS (57,8% Sb) и бертьерит FeSb₂S₄ ( 57% Sb).

Все месторождения сурьмы гидротермального происхождения. Они образуются как в глубинных, так и приповерхностных условиях.

В глубинных условиях формируются сурьмяные и сурьмяно-ртутные месторождения, иногда с мышьяком и флюоритом. Минеральный состав таких месторождений: антимонит, кварц, пирит, галенит, киноварь, реальгар, аурипигмент, блеклая руда, флюорит, самородная сурьма, гудмундит и золото в различных сочетаниях. Рудные тела в виде линз, жил, гнезд и штокверков. Размещаются в карбонатных породах, глинистых сланцах, песчаниках и кварцитах.

В приповерхностных условиях оруденелые зоны в виде сложно ветвящихся жил, столбов и штокверков представлены антимонитом, ферберитом, шеелитом, киноварью, арсенопиритом, сульфидами меди, свинца и цинка, а также золотом.

СССР был одним из главных производителей сурьмы. В стране ежегодно выпускалось около 20 тыс. тонн разнообразной сурьмяной продукции (Усова и др., 1998).

В настоящее время в России сурьма выпускается на двух заводах – Рязанском заводе по обработке цветных металлов и Уральском сурьмяном заводе. Общая мощность этих предприятий – 10 тыс. т сурьмы в год.

По запасам сурьмы Россия занимает второе место после Китая. Государственным балансом учтены 9 месторождений. Основные запасы сосредоточены в комплексных золото-сурьмяных месторождениях Сибири и Дальнего Востока. Самое крупное из них – Сарылахское (Якутия) с богатыми рудами разрабатывается подземным способом. Содержание сурьмы в рудах достигает 24%. Несколько меньшими запасами сурьмы обладает другое месторождение в Республике Саха – Сентачанское. Содержание сурьмы в основном рудном теле около

60%. Месторождение отрабатывается карьером. В табл.11 приведены запасы и прогнозные ресурсы сурьмы в основных месторождениях России.

Таблица 11

Месторождения сурьмы России (Усова и др., 1998)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Месторождение Геолого-промышлен. Содержание сурьмы Ресурсы, Степень

тип в руде, % тыс. т освоения

Удерейское Жильный кварц-золото- 10,6 25 Подготавли-

антимонитовый вается к

освоению
Олимпиадин-

ское Золото-сульфидный 0,2 Ведется

сурьмосодержащий добыча

золота.

Сурьма

извлекается

Сарылахское Жильный кварц- 19 100 Разрабаты-

золото-сурьмяный вается
Сентачанское То же 24 70 Разрабаты-

вается

ливается

сурьмосодержащий добыча

золота.

Сурьма

кается

Майское Золото-сульфидный 0,2 Резервное

сурьмосодержащий
Амурская область
Солокачи Жильный кварц- 4,5 22 Резервное

антимонитовый

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Кроме приведенных в таблице есть и другие месторождения, содержащие сурьму в качестве главного или попутного компонента: Солонеченское (Читинская область), Утро и Сурьмяное (Магаданская область).

Суммарные прогнозные ресурсы сурьмы в известных месторождениях России составляют 370 тыс т (Усова и др., 1998).
Руды ртути

Ртуть - единственный металл, находящийся в жидком состоянии при положительной температуре. Затвердевает ртуть при температуре – 38,7⁰ С. Плотность ртути 13,6 г/см³. Среди других свойств ртути следует отметить ее способность растворять (амальгамировать) многие металлы (Au, Ag, Sn, Cd, Pb, Bi и др.), а также излучать ультрафиолетовые лучи, находясь в парообразном состоянии. Вышеперечисленные и другие свойства определяют основные области практического использования ртути.

Основной потребитель ртути – химическая промышленность. 40% ртути идет на производство хлора и каустической соды. Ртуть широко применяется в люминесцентных лампах и гальванических элементах, приборостроении, медицине, при добыче золота (амальгамирование). СССР, который занимал второе место в мире по производству ртути (1300 тыс т), ежегодно потреблял около 1000 т этого металла. Ртуть добывали на Украине, в Киргизии, Таджикистане, Казахстане, Российской Федерации. С распадом СССР в России остались лишь 2 небольших предприятия. Из них только Краснодарский рудник, входящий в консорциум «Молибден», располагает собственной сырьевой базой (Сахалинское месторождение в Краснодарском крае). В результате в настоящее время Россия может обеспечить собственной ртутью только 10% своих потребностей.

Однако, Россия обладает крупными запасами этого сырья и по этому параметру занимает третье место в мире после Испании и Киргизии. Государственным балансом учтено 26 месторождений ртути. Подавляющее число месторождений относится к собственно ртутным (главный минерал – киноварь). Содержание ртути в них находится в диапазоне от 0,2 до 3,4%. В трех медноколчеданных месторождениях Урала ртуть является попутным компонентом с содержанием в десятки грамм на тонну (6% запасов).

Основные запасы и ресурсы ртути сосредоточены на Дальнем Востоке (Чукотка). На 2 крупных месторождениях этого региона (Тамватнейское и Западно-Палянское) приходится 57% всех балансовых запасов. Остальные запасы (от нескольких сотен до первых тысяч тонн ртути) расположены в Якутии, Камчатской области, Краснодарском крае и Кемеровской области (табл.12).

Главная проблема ртути в России – концентрация запасов в экономически неблагоприятных для освоения районах Северо-Востока. Вторая проблема – в России отсутствует вторичное производство ртути. Ежегодно более 200 т ртути в разных сферах производства поступает в отходы.

Цена ртути на мировом рынке невысокая – 5 дол/кг, поэтому эксплуатация месторождений Чукотки нерентабельна (Бутов и др., 1997).

Наибольшее количество добываемой ртути потребляет химическая промышленность (получение хлора, каустической соды и уксусной кислоты). Значительная доля ртути используется в золотодобывающей отрасли (ртутное амальгамирование). В электротехнике, радиотехнике ртуть используется при изготовлении ртутных прерывателей, выпрямителей, ртутно-кварцевых ламп, ламп дневного света. В военном и горном деле из ртути готовят детонаторы. Небольшое количество ртути используется в ртутнопаровых турбинах и насосах для создания высокого вакуума. Из ртути готовят специальные краски, термометры, лекарства.

Главные мировые производители ртути – Испания, Италия, Мексика, Канада, США, Турция, Алжир, Япония, Исландия, Перу, Филиппины. Советский Союз находился по количеству добываемой ртути на втором месте (после Испании). Этот металл добывался в Казахстане, Таджикистане, Киргизии, на Украине и в Российской Федерации. С распадом СССР в России осталось только одно предприятие по добыче ртути, обладающее собственной сырьевой базой – Сахалинским месторождением в Краснодарском крае. По расчетам специалистов балансовых и забалансовых запасов этого месторждения при годовом производстве ртути в количестве 60 т хватит на 14 лет (Бутов, Иванов и др., 1997).

Основной промышленный минерал ртути – киноварь (HgS). Ртуть может извлекаться также из метациннабарита и ливингстонита (ртутьсодержащая блеклая руда). Встречаются месторождения самородной ртути.

Месторождения ртути относятся к гидротермальным низкотемпературным., образующимся на умеренных глубинах и в приповерхностных условиях. Глубинные месторождения представлены чаще всего осадочными породами – известняками, песчаниками, подверженными низкотемпературным гидротермальным изменениям – аргиллизации, окварцеванию, баритизации, доломитизации. Рудоподводящие ювенильные растворы с температурой 50-250⁰С про-никали в трещиноватые породы по разломам, отлагая киноварь в местах соприкосновения с вадозными водами. Часто вмещающими оруденение породами являются брекчированные серпентиниты, контролируемые глубинными разломами. Рудные тела таких месторождений имеют пластообразную, жилообразную и гнездообразную формы. Руды чаще всего вкрапленные или прожилково-вкрапленные.

Приповерхностные месторождения локализуются в эффузивно-осадочных толщах в областях древнего или современного вулканизма. Рудные тела размещаются в зонах дробления эффузивов или песчаников, подверженных низкотемпературным гидротермальным изменениям: пропилитизации, серицитизации, окварцеванию, аргиллизации, пропилитизации. Рудные тела обычно представляют собой ветвящиеся жилы сложной конфигурации, сложенные киноварью, кварцем, халцедоном, баритом, реальгаром, аурипигментом и карбонатами.

Ртутные месторождения Северного Кавказа и Кемеровской области кроме киновари содержат самородную ртуть, диккит, метациннабарит, пирит и марказит.

В небольших количествах ртуть присутствует в медно-колчеданных, полиметаллических, сурьмяных и мышьяковых месторождениях, откуда она извлекается попутно.

Таблица12

Региональная структура балансовых запасов ртути России ( Бутов, Иванов, Кременецкий, Усова, 1997)
Месторождение Геолого-промышленный Доля запасов Содержание

тип России ртути в руде,

( В+С₁+С₂), % %
Красндарский край

Белокаменное Кварц-диккитовый 3,3 0,47

Сахалинское то же 2,4 0,42

Дальнее то же 1,8 0,31

Каскадное то же 0,1 0,14
Республика Северная Осетия

Тибское то же 1,6 0,25

Куприяновское то же 0,2 0,32

Чаган-Узунское Лиственитовый 7,0 0,42

Черемшанское Карбонатный 0,1 0,50
Алтайский край

Сухонькое Карбонатный 0,6 0,24

Терлигхая Полиаргиллитовый 5,1 0,22

Звездочка Кварц-диккитовый 6,2 1,59

Галл-Хая Карбонатный 1,1 0,60

Северное то же 0,4 1,02

Среднее то же 0,3 3,40

Балгикакчай то же 0,1 1,63

Ланское Полиаргиллитовый 1,2 0,52

Ляпганайское Опалитовый 3,5 0,62

Алюторское то же 1,7 1,05

Чемпуринское то же 0,7 1,07

Тамватнейское Лиственитовый 33,1 0,70

Западно-Палян- Кварц-диккитовый 24,0 0,53

ское

Подольское Медноколчеданный 4,6 0,0025

ртутьсодержащий
Челябинская область

Талганское то же 0,6 0,0050

Сафьяновское то же 0,2 0, 0014

Основные запасы ртути (57%) сосредоточены на Чукотке, в Якутии и на Камчатке, т.е. в труднодоступных районах. Эксплуатация этих месторождений в настоящее время нерентабельна. В настоящее время Россия находится в полной зависимости от зарубежных поставщиков ртути, что для экономики государства небезопасно. Наладить собственное производство ртути возможно лишь на дотационной основе. Другим выходом из создавшегося положения могло бы стать возрождение в России вторичного производства ртути.

Известно 15 редкоземельных элементов, по физическим и химическим свойствам подразделяемых на 2 подгруппы – цериевую и иттриевую. В первую входят 6 элементов: лантан, церий, неодим, празеодим, прометий, самарий. Вторая подгруппа состоит из 9 элементов: европия, гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия, эрбия, туллия, иттербия и лютеция. По химическим свойствам ко второй подгруппе близко примыкает иттрий.

Разделение редких земель, свойства которых очень близки, чрезвычайно трудная задача, поэтому на практике часто пользуются их смесью в виде окислов, фторидов, карбонатов, нитратов, а также в виде сплавов, называемых мишметаллами.

В различных отраслях промышленности применяют сплавы редких земель с цветными металлами, обладающие термостойкостью и прочностью. Так, сплавы магния с церием обладают жаростойкостью; сплавы магния с гадолинием, эрбием, диспрозием обладают уникальными магнитными свойствами. Потребители этих сплавов – авиация и аэрокосмическая отрасли, оборонные ведомства. В оптике с помощью церия, празеодима и неодима получают специальные стекла, поглощающие гамма-лучи. Использование окислов редких земель в стекольной промышленности для обесцвечивания стекла значительно удешевляет производство последнего.

Чистые редкие земли – самарий и гадолиний являются хорошими поглотителями нейтронов и применяются в атомной технике. Туллий – источник мягкого гамма-излучения, необходимый для переносных рентгеновских установок, не нуждающихся в источниках энергии.

В нефтехимии и органической химии редкие земли применяются как катализаторы многих химических процессов.

Редкие земли широко распространены в земной коре, особенно в щелочных магматических породах, где их содержание достигает 0,02%. Известно более 60 минералов, содержащих редкие земли. Наиболее важные из них следующие:

монацит (Ce, La.....) [PO₄]

ксенотим Y[PO₄]

рабдофанит (Ce, Y) [PO₄] H₂O

бастнезит CeCO₃ F

паризит CeCa (CO₃)₃ F₂

пирохлор (Na,Ca,Ce)₂ Nb₂O₆ (OH,F)

микролит (Na,Ca,Ce)₂ Ta₂O₆ (OH,F)

эвксенит (Y,Ce,Ca) (Nb, Ti) O₃

лопарит (Na,Ca,Ce) (Nb,Ti) O₃

браннерит (U,Ca,Y, Th)₃ Ti₅ O₁₆
Редкие земли чаще всего являются попутными компонентами ниобиевых, танталовых, урановых, ториевых, апатитовых, фосфоритовых и других руд. Промышленные местрождения редкоземельных элементов имеют следующий генезис:

1. Магматические, связанные с интрузиями нефелиновых сиенитов;

2. Пегматитовые, связанные с редкометальными гранитами;

3. Карбонатитовые, связанные с массивами щелочных пород;

4. Гидротермальные, связанные с зонами альбитизации в щелочных гранитах и сиенитах;

5. Остаточные, связанные с корой выветривания карбонатитов;

6. Осадочные, связанные с фосфоритами и урановыми рудами;

7. Россыпные.

В России запасы редкоземельных элементов учтены по 14 месторождениям (Кудрин, Чистов, 1996). В 13 из них редкие земли могут извлекаться в качестве попутных компонентов. Только в одном месторождении, Катугинском, редкоземельные элементы являются главной составной частью руд. Структура балансовых запасов редких земель приведена в таблице 13, из которой видно, что около 70% запасов сосредоточены в месторождениях Кольского полуострова (Мурманская область), связанных с массивами нефелиновых сиенитов. Около 15% запасов находятся в Якутии (Селигдарское месторождение). Остальные 15% запасов распределены в четырех субъектах Федерации – Республике Коми, Республике Тыве, Иркутской и Читинской областях. Из приведенных в таблице месторождений лишь одно (Ловозерское) эксплуатируется на редкие земли, которые извлекаются попутно с ниобием и танталом. Все другие объекты либо не введены в эксплуатацию, либо из руд извлекаются другие полезные компоненты. К последним относятся месторождения Кольского полуострова, на которых добываются апатит-нефелиновые руды.

Серьезным препятствием освоения известных месторождений редких земель является радиоактивность руд, обусловленная присутствием в них тория, который пока не пользуется спросом. Промышленники вынуждены оставлять его в отходах, что не безопасно с экологической позиции.

Есть и другие объекты, запасы которых относятся к забалансовым, но к ним может проявиться интерес предпринимателей в ближайшие годы. Среди них наиболее интересны следующие месторождения с выявленными запасами: Аллуайв, Зашихинское, Арысканское, Тайкеу (связанные с магматическими породами и щелочными метасоматитами), Тенякское, Мироновское, Чуктуконское, Томторское (в корах выветривания), Горноозерское(россыпное), Павловское, Раковское (осадочные в углях). Из перечисленных объектов наиболее интересное с позиции промышленного освоения представляет собой Томторское месторождение ниобия и тантала в Республике Саха. Помимо ураганного содержания основных компонентов (см. ниобий и тантал) руды содержат 13-20% редких земель (Кудрин, 1996). Предполагаемая высокая экономическая эффективность эксплуатации этого месторождения выводит его в число первоочередных объектов.

Однако Россия не спешит осваивать месторождения редкоземельных элементов по двум причинам. Первая из них связана с большими запасами монацитовых концентратов, созданных еще в советское время. Они до сих пор не востребованы и лежат на складах (Булатов,2002).

Таблица 13

Редкоземельные месторождения России

Месторождение Тип руды Главные Содержание Доля Промышл.

полезные РЗЭ в руде, балансовых освоение

компоненты % запасов

В+С₁+С₂

%

Мурманская область
Ловозерское нефелин. Nb, Ta 1,0 – 1,2 23,8 эксплуатир.

сиениты

Юкспор, апатитовый Р 0,25 – 0,45 43,5 экплуатир.

Коашвинское на апатит

Республика Коми
Ярегское нефтеносные Тi 0,04 3,5 опытная

песчаники добыча на

с лейкоксеном титановый

концентрат

карбонатитов

с пирохлором,

апатитом,

монацитом
Республика Тыва
Улуг-Танзекское щелочные Nb, Ta 0,063 1,6 не экспл.

метасоматиты

с цирконом,

колумбитом

карбонатные Nb, Ta, TR 0,25 7,1 не экспл.

метасоматиты

Селигдарское апатит- Р 0,34 14,9 не экспл.

карбонатные

метасоматиты

Уран – тяжелый радиоактивный металл с плотностью 18,7 г/см³. Природный уран состоит из трех изотопов: ²³⁸U, ²³⁵U, ²³⁴U.

Уран является одним из важнейших источников энергии. Ядра урана-235 под действием медленных нейтронов способны делиться с высвобождением огромной энергии. Быстрые нейтроны способны искусственно расщеплять ядра урана-238. при этом рождается новый искусственный радиоизотоп плутоний-239, являющийся важнейшим ядерным горючим.

Современная атомная энергетика почти целиком основана на использовании реакции деления ядер урана-235. При этом применяется природный уран, обогащенный по изотопу ²³⁵U до 3-5%. АЭС мощностью 1 млн. кВт потребляет в год около 150 т обогащенного урана. Аналогичные тепловые электростанции потребляют 2,5 млн. т каменного угля или 1,7 млн. т. нефти. Расход урана может быть еще снижен при использовании вторичного плутония, но для этого нужны реакторы, работающие на быстрых нейтронах. Технические сложности и большие капитальные затраты. требующиеся для строительства таких АЭС пока сдерживают применение этой технологии.

В настоящее время в мире эксплуатируются около 440 энергетических ядерных реакторов. Для их эксплуатации в 2003 г. потребовалось 68435 т урана при годовом его производстве в объеме 36530 т. 76 реакторов обеспечиваются ТВЭЛами (тепловыводящими элементами) Россией, что составляет 17 % мирового рынка ядерного топлива (Бавлов и др., 2004). Таким образом мировое производство урана значительно отстает от потребностей ядерной энергетики. Дефицит сырья обеспечивается поставкой со складов, а также за счет вторичных источников урана. К последним относится в первую очередь низкообогащенный уран, получаемый при переработке высокообогащенного оружейного урана по договору «ВОУ-НОУ» между Россией и США.

Минералогия урана отличается большим разнообразием. Известно около 100 урановых минералов гидротермального, осадочного и магматического происхождения. Среди них наиболее часты окислы урана, соли фосфорной, ванадиевой, кремниевой, мышьяковой, титановой и ниобиевой кислот. Наиболее важные промышленные руды урана представлены первичным минералом – уранинитом (урановой смолкой), представляющим собой окисел урана черного цвета. Кроме того есть множество вторичных минералов урана, которые называются урановыми слюдками. Наиболее распространенные из них:

торбернит Cu(UO₂)₂ (PO₄)₂

отенит Ca(UO₂)₂ (PO₄)₂ ∙nH₂O

карнотит K₂(UO₂)₂ (VO₄)₂ ∙ 3H₂O

тюямунит Ca(UO₂)₂ (VO₄)₂ ∙ 8H₂O

коффинит U(SiO₄)

Из урановых слюдок крупные промышленные скопления образуют только карнотит и тюямунит. Они же являются рудой на ванадий и радий.

Уран и радий в России впервые были получены из руды месторождения Тюя-Муюн в Фергане. Носителями этих минералов здесь оказались два минерала из группы урановых слюдок – тюямунит и ферганит.

Месторождения урана относятся к гидротермальному и осадочному типам. Запасы металла в них колеблются в широких пределах – от тысяч тонн до сотен тысяч тонн урана. Есть месторождения, в которых уран является попутным компонентом (Витватерсранд в Южной Африке – с золотом, Олимпик-Дам в Австралии – с медью и т.д.). В некоторых месторождениях США и Израиля уран является примесью в фосфоритах.

Добываются урановые руды двумя способами – шахтным и подземным выщелачиванием с помощью раствора серной кислоты. Максимальное содержание в рудах наиболее богатых месторождений – 12% урана. Минимальное промышленное содержание при шахтном способе добычи первые десятые доли процента, а при подземном выщелачивании – первые сотые доли процента.

Основным способом переработки урановых руд является гидрометаллургия (кислотное выщелачивание с помощью серной кислоты). Далее из полученного раствора уран извлекается с помощью ионообменных смол. Конечным товарным продуктом является закись-окись урана U₃O₈ c содержанием урана до 85%. Это соединение поступает затем на заводы изотопного обогащения для получения урана-235 и производства топливных элементов (ТВЭЛов) для атомных реакторов.

Мировые разведанные запасы урана составляют 3591 тыс. т. Основные запасы урана сосредоточены в Австралии (620 тыс. тонн), Казахстане (440 тыс. тонн), Канаде (330 тыс. тонн), ЮАР, Бразилии, Намибии и США. Россия по разведанным запасам урана находится на 8 месте.

Цены на уран на международном рынке неуклонно растут и составили в 2004 г 54 дол/кг.

Советский Союз располагал крупнейшей в мире минерально-сырьевой базой урана. Мощные уранодобывающие предприятия СССР находились на территории Казахстана и республик Средней Азии. Несколько тысяч тонн урана извлечены в Ставропольском крае Лермонтовским горно-химическим рудоуправлением на месторождениях Бык и Бештау. Малышевское рудоуправление в течение 12 лет (1968-1980 гг.) отработало небольшое Санарское местророждение урана в Челябинской области методом подземного кислотного выщелачивания. После распада страны большая часть разведанных запасов урана осталась в бывших союзных республиках, в первую очередь в Казахстане. Сейчас государственным балансом полезных ископаемых России учтены 55 месторождений урана. 95% балансовых запасов сосредоточены в 17 объектах Стрельцовского урановорудного района в Читинской области. Разведанные остаточные запасы составляют здесь 155 тыс. тонн. Из 17 месторождений 9 разрабатываются Приаргунским горно-химическим комбинатом (г.Краснокаменск) методом подземного выщелачивания в горных выработках. Руды перерабатываются на гидрометаллургическом заводе. Названный комбинат относится к корпорпции ТВЭЛ, в которую входят еще 2 предприятия, занимающиеся добычей урана методом подземного кислотного выщелачивания: ЗАО «Далур» в Курганской области и ОАО «Хиагда» в Бурятии (Бавлов и др., 2005).

Урановые руды месторождений Стрельцовской группы локализованы в пределах тектонической депрессии, выполненной осадочно-вулканогенной толщей, несогласно перекрывающей рифейско-палеозойский гранитно-метаморфический фундамент. Из 17 месторождений 2 (Антей и Аргунское) приурочены к гранитам и доломитизированным известнякам фундамента. Остальные месторождения локализуются в толще вулканитов и осадочных пород верхней юры-нижнего мела.

Руды комплексные уран-молибденовые жильного и штокверкового типа. Рудные минералы: настуран (урановая смолка), коффинит, урановые слюдки, молибденит. Содержание урана в рудах от 0,15 до 0,24%.

Приаргунский горно-химический комбинат выпускает 2600 тонн урана в год. Вся производимая продукция идет на экспорт. Внутренняя потребность страны в этом энергетическом сырье (3600 тонн в год) полностью обеспечивается запасами со складов. Из этого же источника обеспечиваются ураном АЭС стран бывшего социалистического лагеря.

Существуют резервные группы месторождений урана, приуроченные к осадочным толщам разного возраста. По этим объектам подсчитаны ресурсы урана, либо запасы по низким категориям. К ним относятся:

1. Алданская группа. В нее входит несколько месторождений, расположеных в южной части Якутии. Руды комплексные золото-урановые с содержанием урана 0,15 – 0,20%. Глубина залегания руд 200-1500 м. Для их освоения требуются крупные капитальные затраты.

2. Витимская группа. Месторождения расположены в 200 км севернее г.Читы, в восточной части территории Бурятии, в пределах Амалатского плато ( в междуречье рр.Витим и Амалат). Рудные залежи приурочены к долинам палеорек, выполненным аллювиальными отложениями миоцена мощностью в несколько десятков метров, обогащенными углеродистым веществом.Рудоносная осадочная толща перекрыта базальтами четвертичного возраста мощностью до 250 м (Кротков и др., 1998). На площади 250 тыс. кв. км сосредоточено несколько десятков месторождений, расположенных в 2-3 км друг отдруга. Наиболее крупные из них: Хиагдинское, Тетрахское, Вершинное, Источное, Дыбрын, Намару, Коретконде, Количикан. Среднее содержание урана около 0,05%, подсчитанные ресурсы приближаются к 100 тыс. тонн урана, из них разведанные запасы (забалансовые) составляют 43 тыс. т (Бавлов и др., 2005). Несмотря на отдаленное географическое положение, уже начаты опытно-промышленные работы по освоению Хиагдинского месторождения. На остальных объектах ведутся разведочные работы и подсчет запасов.

3. Восточное Забайкалье. Здесь предварительно оценены 3 небольших месторождения урана: Горное, Березовое и Имское.

Месторождения Горное и Березовое находятся в 100 км от ж.д. станции Бада. Залежи урановой руды приурочены к трещинным зонам в гранитах. Ресурсы урана при среднем его содержании 0,25% составляют 17 тыс. т.

Месторождение Имское находится в Республике Бурятия, в 330 км от Читы. Урановая руда в виде линзообразных тел залегает в песчано-галечных отложениях. Среднее содержание урана 0,053%. Подсчитанные забалансовые запасы составляют 23 тыс т (Бавлов и др., 2005).

3. Эльконская группа. Расположена в бассейне р.Алдан, на территории Якутии и включает около 40 месторождений. Это крупный урановорудный район, общие прогнозные ресурсы которого составляют 600 тыс. тонн при среднем содержании урана 0,14%, а разведанные запасы (забалансовые) - 350 тыс т. Здесь выявлено и разведано около 40 месторождений. Кроме урана руды содержат золото около 0,85 г/т, ресурсы которого оцениваются в 100 тонн. Месторождения находятся вблизи ж.д.станции Тамот строящейся железной дороги Сковородино-Якутск. Для освоения этих богатых месторождений требуются крупные капитальные вложения.

4. Западно-Сибирская группа. Известно несколько месторожде-ний, расположенных к востоку от г.Новосибирска на территории Кемеровской области с общими ресурсами урана около 180 тыс. тонн. Разведано только одно месторождение (Малиновское), приуроченное к к юрско-меловой палеодолине, вложенной в породы палеозойского возраста. Рудные тела с ураном размещены в осадочных породах баженовской свиты. Параметры рудной зоны: мощность 50 м, протяженность 25 км при ширине от100 до 300 м. Содержание урана от 0,013 до 0,139%, в среднем около 0,06%. Рудные минералы – настуран и коффинит. Разведанные запасы урана составляют 15 тыс т. В 1999 г. начата пробная эксплуатация Малиновского месторождения методом подземного выщелачивания.

5. Зауральская группа. В Курганской области известны 3 месторождения урана, находящиеся друг от друга на расстоянии 80-120 км и приуроченные к песчаному аллювию палеодолин юрского возраста: Долматовское, Добровольное и Хохловское. Мощность перекрывающих глинистых толщ от 400 до 700 м. Разведанные запасы составляют 35 тыс т, а прогнозные ресурсы - 80 тыс. тонн. Среднее содержание урана около 0,04%. Рудные минералы – настуран и коффинит. Начата пробная эксплуатация Долматовского месторождения методом подземного выщелачивания с годовым объемом добычи урана 200 тонн. Проектная мощность строящегося предприятия – 1тыс. тонн в год. Ведутся подготовительные работы для вовлечения в эксплуатацию Хохловского и Добровольного месторождений.

Специалисты прогнозируют месторождения палеодолинного типа в чехле Русской платформы, Предкавказье, Забайкалье и на Дальнем Востоке.

6. Другие мелкие месторождения. Месторождения: Ласточка (Приморский край), Онгажинское, Приморское, Устьуюкское (Республика Тыва), Средняя Падма (Онежская впадина), Карку (Ладожский прогиб). Два последних объекта приурочены к зоне структурно-стратиграфического несогласия между толщами нижнего протерозоя и рифея (Бавлов и др., 2005).

Таблица 14

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ние,группа урана, % залегания, компоненты

месторож- м

дений

крупные
Бурятия

Витимская 100 000 т 0,05 30-150 - Стратифор.

в палеодо-

линах
Имское Средние 0,03-0,07 50-300 - Стратифор.

Калмыкия

Ергенинская 0,03-0,05 100-300 фосфаты, Пластовый

редкие

земли,

Оловское Средние 0,15 50–300 As Стратифор.

Ласточка (4) Мелкие 0,1 0 -100 Мо Штокверк.

Чаплинское высокое - - Жильный

Даховское Мелкие 0,2 100-300 Ni, Co Жильный

Падминское Мелкие 0,2 100-500 V, Au, Pt Штокверк.

Репьевское Мелкие 0,05-0,09 100-200 - Стратифор.

Долматовское Средние 0,01-0,03 400-500 - Стратифор.

в палеодо-

линах

в палеодо-

линах

Кемеровская область
Малиновское - 0,01-0,03 100-250 - Стратифор.

в палеодо-

линах

Разведанные запасы урана сосредоточены в Стрельцовском рудном районе и Зауральской группе месторождений. Они составляют в сумме 600 тыс. т. Забалансовые запасы сосредоточены в Эльконской группе (Якутия) и Витимской группе (Бурятия).

Прогнозные ресурсы урана в России оцениваются как крупные, но они относятся преимущественно к наименее достоверной категории Р₃ (Бавлов и др.,2005).

Складские запасы урана в России оцениваются в 47 тыс. тонн. По подсчетам специалистов их хватит до 2014 года. Переработка оружейного урана в низкообогащенный даст еще 150 тыс. тонн урана. Кроме того, 43 тыс. тонн урана могут быть получены из хвостов гидрометаллургических заводов. Таким образом вторичные запасы урана в России составляют 240 тыс. тонн.

До 2050 г. России потребуется 490 тыс. тонн урана для собственной ядерной энергетики. Кроме того необходимо 280 тыс. тонн урана для обеспечения АЭС зарубежных стран, построенных советскими специалистами (Армения, Болгария, Чехия, Финляндия, Венгрия, Литва, Румыния, Словакия, Украина, Белоруссия, Куба, Иран, Польша, Вьетнам). Таким образом общая потребность в уране составит до 2050 г. 770 тыс. тонн. Дефицит урана составит 530 тыс. тонн. Он может быть покрыт либо за счет импорта урана, либо за счет добычи собственных месторождений, которые предстоит открыть, разведать и освоить. Учитывая это, Министерство природных ресурсов, Федеральное агентство по недропользованию и Федеральное агентство по атомной энергии по заданию Правительства в 2004 г. разработали программу «Уран России», реализация которой позволит не только решить грядущие проблемы дефицита урана для отечественной энергетики, но и обеспечить устойчивое положение России на мировом рынке ядерного топлива на ближайшие десятилетия. К 2010 году в России планируется создать 3 новых центра по производству урана: В Курганской области (Зауральский центр), в Кемеровской и Новосибирской областях (Западно-Сибирский центр) и в Бурятии (Витимский центр).