В экзогенных процессах глинозем растворяется и переносится только в кислых pH
жүктеу/скачать 2.31 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- V , Ga
- Нефелиновые руды
- Сульфатные алунитовые руды
- Свинец, цинк
| 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. Бокситы – традиционная 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.
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.
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.
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.
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.
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. 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. Основные районы расположения месторождений медных руд и их балансовые запасы в России. |
