М е т а м о р ф о г е н н ы е м е с т о р о ж д е н и я
К этой серии относятся залежи метаморфизованных железистых кварцитов.
Осадочно-метаморфизованные месторождения железистых кварцитов залегают в метаморфизованных осадочных комплексах докембрийских кристаллических щитов, складчатых фундаментов древних платформ. В подавляющей части железистые кварциты являются первично морскими хемогенными осадками, залегают среди терригенных и вулканогенно-осадочных вмещающих комплексов. Форма рудных залежей - пластообразная. Главные минералы - кварц, магнетит, гематит, куммингтонит, биотит, хлорит, иногда щелочные амфиболы. Структура преимущественно тонкозернистая и мелкозернистая. Текстура полосчатая, плойчатая. Метаморфизм фации зеленых сланцев. В более глубоко измененных месторождениях амфиболитовой фации метаморфизма главные минералы - кварц, магнетит, гематит, роговая обманка, диопсид, геденбергит, гранат. Структура среднезернистая, текстура неясно полосчатая. Наиболее глубоко метаморфизованные месторождения гранулитовой фации архейского возраста имеют крупнозернистую структуру, неясно полосчатую текстуру. В составе железистых кварцитов - кварц, магнетит, гиперстен, актинолит, тальк, куммингтонит, гранат.
Месторождения железистых кварцитов относятся к крупнейшим, характеризуются запасами руды в миллиарды и десятки миллиардов тонн. Среднее содержание железа 20-40%, чаще всего 32-37%, они бедны фосфором и серой, при преобладании среди рудных минералов магнетита хорошо обогащаются.
В России железистые кварциты сосредоточены на Кольском полуострове и в Карелии (Оленегорское, Кировогорское, Костомукшское месторождения и др.), в бассейне Курской магнитной аномалии (Коробковское, Лебединское, Стойленское - рис.2, Михайловское и др.), на Южном Урале (Тараташское), в Читинской области и республике Саха (Чара-Токкинское), на Дальнем Востоке (Мало-Хинганская группа), на Украине (Криворожско-Кременчугский бассейн). За рубежом широко известны крупные районы распространения кварцитов в Канаде, США, Бразилии, Индии, ЮАР, Австралии, Китае и других странах.
Рисунок 2 Схема геологического строения Стойленского месторождения (по Н.Голивкину):1 - песчано-глинистые и карбонатные отложения девонско-четвертичного возраста; 2 - диориты и кварцевые диориты; 3 - габбро-диориты; 4-8 - породы курской серии (4 - сланцы верхней свиты, 5 - железистые кварциты средней свиты, 6 - сланцы средней свиты, 7 - сланцы нижней свиты, 8 - метапесчаники и конгломераты нижней свиты); 9 - кварцевые порфиры, сланцы и амфиболиты михайловской серии; 10 - гнейсы и мигматиты архея; 11 - богатые железные руды (на разрезе); 12 - тектонические нарушения
Богатые железные руды представляют продукт природного обогащения железистых кварцитов, образующиеся при процессах древнего выветривания. Выделяются два морфологических типа залежей - плащеобразные и линейные. Плащеобразные залегают на головах крутопадающих железистых кварцитов, имеют значительную площадь, карманообразную подошву и относятся к типичным корам выветривания. Линейные возникли в зонах разломов, трещиноватости, смятия, дробления.
В минеральном составе богатых руд участвуют мартит, мартитизированный магнетит, гетит и гидрогетит, глинистые минералы. Руды характеризуются высоким содержанием железа 54-69% и низкими содержаниями серы и фосфора.
1.2 Марганец
Общие сведения и области применения
Марганцевые руды использовались с конца XVIII в. для изготовления красок и медицинских препаратов. В связи с развитием черной металлургии марганцевые руды начали широко применяться со второй половины XIX в. В настоящее время металлургия является главным потребителем марганца. Добавка марганца повышает вязкость стали, ее твердость и ковкость, способствует переходу в шлак многих вредных примесей. В небольших количествах марганец используется в электротехнической, химической и керамической промышленности.
Обзор ресурсов
Общие мировые запасы марганца в 56 странах равны 106 млрд. т, в том числе половина из них - подтвержденные. Наиболее богата марганцевыми рудами Африка (район Калахари и месторождение Моанда в Габоне), значительная часть запасов заключена в рудах Никопольского месторождения на Украине, далее идут Казахстан, Австралия, Бразилия, Китай и Грузия. Добыча составляет 20 млн. т. Более половины марганца добывают Украина и Китай.
В России крупных месторождений нет. Всего известно 15 месторождений, среди которых преобладает карбонатный тип (месторождения Полуночное, Ивдельское на Урале, Усинское в Западной Сибири, Порожнинское в Красноярском крае). Начата разработка Тыньиского месторождения на Урале и Громового в Читинской области, подготовлены к разработке Парнокское месторождение в республике Коми, Ивдельское и Марсятское на Урале. В ближайшее десятилетие попутная добыча марганца будет начата на двух гайотах Тихого океана (западный сектор севера приэкваториальной зоны - Магеллановые горы, подводное продолжение Маршальских островов).
Кондиции
Кондиционное содержание для легкообогатимых руд определяется в 10%, для труднообогатимых руд более 20% марганца. В металлургии используются руды с содержанием марганца 30-36% и менее 0,2% фосфора.
Геохимия и минералогия
Кларк марганца 0,1%. Повышенное содержание наблюдается в ультраосновных и основных породах. Марганец обладает двумя устойчивыми валентностями: Mn2+ и Mn4+.
Известно более 150 минералов марганца. Промышленными являются пиролюзит MnO2, манганит MnO(OH), псиломелан BaMn2Mn49O203H2O, браунит Mn2Mn36SiO12, гаусманит MnMn2O4, родохрозит Mn[CO3], манганокальцит Ca,Mn[CO3]2.
Промышленные типы месторождений
Эндогенные проявления марганца не имеют промышленного значения. Основное значение имеют месторождения экзогенной серии.
Э к з о г е н н ы е м е с т о р о ж д е н и я
Осадочные (хемогенно-осадочные и вулканогенно-осадочные) заключают 92,5% запасов руд.
Хемогенно-осадочные месторождения залегают среди морских отложений олигоценового возраста. Форма рудных тел пластовая. В фациальном профиле месторождений выделяются три рудные зоны: оксидных, смешанных (оксидно-карбонатных) и карбонатных руд. Оксидные руды сложены пиролюзитом, псиломеланом, манганитом; карбонатные - преимущественно манганокальцитом, в незначительном количестве родохрозитом. Вмещающие породы - монтмориллонитовые глины с примесью песка и алеврита. Текстуры - конкреционные, ноздреватые, сажистые.
К этому типу месторождений относится Никопольский бассейн на Украине (рис. 3); Чиатурское в Грузии; Полуночное, Ивдельское, Усинское в России; Мангышлакское в Казахстане.
Рис. 3 Схема размещения марганцеворудных площадей в Никопольском бассейне (по В.Грязнову): 1-3-марганцевые руды: 1 - оксидные, 2 -оксидно-карбонатные (смешанные), 3 - карбонатные; 4 - площадь, на которой карбонатные руды полностью или частично размыты в четвертичное время; 5 - пойма Днепра, ныне Каховское водохранилище; 6 - глины олигоцена; 7 - песчанистые глины олигоцена; 8 - "островки " олигоценовых отложений; 9 - северная граница олигоценовых отложений; 10 - южная предполагаемая граница накопления карбонатных руд; 11 - выходы кристаллических пород на поверхность и под четвертичные отложения; 12 - изогипсы поверхности докембрийских пород. Рудоносные площади: I - Западно-Никопольская, II - Восточно-Никопольская, III- Больше-Токмакская, IV- Ингулецкая, V - междуречье Днепр-Ингулец
Вулканогенно-осадочные месторождения (формация браунит-гаусманитовая) приурочены к областям интенсивного проявления подводного вулканизма, характеризующимся накоплением лав и туфов с подчиненным количеством осадочных пород. Для месторождений установлена отчетливая связь с кремнистыми (яшмы, туфы), карбонатными (известняки, доломиты) и железистыми (магнетит, гематит) породами и рудами. Источником Mn, Fe и других компонентов являлись поствулканические подводные эксгаляции и гидротермы. Месторождения располагаются как у очагов вулканической деятельности, так и в удалении от них среди пирокластических пород. Месторождения характеризуются браунит-гаусманитовым составом. Залежи имеют пластообразную форму, мощность 1-10м. Содержание Mn - 40-55%, P - 0,03-0,06%. Месторождения, как правило, по запасам небольшие. Они известны на Урале, Горном Алтае, в Кузнецком Алатау.
В связи с прогрессирующим истощением минеральных ресурсов на континентах, все большее внимание привлекают железо-марганцевые конкреции дна океанов. Огромное количество марганцевых руд сосредоточено в железо-марганцевых конкрециях, выстилающих крупные площади дна Тихого, Атлантического и Индийского океанов. Основная часть их находится в Тихом океане. Запасы - 3,5 трл. т, запасы ежегодно возрастают на 10 млн. т. Конкреции и рудные корки обнаружены в пелагической области практически повсеместно как на дне котловин, так и на склонах поднятий. Мощность их изменяется от нескольких миллиметров до 10-15см. Размеры конкреций - от 1мм до 1м в диаметре, наиболее распространены конкреции размером 3-7 см в поперечнике. Морфологические типы конкреций - сферические, эллипсовидные, лепешковидные, плитчатые, желвакообразные, гроздевидные. Текстуры - скорлуповато-слоистые, оолитовые, колломорфные. Главные рудные минералы - вернадит и гидрогетит, реже встречаются другие гидроксиды и оксиды Mn и Fe. Содержание Mn 25-20%, Fe 10-15%, Ni 1-2%, Co 0,3-1,5%, Cu 1-1,5%.
США, ФРГ и Япония, не имеющие крупных месторождений марганца на своих территориях, производили опытную добычу конкреций со дна Тихого и Атлантического океанов на глубинах до 7 км.
Источником Mn, Fe и сопутствующих элементов одни геологи считают донные вулканические эксгаляции, другие - инфильтрацию из донных базальтов, третьи - снос с континентов.
Месторождения выветривания образуются главным образом по марганецсодержащим метаморфизованным породам. Форма рудных тел плащеобразная. Рудные залежи сложены пиролюзитом и псиломеланом. Глубина распространения руд - 10-70 м. Залежи прослеживаются по простиранию от сотен метров до 10 км. Содержание Mn 30-50%, P обычно до 0,2%, иногда до 2%. Месторождения распространены главным образом в Индии и Бразилии, а также в Канаде, Габоне, Гане, ЮАР и Австралии
Метаморфогенная серия
Месторождения этой серии представлены группой метаморфизованных месторождений, на долю которых приходится 5% мировых запасов руд.
Метаморфизованные марганцевые месторождения связаны с марганецсодержащими протерозойскими силикатными породами - гондитами и кодуритами. Гондиты сложены кварцем, спессартином, браунитом, гаусманитом и родонитом. Кондуриты состоят из калиевого полевого шпата, спессартина и апатита. Они переслаиваются с мраморами, кварцитами и сланцами. Протяженность рудных залежей до 3-8 км, мощность - 3-60 м, среднее содержание Mn 10-20%. Наиболее крупные месторождения отмечены в Индии и Бразилии. В настоящее время разрабатываются наиболее мощные рудные тела окисленных марганцевых руд зоны окисления; гондиты и кондуриты не разрабатываются.
1.3 Хром
Общие сведения и области применения
Хромитовые руды были впервые выявлены на Урале в 1799 году. В начале XIX в. они использовались в качестве огнеупорного материала для футуровки металлургических печей, получения красок и дубителей кожи. В конце XIX в. хром начал широко использоваться в качестве легирующего металла. В настоящее время основным потребителем хромитовых руд является металлургическая промышленность (65%), остальные используются в огнеупорной и химической промышленности. Хром применяют для производства нержавеющих, жаропрочных, кислотоупорных, инструментальных и других сталей.
Обзор ресурсов
Мировые запасы хромитов в 27 странах составляют 3,5 млрд. т. Около 80% их сосредоточено в Казахстане и ЮАР, остальные в Зимбабве, Индии, Турции, Филиппинах. Добыча хромитовой руды составляет 13 млн. т, 60% добычи приходится на Казахстан и ЮАР.
Главная хромитоносная провинция в России и Казахстане - Урал, где известно 25 районов, в которых в разное время производилась добыча хромитов. В настоящее время разрабатывается Донская группа хромитовых месторождений, находящихся в юго-восточной части Кемпирсайского массива на Южном Урале и Сарановское месторождение на западном склоне Среднего Урала.
Кондиции
Наиболее строгие требования к качеству руд предъявляет металлургическая промышленность, здесь используются руды с содержанием Cr2O3 более 49%, при соотношении Cr2O3: FeO более 2,5 и содержании S и P менее 1%. В химической промышленности применяются руды с содержанием Cr2O3 более 44%, Fe2O3 менее 14%, SiO2 менее 5%; в огнеупорной - Cr2O3 более 32%, SiO2 менее 6%, CaO менее 1%.
Геохимия и минералогия.
Кларк хрома в земной коре 0,0083%. Повышенные содержания отмечаются в ультраосновных породах.
Известно 25 минералов хрома. Промышленными являются хромшпинелиды («хромиты»), имеющие общую формулу (Mg,Fe)O (Cr,Al,Fe)2O3. Состав хромитов изменчив. Наибольшее значение имеет магнохромит (Cr2O3 - 50-60%), меньшее - алюмохромит и хром-пикотит. Другие хромсодержащие минералы - хромвезувиан, хромдиопсид, хромовый гранат, хромовая слюдка часто сопровождают хромитовые руды и имеют поисковое значение.
Промышленные типы месторождений
Раннемагматические месторождения образуются на ранней стадии кристаллизации магматических пород. Руды преобладают вкрапленные. Границы рудных тел (шлиры, гнезда) нечеткие. Иногда в результате гравитационной дифференциации происходит концентрация хромитов в ультрамафитовой зоне плутона. Такие месторождения известны в ЮАР (Бушвельдский массив), Зимбабве (Великая Дайка). Они представлены пластообразными телами хромитовых руд в расслоенных массивах ультраосновных пород. В Бушвельдском массиве месторождения хромитов приурочены к двум рудоносным горизонтам протяженностью 110-160 км. Руды вкрапленные, массивные, встречаются хромиты с нодулярной текстурой. Мощность пластов 0,2-1,8 м. Запасы хромитов оцениваются в 1 млрд. т, среднее содержание Cr2O3 45%.