Позднемагматические месторождения распространены более широко. Они известны на Урале, Кавказе, Сибири, на Чукотке, Сахалине, а также за рубежом - Албании, Греции, Турции, Иране, Пакистане, Индии, Филиппинах. Месторождения связаны с ультраосновными породами: в различной степени серпентинизированными дунитами, перидотитами, пироксенитами. Наиболее распространенная форма рудных тел - линейно вытянутые жилоподобные линзы. Размеры отдельных тел варьируют от нескольких десятков метров до 1,5 километра по простиранию при мощности от нескольких до 150 м (рис.4). Контакты хромитов с вмещающими породами резкие. Руды массивной, вкрапленной и нодулярной текстуры сложены в дунитах магнохромитом, в перидотитах - алюмохромитом и хром-пикотитом. В хромитовых рудах Кемпирсайского дунит-гарцбургитового массива содержатся платиноиды (металлы платиновой группы - МПГ), суммарное содержание доходит до 0,8 г/т (в том числе Os, Ru, Ir, Rh, Pt и Pd). В богатых хромитовых рудах количество платиноидов достигает 0,7-2,0 г/т. Минералы группы платины выявлены как идиоморфные включения размером до 100 мкм внутри зерен хромитов. Они представлены твердыми растворами Os-Ir-Ru, Ir-Os-Fe, Ni (самородные Ir и Os, Ru,Os-Ir, Ru-As, Ir-Ru-As-S. По мнению исследователей [2,3], эти месторождения являются крупными платиносодержащими объектами.
Э к з о г е н н ы е м е с т о р о ж д е н и я
Россыпные месторождения хромитов (элювиально-делювиальные) образуются в результате выветривания магматических месторождений. Это валунчатые руды Сарановского месторождения и порошковатые руды коры выветривания Кемпирсайского района. Подобные месторождения известны на Кубе, Филиппинах, в Новой Каледонии. Россыпные месторождения по своему промышленному значению являются несущественными.
Рис. 4 Схема геологического строения хромитоносного Кемпирсайского массива, по Н.Павлову и И.Григорьевой:1-4 - вмещающие кремнистые и карбонатные породы: 1 - девонские, 2 - силурийские, 3 - ордовикские, 4 - протерозойские; 5 - габброамфиболиты; 6-8 - серпентинизированные образования: 6 -перидотиты и дуниты, 7 - дунит-перидотитовый шлирово-полосчатый комплекс, 8 -перидотиты; 9, 10 - контуры ультраосновных пород: 9 -массива, 10 -комплексов; 11, 12 - оси: 11 - сводовых поднятий, 12 - межсводовых опусканий; 13 - контур проекции рудоподводящего канала; 14 - тектонические нарушения; 15, 16 - месторождения руд: 15 - высокохромистых, 16 - низкохромистых
1.4 Титан
Общие сведения и области применения
Титан был открыт в 1791 году, но применяться начал лишь с середины XX в. Свойства титана уникальны: температура плавления 17250, удельный вес 3,6 г/см3. Титан отличается высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Титановые сплавы, отличающиеся высокой прочностью, ковкостью и свариваемостью, применяются в космической технике, авиационной, автомобильной, судостроительной, пищевой и медицинской отраслях промышленности. Карбид титана применяется для изготовления сверхтвердых сплавов, двуокись титана для производства стойких титановых белил, пластмасс и в целлюлозно-бумажной промышленности.
Обзор ресурсов
Общие запасы двуокиси титана в 20 зарубежных странах оцениваются в 420 млн. т. Около 90% этих запасов сосредоточено на Украине, Бразилии, ЮАР, Австралии, Индии, Китае, Норвегии и Канаде. Производство титановых концентратов в зарубежных странах составляет 5,2 млн. т. Основные производители титановых концентратов Австралия, ЮАР, Канада и Норвегия. Добыча титанового сырья осуществляется в 14 странах на 36 разрабатываемых месторождениях, из которых только три относятся к коренным: Теллнес (Норвегия), Аллард Лейк (Канада), Панчджихуа (Китай). Среди россыпных месторождений крупнейшими являются россыпи ЮАР, Австралии, Индии, Бразилии.
В России запасы титана сосредоточены в 20 месторождениях (53,1% - в россыпных и 46,9% в магматогенных). После завершения эксплуатации Кусинского месторождения титан получают попутно из лопаритовых концентратов и апатит-нефелиновых руд Кольского полуострова. Кроме того, производится импорт титана из Украины, Австралии, Канады.
Кондиции
Промышленными являются коренные месторождения, которые содержат в рудах более 10% TiO2 и россыпные, в которых более 10% ильменита или 1,5% рутила.
Геохимия и минералогия
Кларк титана 0,45%. Повышенные концентрации титана отмечаются в основных, ультраосновных (габбро, анортозитах, горнблендитах, пироксенитах) и щелочных породах.
В настоящее время известно около 70 минералов титана. Во многие из них титан входит в качестве примеси. Промышленными являются ильменит FeTiO3 и рутил TiO2. Извлечение ильменита из титаномагнетита возможно при размерах зерен ильменита более 0,3 мм. Частично титан извлекают из лейкоксена и лопарита.
Промышленные типы месторождений
Э н д о г е н н ы е м е с т о р о ж д е н и я
Магматические (позднемагматические) месторождения связаны с основными и ультраосновными породами. Наиболее значительные месторождения приурочены к крупным массивам анортозитовой формации, интрузиям габбро-норитов и габбро-долеритов. Рудные тела имеют жилообразную форму. Преобладают массивные текстуры. Руды по составу ильменит-магнетитовые. Содержание TiO2 32-36%, Fe 39-43%.
В России к ним принадлежат месторождения Восточного Саяна (Мало-Тогульское и др.), месторождения Урала (Кусинское); Карелии (Пудожгорское); в Канаде - Лак-Тио, Аллард-Лейк; в США - Тегавус; в ЮАР - Бушвельд; в Норвегии - Теллнес.
С интрузиями щелочного состава связаны вкрапленные руды лопаритового, перовскитового и титаномагнетитового состава, в которых титан является побочным компонентом, главное промышленное значение в них имеют редкие (Nb) и редкоземельные элементы.
Э к з о г е н н ы е м е с т о р о ж д е н и я
Месторождения выветривания. Современные и погребенные титаноносные коры образуются на габброидных и метаморфических породах. Мощность кор достигает нескольких десятков метров. Титан представлен ильменитом и рутилом. Содержание ильменита может достигать нескольких сотен, а рутила десятков килограммов на кубический метр. Коры имеют самостоятельное промышленное значение и являются источником рудного материала для образования россыпных месторождений.
Россыпные месторождения имеют важное промышленное значение. Среди них различают два типа: прибрежно-морские и континентальные. Более важными являются прибрежно-морские, меньшее значение имеют континентальные аллювиально-делювиальные россыпи. По времени образования среди прибрежно-морских россыпей выделяют древние (ископаемые) и современные.
В России главное значение имеют древние россыпи, распространенные в отложениях неогена и палеогена Ставрополья, палеогена Зауралья, Северного Приаралья, юго-западной части Сибирской плиты, палеогена и мезозоя Чулымо-Енисейской и Амуро-Зейской впадин, мезозойских депрессий Уральской складчатой системы, Иркутского угленосного бассейна, палеозоя Тиманского и Томь-Колыванского поднятий.
Прибрежно-морские ильменит-рутил-цирконовые комплексные россыпи отличаются большими размерами и крупными запасами. Для них характерны пласто- и линзообразные залежи, мощность которых достигает десятков метров, а протяженность нескольких десятков километров. По составу эти россыпи обычно олигомиктовые: главный породообразующий минерал - кварц. Пески тонко- и мелкозернистые. Содержание в россыпях ильменита и рутила от десятков до сотен кг/м3 (рис. 5).
Рис. 5 Поперечный разрез одной из залежей сарматской россыпи Правобережного месторождения и график изменения содержания тяжелых минералов в среднесарматских продуктивных песках, по М. Векличу и др.:1 - лессы и лессовидные суглинки; 2 - глины и суглинки; 3 - глины; 4 - пески кварцевые мелко- и среднезернистые; 5 - пески кварцевые мелко- и тонкозернистые; 6 - пески кварц-глауконитовые. Содержание тяжелых минералов: 7 - низкое, 8 - высокое, 9 - очень высокое; 10 - циркониево-титановые залежи в отложениях полтавской серии
Континентальные россыпи ильменита распространены в четвертичных, палеогеновых и нижнемеловых отложениях. Рудные тела аллювиальных россыпей имеют обычно лентовидную форму. Рудные минералы накапливаются в нижних горизонтах. По составу континентальные россыпи обычно полимиктовые (кварц, полевой шпат, каолинит). Содержание ильменита изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен кг/м3.
Из современных прибрежно-морских россыпей ильменит и рутил добывают в Австралии, Индии, Шри-Ланке, частично в Бразилии и США. Это пляжевые пески океанических побережий тропических и субтропических климатических поясов. Россыпи имеют большую протяженность, измеряемую сотнями и тысячами километров. Мощность их 1 - 1,3 м. Рудоносные пески или совсем не перекрыты или перекрыты маломощным слоем безрудных песков. Россыпи постоянно возобновляемы. По составу они аналогичны ископаемым россыпям.
Вулканогенно-осадочные месторождения приурочены к титаноносным вулканогенно-осадочным образованиям на юге Воронежской области. Месторождение сложено осадочными и вулканогенно-осадочными породами палеозоя, мезозоя и кайнозоя, залегающими на докембрийском фундаменте. Рудоносными являются отложения ястребовского горизонта девонского возраста мощностью от нескольких до 35 м. Общая протяженность примерно 100 км при ширине 20-40 км. Наибольшее количество ильменита приурочено к грубообломочным туфам, туффитам и туфопесчаникам. Образование вулканогенных пород, обогащенных ильменитом, вероятно, происходило в мелководном морском бассейне и явилось следствием подводной вулканической деятельности.
М е т а м о р ф о г е н н а я с е р и я
В этой серии выделяются месторождения метаморфизованной и метаморфических групп.
Метаморфизованные месторождения образуются при метаморфизме древних россыпей и коренных магматических руд.
Метаморфические месторождения образуются при метаморфизме интрузивных, эффузивных и осадочных пород, обогащенных титаном. На Кузнечихинском месторождении (Средний Урал) в амфиболитах содержится около 1,5% рутила, а в эклогитах Шубинского месторождения (Южный Урал) - 4,5%. Промышленное значение таких месторождений невелико.
2. Легирующие металлы
2.1 Ванадий
Общие сведения и области применения
Ванадий был открыт в 1801 году, используется с начала XX в. для легирования чугуна и стали. Он повышает твердость, упругость, износоустойчивость и сопротивление разрыву. Титано-ванадиевые сплавы применяются для изготовления реактивных самолетов и космической техники. Известны также сплавы V с Cu, Ta, Nb, Zr, Ni, Co, Al и Mg. В химической промышленности ванадий применяется в качестве катализатора при крекинге нефти, производстве красок, каучука.
Обзор ресурсов
Общие запасы пятиокиси ванадия в 19 странах мира 60 млн. т, 90% из них сосредоточено в России, ЮАР, Венесуэле, США и Китае. Производство ванадиевых продуктов (V2O5) достигло 52 тыс. т. Главными производителями являются ЮАР, Россия, Китай и США.
Геохимия и минералогия
Кларк ванадия 0,02%. Повышенные концентрации ванадия отмечаются в габбро и базальтах. Близость ионных радиусов V3 и широко распространенных в магматических породах Fe3+ и Ti4+ приводит к тому, что ванадий находится в гипогенных процессах в рассеянном состоянии в минералах железа и титана - титаномагнетите, сфене, рутиле, ильмените, пироксенах, амфиболах и гранатах.
В экзогенных условиях V переносится водами, обладает высокой миграционной способностью, а также адсорбируется гидроксидами железа, алюминия и органическим веществом.
Известно около 90 минералов ванадия. Промышленными минералами являются: титаномагнетит с содержанием 0,3-10% V2O5, роскоэлит KV2[АlSiO3]O10(OH)2, карнотит K2U2[VO4]O43H2O, ванадинит Pb5[VO4]Cl, деклуазит (Zn,Cu)Pb[VO4]OH, кулсонит Fe(Fe,V)3O4 и патронит VS4.
Минимальное кондиционное содержание ванадия в титаномагнетитовом концентрате 0,3%, вредные примеси - CaO и P.
Промышленные типы месторождений
Большинство месторождений, из руд которых извлекают ванадий, комплексные: ванадий получают попутно с добычей главных компонентов - Fe, Ti, U, Pb, Zn, P, а также нефти. В США две трети ванадия связано с его получением из нефти, поставляемой из Венесуэлы. В России сырьем для производства ванадия служат титаномагнетитовые руды. В зарубежных странах около 90% ванадия получают из титаномагнетитовых и ильменит-магнетитовых руд, остальное - из уран-ванадиевых (карнотитовых), ванадиевых (роскоэлитовых) руд, фосфоритов, бокситов, глин зоны аргиллитизации, окисленных полиметаллических руд и нефти.
Э н д о г е н н ы е м е с т о р о ж д е н и я
Магматические (позднемагматические) месторождения. Наиболее крупные массивы ванадиеносных ультраосновных и основных пород приурочены к анортозитовой формации (Канадский щит) и формации габбровых и норитовых интрузий (бушвельдский комплекс). Меньшие площади имеют породы габбро-пироксенит-дунитовой формации, с которыми связаны месторождения ванадийсодержащих титаномагнетитов на Урале. Содержание ванадия в рудах 0,1-1%. Запасы на отдельных месторождениях составляют несколько миллионов тонн. Главные минералы-концентраторы ванадия - титаномагнетит и магнетит. Примером уникальных месторождений ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд являются Качканарское месторождение на Урале и ильменит-магнетитовые месторождения бушвельдского комплекса в ЮАР.