Метасоматически-гидротермальные месторождения уран-благороднометально-ванадиевых руд обнаружены в конце 70-х - начале 80-х годов на юге Карелии (Онежский прогиб). В районе выявлено 11 рудоносных зон. Рудоносные зоны представлены антиклинальными складками, ядра сложены доломитами и глинисто-карбонатными породами, а крылья - углеродистыми сланцами и алевролитами. Рудные залежи тесно связаны с углеродсодержащими алевролитами, приурочены к контакту алевролитов и высокоуглеродистых глинисто-карбонатных сланцев. Рудные тела имеют шнуровидную и ленточную форму мощностью до 40 м, протяженностью до 2,5 км. Среднее содержание V2O5 2,5-3,5%, урана 0,15- 0,25%, наблюдаются также повышенные содержания Au, Ag, Pt, Pd и других элементов. Ванадий заключен в слюдах - роскоэлите, флогопите и других минералах, уран представлен настураном, коффинитом и частично уранинитом. Благородные металлы связаны с сульфидами и селенидами Pb, Bi, Cu. Условно устанавливается три типа соединений Pd и Bi: интерметаллический, сульфоселенидный и селеносульфидный. В гнездах и прожилках битуминоидов отмечаются Pt и Pd. Содержание Pd варьирует от 0,5 до 400 г/т, Pt - от 0,05 до 30 г/т. Выявлены также Ir и Rh, а в отдельных пробах Os. Концентрация Au cоставляет от 0,01 до 2, в отдельных случаях 250 г/т, а Ag - от 5г/т до 1500 г/т. По многообразию минералов и элементов месторождения Онежского прогиба уникальны и не имеют близких аналогов ни в нашей стране, ни за рубежом. Месторождения полиминеральны и многокомпонентны. Разработана комплексная гидрометаллургическая технология извлечения урана, ванадия и благородных металлов.
Месторождения относятся к полигенным. Существуют доказательства проявления процессов палеозойской активизации в формировании месторождений Онежского прогиба.
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. Месторождения зоны окисления полиметаллических месторождений широко распространены в Африке (Тсумеб, Брокен-Хилл), встречены в Австралии, России, США. Это небольшие по запасам месторождения, которые концентрируются только в окисленных рудах (до 5,6%). Коренные сульфидные руды содержат ванадий в небольших количествах. Рудные тела имеют трубообразную форму, верхняя часть их сложена окисленными рудами, содержащими минералы ванадия - ванадинит и деклуазит, а также сопутствующие церуссит, смитсонит, малахит, азурит. Глубина зоны окисления - несколько сот метров.
Карнотитовые и роскоэлитовые месторождения в пестроцветных отложениях (алевролиты, песчаники, гравелиты, конгломераты) мезозойского чехла (тип «плато Колорадо») распространены во многих странах, но наибольшее значение они имеют в США.
Россыпные месторождения. Крупные прибрежно-морские россыпи ванадийсодержащих титаномагнетитовых песков известны в Новой Зеландии. Подобные россыпи обнаружены на побережье Черного и Каспийского морей, на восточном побережье Камчатки и Курильских островов.
Осадочные месторождения. В пластовых фосфоритах Скалистых гор (США) пермского возраста отмечены концентрации V (до 0,22%).
Повышенной ванадиеносностью характеризуются высокосернистые сорта нефти Урало-Волжской провинции, Венесуэлы и Ирана.
Патронит в асфальтитах успешно отрабатывался в единственном месторождении этого типа Минас-Рагра (Перу). Содержание V около 6%.
Незначительное количество V концентрируется в ряде осадочных месторождений железа (V2O5 0,05-0,1), бокситов, углей и углеродисто-кремнистых сланцев (0,1-0,2% V2O5).
2.2 Никель
Общие сведения и области применения
Никель известен с глубокой древности, но промышленное производство началось в первой половине XIX в. Никель используется для покрытия металлических изделий для придания им высокой химической и термической стойкости. Добавка к сталям повышает их вязкость, упругость, антикоррозионные свойства. Применяются также сплавы Ni с Cu, Zn, Al, Cr, монетный сплав содержит 75% Cu + 25% Ni.
Обзор ресурсов
Мировые запасы Ni (без стран СНГ) около 50 млн. т, а добыча 1 млн. т. Наиболее крупными запасами обладают Новая Каледония, Куба, Канада, Индонезия, Австралия. Разработка месторождений ведется в 26 странах мира. Основу минерально-сырьевой базы Ni составляют 35 крупных месторождений, в которых сосредоточено 91% мировых разведанных запасов и 95% мировой добычи. Ежегодное производство металлического Ni превышает 850 тыс. т. Основными производителями являются Россия и Канада.
В России преобладающая часть запасов Ni (около 90%) и добычи металла (около 97%) приходится на сульфидные медно-никелевые месторождения Норильского района. Около 7% запасов Ni заключено в богатых рудах Заполярного месторождения (Кольский полуостров) и Курско-Воронежском регионе. Остальные 3% связаны с силикатными Ni рудами месторождений Урала. В зарубежных месторождениях на силикатные кобальто-никелевые месторождения приходится 66,8%.
В ближайшие годы начнется промышленное освоение железо-марганцевых конкреций океанического дна (новый промышленный тип месторождений). Среднее содержание Ni в конкрециях 1,3%, а ресурсы Ni, заключенные в железо-марганцевых конкрециях составляют 73 млрд. т.
Все большая часть металла накапливается в «техногенных месторождениях» («хвосты» обогащения, шламы, шлаки, пирротиновые концентраты и некоторые другие отходы горной промышленности и металлургии). Данные по ним приводятся крайне редко.
Геохимия и минералогия
Кларк Ni 0,0058%. Повышенные концентрации Ni наблюдаются в основных и ультраосновных породах. В ультраосновных породах никель связан с оливином, в котором он изоморфно замещает железо и магний. В этих условиях никель характеризуется большим сродством с серой и обособляется в виде сульфидов в ассоциации с медью, кобальтом, платиноидами. Из гранитоидных магм никель может выноситься гидротермальными растворами вместе с Co, As, S, а также Bi, Ag, U и образовывать месторождения арсенидов и сульфидов.
В гипергенных условиях Ni накапливается в корах выветривания массивов серпентинизированных гипербазитов.
Известно 45 минералов Ni. Промышленное значение имеют пентландит (Fe,Ni)9S8, миллерит NiS, никелин NiAs, гарниерит Ni4(OH)8[Si4O10]4H2O, ревдинскит 3(Ni,Mg)O 2SiO2 2 H2O. В зонах окисления руд образуется аннабергит, который имеет в основном поисковое значение.
Промышленные типы руд и кондиции
Никель извлекается из двух типов руд: сульфидных (минимальное промышленное содержание - 0,1%) и силикатных, в которых содержание никеля должно быть более 1,3%.
Промышленные типы месторождений
В настоящее время выделяют две группы месторождений - магматические и коры выветривания. Кроме того, никель попутно извлекается из комплексных плутоногенно-гидротермальных месторождений, принадлежащих рудным формациям - арсенопирит-глаукодот-кобальтиновой, шмальтин-хлоантит-никелиновой, пятиметальной (Ni, Co, Ag, Bi, U).
Э н д о г е н н ы е м е с т о р о ж д е н и я
Магматические (ликвационные) месторождения, формация сульфидных медно-никелевых руд. В них сосредоточено около 30% мировых запасов никеля. В России в сульфидных месторождениях заключено 89% разведанных запасов. Это месторождения Кольского п-ова (Печенга, Мончегорское, Аллареченское), Красноярского края (Норильское, Талнахское (рис. 6), Октябрьское), Воронежского кристаллического массива (Нижнемамонское, Еланское), Северного Прибайкалья (Чайское, Иоко-Давыренское), из зарубежных - Садбери (Канада), Бушвельд (ЮАР), Камбалда (Австралия).
Рис. 6 Схема внутреннего строения залежи сплошных руд в юго-западной части Талнахского месторождения, по Л.Сухову и В. Изоитко (1971): 1 - доломиты, мергели; 2 - песчаники, алевролиты, аргиллиты; 3 - габбро-долериты Талнахской интрузии; 4 - долериты дифференцированных силлов; 5 - контактово-измененные породы; 6 - пентландит-халькопирит-пирротиновые руды; 7 - пентландит-халькопирит-пирротин-кубанитовые руды; 8 - пентландит-кубанит-халькопиритовые руды; 9 - тектонические нарушения
Месторождения связаны с расслоенными интрузивами базит-гипербазитового ряда. Рудоносные интрузии располагаются в зонах активизации платформ. Они приурочены к архейским зеленокаменным поясам, протерозойским рифтогенным структурам, каледонским и герцинским зонам тектоно-магматической активизации древних платформ. Интрузивные массивы имеют форму лополитов. Рудные тела обычно размещаются внутри рудоносных материнских массивов или в непосредственной близости от них. Это пластообразные, линзообразные, жилообразные тела. Руды вкрапленные, прожилково-вкрапленные, массивные, брекчиевые. В составе руд преобладают пирротин, пентландит, халькопирит, широко развиты кубанит, магнетит, встречаются пирит, миллерит, платиноиды и др. Руды медно-никелевых месторождений характеризуются комплексным составом: помимо меди и никеля из них извлекаются кобальт, платиноиды, золото, серебро, селен, теллур.
Состав руд месторождений, относительные количества основных рудообразующих элементов и концентрации попутных компонентов определяются, в первую очередь, петрохимическими особенностями рудоносных формаций. Выделяется шесть рудоносных формаций:
габбро-троктолитовая с богатыми медью никелево-медными рудами (дулутский тип), отношение Ni/Cu - 1:10 - 1:12,5;
трапповая (габбро-долеритовая) с обогащенными медью никелево-медными рудами (норильско-талнахский тип), отношение Ni/Cu - 1:1,2 - 1:2,5;
габбро-норит-пироксенит-перидотитовая с медно-никелевыми рудами (мончегорско-бушвельдский, стиллуотерский тип), отношение Ni/Cu - 1:1 - 2:1;
габбро-пироксенит-перидотитовая с обедненными медью медно-никелевыми рудами (печенгский тип), отношение Ni/Cu - 2:1 - 5:1;
пироксенит-перидотитовая с бедными медью медно-никелевыми рудами (камбалдийский тип), отношение Ni/Cu - 5;1 - 25:1;
ортопироксенит-норит-диоритовая с медно-никелевыми и никелевыми рудами (седберийско-еланский тип), отношение Ni/Cu - 10:1.
Э к з о г е н н ы е м е с т о р о ж д е н и я
Месторождения коры выветриваиия (формация силикатных никелевых руд) формируются при латеритном выветривании ультрабазитов. По форме и условиям залегания выделяют три морфологических типа месторождений: площадные; линейные (линейно-трещинные и контактово-карстовые); линейно-площадные. Месторождения площадного типа характеризуются плащеобразной формой, мощность их 3-20 м. Нижний контакт имеет сложные очертания из-за многочисленных карманообразных углублений. Никелевые месторождения линейного типа свойственны районам с развитыми зонами тектонических нарушений. Рудные тела имеют сложную морфологию, нередко образуют параллельные крутопадающие тела мощностью от 1 до 50 м.
Никель представлен гарниеритом, ревдинскитом, непуитом, частично сорбируется глинами и входит в состав нонтронита, вермикулита, хлорита, ассоциирует с асболаном. Несколько раньше никеля и кобальта на более высоких уровнях осаждаются гидроксиды железа, а позже других и глубже выпадает магний с образованием магнезита.
Полезными компонентами руд являются никель и кобальт, соотношения между которыми колеблются в широких пределах от 10:1 до 30:1.
На территории России месторождения силикатных никелевых руд имеют ограниченное значение. Промышленные никеленосные коры известны на Среднем и Южном Урале (Кемпирсайское, Серовское, Сахаринское, Погожинское, Черемшанское). Наиболее крупные месторождения расположены в современной тропической зоне. Это всемирно известные месторождения Новой Каледонии, Филиппин, Австралии, Кубы, Бразилии и других стран (рис. 7).
Рис. 7 Два разреза гарниеритовых месторождений в Новой Каледонии (по Е.Глассеру):1 - серпентиниты, перидотиты; 2, 3 - руды: 2 - брекчиевые, 3 - брекчиевидные и порошковатые; 4 - скопления зеленого гарниерита; 5,6 - красная земля: 5 - никеленосная, 6 - безрудная
2.3 Кобальт
Общие сведения и области применения
Кобальтовые краски использовались в глубокой древности. Металлический кобальт впервые получен в 1735 г. Резкое возрастание потребления кобальта относится к началу XX в. В настоящее время свыше 40% Co используется для производства сплавов и суперсплавов, сверхтвердых сплавов Co с Ni, Fe, Cr, W, Mo.
Обзор ресурсов
Мировые запасы Co (без стран СНГ) около 4 млн. т. Наиболее богаты кобальтом Заир, Куба, Замбия, Новая Каледония, Канада, Австралия, Филиппины, Индонезия. В недрах этих стран заключено 83% общих и 87% подтвержденных запасов кобальта.
Россия располагает значительными запасами кобальта, сосредоточенных в Норильском рудном районе (72% общих запасов кобальта России), в Печенгском рудном поле (Мурманская область), в Уфалейском рудном районе Урала (в силикатных кобальто-никелевых рудах заключено 12% запасов кобальта России). В месторождениях кобальт-арсенидных руд (Хову-Аксы в Туве) запасы кобальта невелики, но содержание достигает первых процентов.
Геохимия и минералогия
Кларк Co 0,0018%. Концентрируется кобальт в ультраосновных и основных породах. Постмагматические месторождения кобальта связаны с умеренно кислыми гранитоидами.
Наибольшее промышленное значение имеют следующие минералы кобальта: кобальтистый пентландит (Fe,Ni,Co)9S8, линнеит Сo3S4, кобальтин Co[AsS], глаукодот (Сo,Fe)AsS, саффлорит Co4[As4-х]3 шмальтин (Co,Ni)4[As4-x]3. асболан m(Co,Ni)O MnO2 nH2O, для зон окисления типичен эритрин Co3As3O8 8 H2O, который имеет в основном поисковое значение.