металлургия. Учебное пособие по курсу Минералогия руд Томск2015 Зырянова Л. А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
Зырянова Л А Учебное пособие по курсу Минералогия руд» геологическом же времени при длительном нахождении в окислительной обстановке при наличии воды оксиды железа переходят в гетит и гидрогетит. Весьма показательно, что в отличие от гематита магнетит - минерал с высокой изоморфной емкостью и ярко выраженным типохимизмом. Поэтому попутные ценные компоненты железных руд оказываются связаны в основном с магнетитом. Поэтому магнетито- вые руды каждый генетический тип магнетитовых месторождений характеризуется индивидуальным комплексом попутных ценных компонентов, что может рассматриваться в качестве индикатора условий образования. Существенно магнетитовые руды относятся к категории легкообогатимых. Гематит (Fe3+ 2 O 3 ) как и магнетит промышленные концентрации образует в основном в эндогенных процессах и часто совместно с ним. Однако его образование требует более высокого потенциала кислорода. Входе минералообразования при повышении потенциала кислорода может происходить замещение гематитом магнетита с образованием псевдоморфоз. Псевдоморфозы гематита по магнетиту носят название мартита, а процесс замещения магнетита гематитом - мартитизацией. Мартитизация может протекать как в эндогенных, таки в экзогенных условиях. Противоположный процесс замещения гематита магнетитом назван мушкетовитизацией, асами псевдоморфозы магнетита по гематиту - муш кетовитом. Изоморфная емкость гематита невелика, поэтому он практически не является носителем попутных ценных компонентов руд. В условиях дневной поверхности при недостатке влаги гематит устойчив (Fe3 ), при избытке - гидратируется, переходя вначале в гидрогематит (Fe 2 O 3 ^nH 2 O), затем в гётит и гидрогетит. Гемати- товые руды, представленные тонкочешуйчатыми, порошковатыми или землистыми агрегатами, относятся к труднообогатимым. Сидерит Fe[CO 3 ] - карбонат Fe2+, лептохлориты - алюмосиликаты Fe2+ образуются при недостатке кислорода и могут возникать как в эндогенных, таки в экзогенных процессах. Однако промышленные скопления и сидерита, и лептохлоритов формируются преимущественно в экзогенных условиях и безусловно при недостатке кислорода (Fe2 !). Такие условия возникает в морях и океанах на некоторой глубине при ограниченном доступе кислорода воздуха. Поэтому месторождения сидерита и лептохлоритов часто с крупными запасами представляют собой осадочные карбонатные и силикатные железные руды. И сидерит, и лептохлориты неустойчивы в условиях дневной поверхности, легко окисляясь, они переходят в гётит-гидрогётитовые. В гидроксидах гётите - FeO(OH) и гидрогётите - FeO (O H )nH 2 O железо находится в высшей степени окисленности - Fe3+. По сравнению с гематитом, образующимся в окислительной обстановке, нос недостатком влаги, гидроксиды железа характерны для условий с избыточной влажностью. Оба минерала являются конечными продуктами существования железа в условиях земной поверхности. Гётит и гидрогётит являются основными компонентами железных шляп, возникающих при окислении эндогенных и осадочных железных и сульфидных руда также при выветривании ультраосновных и отчасти основных пород богатых железом. Показательно, что при выветривании ультраосновных пород Рис. Гетит-гидрогетитовая железная руда (бурый железняк) Рис. Гематитовая руда сланцеватой текстуры (красный железняк Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» возникают так называемые самолигирующиеся бурожелезняковые руды в которых присутствует комплекс элементов-примесей, вводимых специально в качестве лигирующих добавок при получении сталей с особыми прочностными характеристиками. Такими природными лигирующими компонентами в бурожелезняковых рудах являются перешедшие из ультраосновных пород Cr, Ni, Mn, Сои некоторые др. элементы. Железные руды принято называть железняками. Руды, состоящие в основном из магнетита получили название магнитных железняков, из гематита - красных железняков, из гётита и гидрогётита - бурых железняков. Нетрудно заметить, что в названии отражены основные диагностические свойства каждого рудного минерала. Показательно, что сульфиды железа (пирротин и пирит) не являются промышленными минералами железа, они выступают в качестве химического сырья при получении серной кислоты. Пирит в качестве рудного минерала рассматривается лишь тогда, когда он становится носителем Co или Au, которые могут присутствовать в нем в виде примесей. В некоторых генетических типах руд в том числе и железных руд. Генетические типы месторождений железных руд весьма разнообразны и представлены как эндогенной, таки экзогенной группами. Минеральный состав железных руд определяется окислительно-восстановительными, а также термодинамическими условиями рудообразования. Сказанное выше дает представление о генетических предпочтениях каждого промышленного минерала железа и позволяет для каждого генетического типа железных руд выделить главные промышленные минералы. Магматические железные руды связанные с комплексом основных и ультраосновных пород габбро-анортозитовой формации, являются комплексными железо-титан- ванадиевыми (Fe-Ti-V), содержащими в качестве попутных ценных компонентов платинои ды. Главными рудными минералами в них выступает магнетит (обычно титаномагнетит) и ильменит, образующий вростки или решетчатые структуры распада в магнетите. Формой нахождения ванадия в этих рудах является либо его изоморфная примесь в магнетите (близость ионных радиусов Fe3+ и V3+), либо реже собственная минеральная фаза - кульсонит (Fe2+V3+ 2 O 4 ), относящийся к группе шпинелидов. В карбонатитовых месторождениях главными практически единственным рудным минералом железа является магнетит. Карбонатиты, представляющие собой эндогенные скопления карбонатов, входящие в комплекс щелочных ультраосновных пород, оказываются обогащены Ti, Nb, Ta, Zr, Sc и редкоземельными элементами. Руды комплексные с попутным извлечением апатита и бадделеита В известково-скарновых месторождениях главными рудными минералами являются магнетит и гематит, в том числе и мартит. Промышленные запасы магнетита формируются при высокой температуре в конце стадии сухих скарнов после гранатов и пироксенов. Возможно и более позднее образование магнетита, ноне в столь большом количестве. Гематит образуется уже в стадию водных скарнов при повышении потенциала кислорода минералообразующей среды. Причем в рудах часто присутствуют минералы цветных металлов, в основном Cu и Co, образующиеся также в гидротермальную стадию скарнового процесса. Их собственные минеральные фазы обычно представлены сульфидами (халькопиритом, Со- пиритом и др. При достаточном содержании Cu и Co могут выступать в качестве попутных ценных компонентов скарновых железных руд. При невысоком содержании цветные металлы и сера становятся вредными примесями железных руд. В качестве попутного ценного компонента скарновые магнетитовые руды часто содержат самородное золото. Таким образом, попутными ценными компонентами в известково-скарновых рудах могут быть Cu, Au и Вулканогенные гидротермальные месторождения генетически связанные с породами трапповой формации, в качестве главного рудного минерала содержат магномагнетит, а в качестве второстепенного - гематит. Вмещающие терригенно-карбонатные породы интен 9 Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» сивно метасоматически изменены с образованием скарноподобных метасоматитов, главными минералами которых являются гранат кальциевого ряда, диопсид, хлорит и др. Руды вулканогенно-осадочного генезиса являются комплексными Fe-Mn ив качестве главного рудного минерала железа содержат гематит, в меньшем количестве магнетит и сидерит. Они часто связаны с породами спилит-кератофировой формации, включающими прослои яшм и яшмоидов. Минералы марганца представлены оксидами и гидроксидами. В рудах в небольшом количестве присутствуют сульфиды (пирит, арсенопирт, сфалерит, галенит, халькопирит. В пределах месторождений руды железа и марганца бывают пространственно разобщены. Метаморфогенные месторождения среди пород зеленосланцевой и амфиболи- товой фаций представлены железистыми кварцитами, главными рудными минералами которых являются магнетит и гематит, в резко подчиненном количестве в них может присутствовать сидерит (рис. ). Магнетит железистых кварцитов, практически лишен примесей. В этом усматриваются две причины. Во-первых, не отличающийся разнообразием химический состав исходных метаморфизующихся желе зисто-кремнистых осадков, а во-вторых, ограниченность изоморфных замещений в условиях метаморфизма, когда изоморфное замещение становится возможным лишь для тех элементов, вхождение которых сопровождается выигрышем в объеме. В случае магнетита при образовании железистых кварцитов таким элементом становится Ge, который и может стать попутным ценным компонентом железистых кварцитов. Экзогенная группа месторождений железных руд представлена месторождениями выветривания и осадочными. Рис. Гематит-магнетитовые руды сланцеватой текстуры железистых кварцитов Лебединского месторождения (КМА) 10 Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» Руды осадочного генезиса по составу относятся к гетит-гидрогематит-сидерит- лептохлоритовым. В процессе осадконакопления при удалении от береговой линии вглубь водоема происходит последовательная смена минерального состава осадочных железных руд от гидроксидных вблизи берега на карбонатные и далее на силикатные на глубине. В морских осадочных рудах комплекс попутных ценных компонентов ограничен присутствием марганца, небольшого количества ванадия и редко германия. Ванадий и германий при этом оказываются часто связанными с органикой. Известны карбонатные железные руды существенно сидеритового состава в карбонат- но-терригенных отложениях, относительно условий образования которых мнения несколько расходятся. Часть исследователей считает их обычными осадочными, часть же рассматривает их как гидрогенно-инфильтрационные или гидротермально-метасоматическими. Руды месторождений выветривания по минеральному составу являются гетит- гидрогетитовыми (бурожелезняковыми). Они могут содержать мартит-гидрогетитовые, ге- тит-гидрогетит-гидрогематитовые зоны. Формируются они за счет выветривания осадочных и эндогенных руд любого генезиса. В особую группу выделяются месторождения бурых железняков, сформированные за счет выветривания ультраосновных и основных пород, - так называемые самолигирующие- ся бурожелезняковые руды По минеральному составу это гетит-гидрогетитовые руды в составе которых присутствуют такие элементы как Cr, Ni, Mn, Со. Рис. Основные железорудные месторождения России и распределение добычи железной руды по субъектам России. Поданным на 2007 год (к таблице ) http://imgplusdb.com/dobycha-jeleznoy-mdy-v- Структуры и текстуры железных руд Руда, представляет собой естественный природный минеральный агрегат, содержащий не только рудные, но и нерудные минералы таблица ). В каждом генетическом типе руд имеется характерный комплекс нерудных минералов, который может оказывать влияние на качество руд. Качественная характеристика руд будет неполной без учета их структур и текстур и сопутствующего комплекса нерудных 11 Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» минералов. Структуры и текстуры руд в каждом генетическом типе, отражая условия протекания процессов, различны ив некотором смысле типоморфны. Так для руд магматического и скарнового генезиса характерны зернистые структуры, вкрапленные до массивных сплошных) текстуры. Для руд метаморфического генезиса обычны сланцеватые текстуры и зернистые структуры. А для экзогенных руд железных шляп - порошковатые, землистые, натечные текстуры. Для руд морского осадочного генезиса наиболее характерны оолитовые текстуры. Вопросы для самоконтроля. Названия и формулы промышленных минералов Fe эндогенных руд. Минеральный состав силикатных железных руд, условия их образования. Рудные, нерудные минералы магматических железных руд. Комплексность этих руд. Формы нахождения всех ценных компонентов в этих рудах. Промышленные минералы Fe известково-скарновых руд, время выделения каждого из них в скарновом процессе. Минеральный состав осадочных железных руд и их фациальная изменчивость относительно береговой линии. Названия и формулы рудных минералов Fe в экзогенных рудах. Попутные ценные компоненты карбонатитовых руд. Причины столь необычного их набора. Состав и условия образования самолегирующихся железных руд. Минеральный состав и условия образования железистых кварцитов. Причина их бедности попутными ценными компонентами. Марганец (К геохимии марганца Марганец - элемент с переменной валентностью. В природе встречаются минералы, содержащие Mn в степени окисленности - +2, +3, +4, соответственно с зарядами катионов M n2+, Mn3+, Mn4+. Наиболее распространены соединения Mn2+ и M n4+. Минералы марганца, как и минералы железа, образуются в широком диапазоне окис лительно-восстановительных условий. Минералы Mn2+ образуются в условиях недостатка кислорода, в то время как минералы св условиях его избытка. Требования к руде В отечественной металлургии используются руды с содержанием марганца 30-36%. Кроме металлургической промышленности минералы марганца используются как химическое сырье. Минимальные промышленные содержания марганца в лег- кообогатимых рудах (окисленные и оксидные) - 10%, в труднообогатимых (карбонатные) - 20 Вредным компонентом руд является фосфор. К минералогии марганцевых руд Наибольшее промышленное значение имеют минералы марганца, относимые к оксидам (пиролюзит, вер- надит, псиломелан, гаусманит, оксисиликат (браунит) и гидроксид (манганит. Меньшее промышленное значение имеют карбонаты марганца (марганцовистый кальцит, олигонит, родохрозит. Марганцевый шпине- лид (якобсит) и водосодержащие оксиды (тодорокит и бернессит) могут рассматриваться только как второстепенные или даже редкие промышленные минералы. Тодорокит и бернессит приобретают заметное, если неосновное, значение лишь в глубоководных железо марганцевых конкрециях. Силикат двухвалентного марганца - родонит, в настоящее время в качестве рудного минерала не рассматривается. Он находит применение только как ювелирно-поделочный камень. Родонит вместе с родохрозитом и Рис. Агрегат пиролюзита (полианита, гетита, гидрогетиа. 12 Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» другими силикатами марганца (бустамитом (Mn,Ca)3[Si3O9], спессартином образует крупные скопления в метаморфических породах, при выветривании и окислении которых формируются богатые марганцевые шляпы, состоящие из оксидов и гидроксидов одновременно двух- и четырехвалентного марганца, имеющие промышленное значение (рис. ). Так что к минералогии руд марганца родонит имеет лишь опосредованное отношение. С одержание марганца в промышленных оксидах и гидроксидах составляет порядка 50-60 %, в карбонатах снижается до 30-7 Следует помнить, что марганец - сильный элемент-хромофор. Причем его разные валентные формы являются причиной весьма контрастной окраски марганцевых минералов. Кислородные соединения Mn2+ окрашены часто в яркий розовый цвет риса- в иссиня-черный (рис. Оксиды марганца не притягивают магнитную стрелку. Это можно использовать при диагностике марганцевых мине ралов. Общие замечания по условиям образования рудных минералов марганца. Оксиды марганца, содержащие одновременно M n2+ и M n 3+ (браунит, гаусманит) образуются в основном в эндогенных процессах при некотором недостатке кислорода. Они являются главными промышленными минералами немногочисленных вул каногенно-осадочных и метаморфизованных месторождений марганцевых руд, в которых+ совместно сними могут присутствовать также карбонаты Mn . В окислительной обстановке в экзогенных условиях минералы M n2+ и Mn3+ неустойчивы и переходят в оксиды пиролюзит и вернадит) или в минералы с одновременным содержанием Mn2+ (малое количество недоокисленного марганца) и M n4+ (псиломелан). Карбонаты M n 2+ являются второстепенными в эндогенных вулканогенно-осадочных рудах, в основном они связанны с экзогенными рудами. В экзогенных процессах их образование предполагает недостаток кислорода (Mn2+!), чему соответствуют условия морского осадконакопления в области шельфа при удалении от береговой линии, в которых и формируются осадочные карбонатные марганцевые руды. Минералы M n 4+ (пиролюзит, вернадит), а также минералы одновременно содержащие Mn4+ и недо- окисленный M n2+ (псиломелан и манганит) промышленные скопления образуют только в окислительной обстановке в экзогенных процессах. Оксиды, гидроксиды M n4+ являются конечными формами существования марганца в природе. Принятая геолого-промышленная типизация марганцевых руд учитывает класс соединений минералов марганца ив определенной мере условия их образования. Выделяются следующие типы марганцевых руд оксидные, смешанные (окси дно-карбонатные), карбонатные и окисленные. Название последних (окисленные) акцентирует внимание на условиях их образования, хотя с учетом класса соединений минералов они являются оксидными. Наибольшее же промышленное значение имеют оксидные руды. Оксидные руды - руды, в которых главными рудными минералами являются оксиды и гидроксиды марганца (пиролюзит, псиломелан, манганит. Свое название они получили по ведущему классу соединений промышленных минералов. Руды характеризуются высоким содержанием марганца (более 25 %) и относятся к легко обогатимым. Среди них особо Рис. Натечные агрегаты иссиня- черного пиролюзита - основного промышленного минерала марганца. Окисленные марганцевые руды уч) Рис. Родонит метаморфических пород с продуктами окисления в виде дендритов черного пиролюзита, развивающихся по трещинам Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» выделяют пероксидные (сверхоксидные) руды, основным рудным минералом которых является пиролюзит M n 0 2. Оксидные руды встречаются среди руд осадочного генезиса. Карбонатные руды, также названные по ведущему классу соединений промышленных минералов, содержат марганец в количестве не более 25 % и сложены преимущественно карбонатами M n2+ (марганцовистым кальцитом, олигонитом, родохрозитом. Эти руды наиболее характерны для осадочных руд. Оксидно-карбонатные руды сложены как оксидами, таки карбонатами марганца при содержании Mn около 25 %. В этом случае оксиды представлены браунитом и гаусманитом. Руды такого состава обычны в вулканогенно-осадочных объектах. Окисленные руды - образуются в результате окисления руд, сложенных карбонатами, силикатами марганца, а также браунитом и гаусманитом, при выходе их в условия дневной поверхности. Окисленные руды формируют так называемые марганцевые шляпы. Они состоят из оксидов и гидроксидов Mn4+ (пиролюзита, вернадита), минералов с одновременным присутствием M ^ +и M n4+ (псиломелана, и характеризуются содержанием марганца более 40 %. Поскольку главными промышленными минералами окисленных руд являются пиролюзит и псиломелан, они могут рассматриваться как пероксидные. Именно в окисленных рудах могут присутствовать разновидности псиломелана асболан с примесью кобальта (Co- псиломелан) и тунгомелан с примесью вольфрама (W -псиломелан. Несмотря на то, что по составу окисленные руды являются тоже оксидными, от собственно оксидных они отличаются условиями обра зования. Марганцевые руды, прежде всего, оксидного типа часто относятся к монометальным. К комплексным принадлежат только некрупные по запасам вул каногенно-осадочные месторождения (Mn-Fe руды) и некоторые окисленные псиломелан-пиролюзитовые руды с асболаном (Mn-Co руды) и/или с тунгомеланом (Mn-W руды). Генетические типы месторождений марганцевых руд Разнообразие генетических типов месторождений марганцевых руд невелико. Большинство месторождений марганцевых руд являются продуктами экзогенных процессов, формируя крупные по запасам осадочные месторождения или более мелкие месторождения марганцевых шляп». Морские осадочные марганцевые руды формируются в основном в зоне шельфа или реже в лагунных условиях. Для них характерен оксидно-карбонатный состав. Основными промышленными минералами в них являются пиролюзит, псиломелан, манганит и карбонаты марганца. По сравнению с осадочными рудами железа марганцевые руды образуются наб bоbльшем удалении от береговой линии в более глубинных условиях шельфа. Как и осадочные руды железа, марганцевые осадочные руды являются практически монометальными. Они могут содержать небольшое количество Ge и V, присутствие которых объясняется повышенной ролью органики в процессе осадкообразования. Иногда области отложения руд железа и марганца перекрываются и тогда руды могут приобретать Fe-Mn состав. Как и для осадочных руд железа для них характерно оолитовое строение. Известны немногочисленные вулканогенно-осадочные месторождения часто комплексных Fe-Mn руд. Они связаны с породами спилит-кератофировой формации, включающими прослои яшм и яшмоидов. Минералы марганца представлены оксидами (браунит, гаусманит) в меньшей мере карбонатами (марганцовистый кальцит, родохрозит, олигонит). В рудах в небольшом количестве присутствуют сульфиды (пирит, арсенопирит, сфалерит, галенит, халькопирит. Руды относятся к оксидно-карбонатному геолого-промышленному Рис. Типичные окисленные руды натечно-ноздреватой текстуры, сложенные псиломеланом |