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» типу. В пределах месторождений руды железа и марганца бывают пространственно разоб щены. Месторож дения выветривания представлены марганцевыми шляпами, возникающими за счет выветривания вулканогенно-осадочных руд и метаморфогенных силикатно- 2+ карбонатных пород, содержащих карбонаты и силикаты марганца (Mn ). Именно месторождения выветривания представлены геолого-промышленным типом окисленных руд. Основными промышленными минералами Mn в них являются пиролюзит в виде плотных сплошных массив виде его разновидности полианита (явно кристаллического с сильным блеском) и псиломелан и иногда его разновидности по составу (асболан и тунгомелан). Метаморфические породы зеленосланцевой, амфиболитовой и гранулитовой фаций метаморфизма с высоким содержанием марганца, представленного силикатом M n2+ - родонитом, в меньшем количестве гаусманитом, браунитом и силикатами M n2+ тефроитом M n2[SiO4], спессартином и бустамитом (Mn,Ca)3[Si3O9]), карбонатами марганца (марганцовистым кальцитом, родохрозитом, промышленного интереса как руда на марганец не представляют, они рассматриваются как месторождения ювелирно-поделочного камня (родонита. Однако при выходе на дневную поверхность за счет них формируются богатые окисленные марганцевые руды, уже имеющие промышленное значение. Весьма перспективны глубоководные железомарганцевые конкреции (ЖМК) и желе зомарганцевые корки, покрывающие большие площади дна практически всех океанов. Основными промышленными минералами марганца в них являются бернессит и торокит. Же- лезо-марганцевые конкреции икорки являются исключительно комплексными рудами, основными компонентами которых являются Fe, Mn, Ni, Co, Cu и др. В них присутствуют в промышленных количествах Mo, V, РЗЭ, платиноиды, Au, Ag и др, всего порядка 18 элементов. Все эти элементы могут представлять промышленную ценность железо-марганцевых конкреций и корок. Такое обилие извлекаемых металлов связано сих поступлением в придонную часть океанов с глубины по глубинным разломам. Именно сложностью химического состава железо-марганцевые конкреции отличаются от осадочных марганцевых руд зоны шельфа, которые, как уже говорилось, являются практически моно- метальными. Запасы железо-марганцевых конкреций и корок колоссальные и могут обеспечить потребности человечества в металлах на протяжении многих тысячелетий. Однако их добыча пока производится только в некоторых странах ввиду технической сложности, трудоемкости и затратности этого процесса, поскольку их нахождение связано с глубинами 500-7000 м. Пока ЖМК и железо-марганцевые корки могут рассматриваться как руды бу дущего. Таким образом, месторождения марганцевых руд отличаются ограниченностью генетических типов. Основным генетическим типом являются морские осадочные руды зоны шельфа, меньшее значение имеют месторождения выветривания (марганцевые шляпы, немногочисленные вулканогенно-осадочные месторождения и как руды будущего - глубоководные железо-марганцевые конкреции. Структуры и текстуры руд Поскольку большинство промышленных руд марганца относятся к экзогенным продуктам, для них наиболее типичны плотные текстуры в сочетании с ноздреватыми, натечными, пористыми, губчатыми, а также порошковатыми, земли- Рис. Фрагменты глубоководных железо-марганцевых конкреций (ЖМК) 15 Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» стыми, реже оолитовыми. Плотные массивные текстуры иногда с элементами полосчатости характерны для руд вулканогенно-осадочного генезиса. Вопросы для самоконтроля. Валентность Mn и классы соединений минералов экзогенных руд марганца. Общие диагностические признаки минералов Mn классов оксидов и гидроксидов. Условия образования родонита, его практическое значение и роль при образовании марганцевых руд. Минеральный состав шельфовых осадочных руд Mn, их структуры и текстуры. К какому гео- лого-промышленному типу руд они относятся. В чем отличие минерального и химического состава осадочных шельфовых руд Mn и глубоководных Fe-Mn конкреций. Промышленные минералы Mn в вулканогенно-осадочных рудах. Валентность в них Mn. Комплексность руд. С какими магматическими породами они связаны. Минеральный состав Mn кор выветривания (окисленные руды, их возможные попутные ценные компоненты. Титан (К геохимии титана Титан, находясь в минералах в качестве видообразующего элемента, проявляет степень окисленности +4 и встречается только в виде кислородных соединений. Геохимически титан связан с ультраосновными, основными и щелочными породами. Требования к руде Содержание в рудах коренных месторождений TiO2 - более 10%. В россыпных месторождениях ввиду их большей экономичности при отработке требования к руде менее жесткие. Промышленными являются россыпные месторождения с содержанием ильменита FeTiO 3 более 10% или рутила TiO 2 более 1,5 Вредные компоненты руд Cr, P и S. 16 Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» Большинство руд титана относится к комплексным. Наиболее типичные попутные ценные компоненты в рудах различного генезиса V, Sc, Zr, Ta, Nb, К минералогии руд Главными промышленными минералами титана являются оксиды- рутил (88,6-98,2% TiO2), ильменит (34,4-68,2% TiO2), лейкоксен - продукт экзогенного изменения сфена и ильменита (47% TiO2 в лейкоксене по сфену, 97% TiO2 - по ильмениту. Анатаз TiO2 имеет существенно меньшее промышленное значение. Рутил и анатаз являются полиморфными модификациями диоксида титана TiO 2 С ильменитом всех генетических типов месторождений связаны промышленные содержания Sc и V, ас рутилом из россыпей - Ta, Nb, V. При комплексной переработке руд некоторых генетических типов месторождений титан извлекается попутно из титансодержащих минералов (лопарита, титаномагнетита. Силикат титана - сфен пока рассматривается в качестве потенциального промышленного минерала. Лишь при его высоком содержании в породе и благоприятной экономической ситуации он становится извлекаемым рудным минералом титана. К потенциальным промышленным минералам относится также сложный оксид титана - перовскит. Технология извлечения титана из перовскита и сфена пока остается сложной и дорогостоящей. Генетические типы месторождений руд титана Коренные месторождения руд титана в основном относятся к магматическим. Среди них выделяют позднемагматические руды пространственно и генетически связанные с основными магматическими породами габбро- анортозитовой формации. По минеральному составу они могут быть титаномагнетитовыми, ильменит- титаномагнетитовыми, реже апатит-ильменитовыми. Часто руды являются комплексными железо-титан- ванадиевыми (Fe-Ti-V). Они описаны в связи с минералогией руд железа. В отдельных регионах России (Хибины, Кольский полуостров) известны щелочные магматические породы с содержанием сфена до 80-90 %. Эти породы, называемые сфенитами, образуют крупные запасы, что позволило рассматривать сфен в этом случаев качестве потенциального промышленного минерала титана. В малиньитах - темных мелкозернистых щелочных магматических породах (Лово- зерские тундры, Кольский полуостров) носителями титана являются сложные оксиды лопарит вместе с перовскитом, где содержания и запасы допускают использование их в качестве рудных минералов для извлечения не только титана, но и Nb и редкоземельных эле ментов. Рис. Сфениты - щелочные породы с высоким содержанием сфена (длин нопризматические бурые кристаллы Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» Магматические породы содержащие в качестве акцессорных минералов ильменит, рутил и анатаз, при выветривании могут стать источниками для формирования титанонос ных россыпей. Появление рутила или анатаза в магматических породах связано с режимом железа в минералообразующей среде. Известно, что рутил образуется при наличии в минералообразующей среде железа, а анатаз - при его отсутствии. Рутил кроме того является типичным минералом некоторых метаморфических пород, которые при достаточном содержании рутила могут стать рудами на титана также могут выступать в качестве коренных источников при формировании россыпных месторождений титана. Минералы титана устойчивы в поверхностных условиях и способны накапливаться в россыпях образуя значительные по запасам россыпные месторождения, часто попадающие в категорию сверхкрупных. Высокие средние содержания ценного компонента в совокупности с низкими экономическими затратами при отработке россыпных месторождений делают их среди промышленных объектов наиболее значимыми. Среди россыпных месторождений различают ископаемые и современные прибрежно-морские и континентальные. Часто в россыпных месторождениях в качестве одного из основных промышленных компонентов становится лейкоксен. Лейкоксен с условной формулой TiO2-nH2O представляет собой вторичный продукт (обычно продукт выветривания) по ильмениту и сфену. Рис. Распределение запасов руд титана по субъектам России. Поданным наг. (к таблице ) http://mineral.ru/Facts/russia/131/296/index. html7 18 Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» Прибрежно-морские комплексные титан-циркониевые россыпи часто с редкими землями по минеральному составу являются рутил-ильменит-лейкоксен-циркон- монацитовыми. Континентальные существенно ильменитовые россыпи формируются за счет кор выветривания по габброидам. Континентальные россыпи сформированные за счет продуктов выветривания щелочных, щелочно-ультраосновных породи связанных сними карбонатитов, кроме ильменита содержат лопарит и перовскит. Однако пока из таких россыпей извлекаются только ильменит и лопарит. Руды комплексные благодаря присутствию в них ниобия, тантала и редких земель, элементов весьма характерных для щелочных ультраосновных пород с карбонатитами. Среди всех генетических типов месторождений титана (магматических, карбонатито- вых, метаморфических, вулканогенно-осадочных) россыпи имеют основное экономическое значение. Примерно 70 % титана извлекается из россыпных месторождений. Вопросы для самоконтроля. Условия образования и минеральный состав эндогенных комплексных Fe-Ti-V руд. Форма нахождения титана в этих рудах. Состав лейкоксена. В каких генетических типах месторождений лейкоксен представляет основную промышленную ценность руд. Промышленное значение лопарита и перовскита. С какими эндогенными образованиями они связаны. Минеральный состав и комплексность прибрежно-морских россыпей. Какова промышленная ценность сфена, его условия образования. Хром (К геохимии хрома В минералогии хром проявляет степень окисленности +3. Ионный радиус Cr3+ близок с ионными радиусами Fe3+ и Al3+, благодаря чему в хромшпинелидах Cr3+ изоморфно замещается Fe3+ и Al3+. Хром - элемент геохимически тесно связанный с ультраосновным магматизмом, по сути типоморфный элемент ультраосновных пород. Поэтому промышленные концентрации руд хрома связаны исключительно с ультраосновными магматическими породами. Требования к руде Руды хрома потребляются металлургической, химической и огнеупорной промышленностью, каждая из которых предъявляет к ним свои требования. Промышленная ценность руд для металлургической промышленности определяется содержанием Cr2O3 более 45%. Для химической и огнеупорной промышленности эти значения ниже. Отечественная промышленность использует руды хрома без обогащения. Вредные компоненты руд S и P. Существуют ограничения по содержанию CaO, FeO (Fe общее - Cr2O3/FeO>3); SiO2 (менее К минералогии руд хрома Из немногочисленных минералов хрома промышленное значение имеют только хромшпинелиды, содержание Cr 2 O 3 в которых колеблется в широком диапазоне значений от 18 до 65%. Содержание же хромшпинелидов в рудах составляет отв убогих дои выше в богатых сплошных. Среди хромшпинелидов широко распространен изоморфизм, поэтому состав минералов подгруппы хромшпинелидов может быть представлен общей формулой - (Mg,Fe)2+(Cr,Al,Fe)3+2O4. В подгруппе хромшпинели- дов с учетом состава выделяют магнохромит - (Mg,Fe)Cr2O4, собственно хромит - FeCr2O4 алюмохромит - (Fe,Mg)(Cr,Al) 2 O 4 , хромпикотит - (Mg,Fe)(Cr,Al) 2 O 4 и субферрихромит - (Fe,Mg)(Cr, Fe) 2 O 4 . Основными промышленными минералами хрома в отечественных месторождениях являются магнохромит (Mg,Fe)Cr2O4 и алюмохромит (Fe,Mg)(Cr,Al)2O4. Очень часто все хромшпинелиды в рудах хрома независимо от их конкретного химического состава объединяют общим термином хромит, хотя корректнее использовать при этом тер Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд мин хромшпинелиды. Так что в промышленной терминологии под хромитом подразумеваются все присутствующие в руде хромшпинелиды. Попутными ценными компонентами руд хрома обычно являются минералы элементов платиновой группы, которые как и хром генетически связаны с ультраосновными по родами. Такие известные минералы хрома, как уваровит (хромовый гранат кальциевого ряда, фуксит (хромовый мусковит, кочубеит и кеммеририт (хромовые хлориты), хромдиопсид, хромвезувиан и др, являются индикаторами эндогенных руд хрома и имеют только поисковое значение. а б Рис. Минералы индикаторы руд хрома а - кристаллические щеточки уваровита на стенках прожилков в сплошных хромитовых рудах (Сарановское месторождение, Урал б - хромсодержащий хлорит на хромите Генетические типы месторождений руд хрома Хром является типоморфным элементом ультраосновной магмы. Поэтому месторождения хромовых руд пространственно иге нетически связаны исключительно с комплексами ультраосновных и основных пород, концентрируясь непосредственно только в ультраосновных породах и относятся к поздне магматическим. Вмещающие ультраосновные породы, главным породообразующим минералом которых является оливин, часто заметно серпентинизированы. Такие ультраосновные существенно оливиновые породы с повышенным вплоть до промышленного содержанием хромшпинелидов получили название дунитов, в отличие от существенно оливиновых пород с содержанием магнетита и титаномагнетита, называемых оливинитами. Хромшпинелиды весьма устойчивы в поверхностных условиях и способны накапливаться в элювиальных, делювиальных и прибреж но-морских россыпях Однако россыпные месторождения хрома имеют ограниченное самостоятельное промышленное значение. Обычно, формируясь как продукт выветривания коренных месторождений, россыпные месторождения отрабатываются попутно сними Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» Структуры и текстуры руд Руды хрома характеризуются зернистой структурой, гу- стовкрапленной до сплошной текстурами. Весьма характерно для руд хрома хорошо узнаваемое нодулярное строение агрегатов, которое проявляется в том, что на фоне обычно сер- пентинизированного агрегата ультраосновных пород четко выделяются различные повели чине округлые образования (нодули), сложенные хромшпинелидами. Отмечаются и полосчатые текстуры хромитовых руд (рис. Рис. Распределение запасов руд хрома по субъектам России наг, млн. т (к таблице ) http://mineral.ru/Facts/russia/131/296/index. Вопросы для самоконтроля. Какие минеральные виды подгруппы хромшпинелидов представляют основную промышленную ценность для России. Попутные ценные компоненты хромитовых руд, их генетическая обусловленность. Условия образования хромитовых руд. Как отражается химический состав хромшпинелидов на их физических свойствах. Можно ли это использовать в диагностических целях. Какие минералы являются основными индикаторами руд хрома. Их диагностические призна ки. Ванадий (К геохимии ванадия Ванадий в минералах проявляет степень окисленности + 3 и +редко +4. Соединения V возникают только в эндогенных условиях, предполагая недостаток кислорода и высокотемпературные условия. Близость ионных радиусов V3+, Fe3+ и г 7- 3 +приводит к тому, что V в эндогенных процессах находится в основном в рассеянном состоянии и входит в виде изоморфной примеси в титаномагнетит, ильменит, рутил, сфен ив породообразующие минералы (амфиболы, пироксены, гранаты Зырянова Л.А. Учебное пособие по курсу Минералогия руд» Требования к руде Подавляющее большинство месторождений, руды которых являются источниками ванадия, являются комплексными. Это комплексные Fe-Ti-V, Cu-Pb-V, U-V руды. Минимальным промышленным содержанием V2O5 в титаномагнетитовом концентрате считается содержание Вредные компоненты руд CaO и К минералогии руд ванадия Основными промышленными минералами-носителями и концентраторами ванадия в эндогенных процессах являются титаномагнетит (до 9 % V2O5), магнетит (до 0,6% V20 5) магномагнетит (до 1,6% V20 5), рутил (до 1% V20 5), ильменит (до Собственные минералы V3+ представлены шпинелидом - кульсонитом (класс оксидов) и редко силикатом - роскоэлитом. М инералы V5+ представлены кислородными солями - ванадатами Промышленные ванадаты (ванадинит, деклуазит, в которых содержание V2O5 составляет около 20%, промышленные скопления образуют исключительно в экзогенных условиях и концентрируются только в окисленных рудах ряда месторождений. Рис. Ванадинита- гексагональные кристаллы при увеличении б - в виде кристаллических корочек в образце окисленной свинцовой руды входит в состав лишь одного промышленного минерала ванадия. Это сульфид ванадия - патронит V[S2]2. Как и положено сульфидам, его образование предполагает восстановительные условия при источнике сероводорода. Такие условия возникают локально в экзогенной обстановке с образованием уникальных промышленных концентраций патрони- та в пластах асфальтитов. Генетические типы руд ванадия Источником для извлечения ванадия являются как эндогенные, таки экзогенные месторождения. Эндогенные месторождения комплексных Fe-Ti-V руд относятся к магматическим в связи с комплексами основных-ультраосновных пород габбро-анортозитовой формации Это титаномагнетитовые, магнетит- ильменитовые, ильменит-гематитовые руды в пироксенитах, горнблендитах, оливинитах, габбро, норитах, анортозитах, габбро-диабазах. Ванадий в этих рудах присутствует либо в виде изоморфной примеси в магнетите, либо в виде тонких механических включений в магнетите ванадиевого шпинелида кульсонита FeV 2 O 4 . При среднем обычно невысоком содержании V20 5 в таких рудах - 0,1-1 %, их запасы на некоторых месторождениях достигают нескольких миллионов тонн. Известны немногочисленные вулканогенные гидротермальные магномагнетитовые месторождения в областях распространения траппов, в которых ванадий присутствует в виде изоморфной примеси в магномагнетите (описание см. в минералогии руд железа) в количестве достаточном для его попутного извлечения |