К геохимии алюминия



Дата09.07.2016
өлшемі12.34 Mb.
#188465
Алюминий

К геохимии алюминия. Алюминий относится к широко распространенным подообразующим элементам. В эндогенных условиях он концентрируется в щелочных нефелин- и лейцитсодержащих породах. Он накапливается также в процессе алунитизации – низкотемпературной гидротермальной проработки сернокислыми растворами кислых вулканогенных пород.

Наибольшие же концентрации алюминия возникают в экзогенных процессах при формировании остаточных и переотложенных кор выветривания по любым породам, исключая лишь ультраосновные.



Руды алюминия с учетом промышленной значимости делятся на традиционные и нетрадиционные. Долгое время единственной рудой для получения алюминия были бокситы, которые и относятся к традиционным рудам алюминия. Ограниченность запасов бокситов в некоторых странах и прежде всего в России привела к необходимости использования для получения алюминия других видов руд. В России впервые в мировой практике начата выплавка глинозема из сульфатных алунитовых руд и силикатных нефелиновых руд, которые и относятся к нетрадиционным.

Выделяют также перспективные для получения алюминия минералы, для которых уже существуют технологии переработки, однако в настоящее время они пока остаются дорогостоящими. К таким перспективным минералам относятся силикаты дистен, андалузит, силлиманит, входящие в состав высокоглиноземистых метаморфических образований. В качестве перспективного рудного минерала рассматривается также каолинит. Для России в категорию перспективных попадают алюминиевый карбонат давсонит и водный сульфат алюминит.

Руды алюминия отличаются по технологическим свойствам, требованиям, предъявляемым к ним, а также по условиям образования. Их характеристики рассматриваются отдельно для каждого типа.

Бокситытрадиционная алюминиевая руда, состоящая из гидроксидов алюминия, оксидов и гидроксидов железа, примеси глинистых др. минералов.

Основными рудными минералами бокситов являются бемит, диаспор с содержанием Al2O3 до 85% и гиббсит, содержащий 65% Al2O3.

С учетом минерального состава бокситы делятся на моногидратные (бёмитовые и диаспоровые) и тригидратные (гиббситовые). Последние распространены несколько шире, поскольку бемит и диаспор ещё не являются окончательно гидратированными образованиями, в то время как гиббсит уже полностью гидратированное соединение, являющееся конечным продуктом выветривания пород, содержащих алюминий. При образовании бокситов из коллоидных растворов в процессе старения коллоидов образуется сначала бемит, который со временем переходит в гиббсит. Таким образом, в любом случае со временем моногидратные (бемит-диаспоровые) бокситы переходят в тригидратные (гиббситовые). По текстуре среди бокситов различают каменистые, рыхлые, оолитовые, бобовые, брекчиевидные, яшмовидные и др. Чаще всего бокситы при сохранении в них гидроксидов железа имеют красный красно-бурый, бурый цвет. Маложелезистые бокситы могут быть белыми, зеленоватыми, серыми до черных (рис. ).

Промышленные требования к бокситам. Для производства глинозема содержание Al2O3 в бокситах должно превышать 22-28%. Промышленно важной качественной характеристикой бокситов является кремниевый модуль, определяемый как отношение оксида алюминия к оксиду кремния, которой не должен быть менее 2. В зависимости от способа переработки бокситов в них учитывается также содержание CO2 , CaO, Fe2O3, S.

Бокситы представляют собой комплексные руды, в которых промышленный интерес представляют V, Ga, Sc, Fe, Ti. Схемы попутного извлечения из бокситов V и Ga освоены в промышленных масштабах.







Рис. Бокситы с различным содержанием железа
Общие замечания по условиям образования бокситов. Бокситы являются продуктами экзогенных процессов. В континентальных условиях это коры выветривания латеритного типа, формирующиеся в обстановке влажного, теплого климата тропиков и субтропиков и представляющие собой конечные продукты выветривания кислых, средних, щелочных, основных пород. В общем виде процесс формирования континентальных бокситов происходит следующим образом. В процессе химического выветривания пород неустойчивыми оказываются такие породообразующие минералы, как полевые шпаты, нефелин, пироксены, амфиболы и др. В результате выветривания происходит последовательный вынос основных породообразующих элементов, сопровождающийся разрушением одних минералов и возникновением других. Основные породообразующие элементы по степени подвижности располагаются в следующем порядке: K, Na (выносятся первыми) → Ca, Mg → (после их выноса еще сохраняется связь Si и Al и формируются глинистые коры выветривания) Si → (после выноса Si ещё сохраняется связь Fe и Al, а устойчивыми будут в основном лишь их гидроксиды, формирующие латеритные коры выветривания) Fe → Al, Ti (после выноса Fe сохраняются лишь гидроксиды Al и устойчивые минералы Ti). Таким образом, конечными продуктами выветривания оказываются бокситы, состоящие из гидроксидов алюминия и устойчивых к выветриванию минералов титана. Так формируются месторождения бокситов. Большинство мировых запасов бокситов сосредоточено в тропическом поясе. В условиях умеренных широт с обилием влаги, но недостатком тепла, процессы химического выветривания не доходят до конца, ограничиваясь формированием глинистых кор выветривания.

Несколько менее распространены в континентальных условиях переотложенные бокситы осадочного генезиса. В экзогенных процессах глинозем растворяется и переносится только в кислых (pH<4) или сильно щелочных условиях (pH>9,5). В присутствии SiO2 растворимость Al2O3 возрастает, а в присутствии CO2 снижается. Коллоидный глинозем менее устойчив, чем кремнезем и быстрее коагулирует. Поэтому при совместной миграции они разделяются.

Различие устойчивости коллоидов Al2O3, Fe2O3, MnO2 приводит к дифференцированному отложению руд этих элементов в прибрежной зоне морей. Менее устойчивыми оказываются коллоиды Al2O3, поэтому ближе к берегу формируются бокситы, в верхней части шельфа – железные, а в нижней части шельфа – марганцевые руды.



Рис. Добыча бокситов открытым способом (Африка)


Нефелиновые руды в настоящее время занимают второе место по промышленному значению. Особенно актуально использование нефелиновых руд для России, имеющей ограниченные запасы бокситов и существенные запасы щелочных пород с нефелином. Основным промышленным минералом алюмосиликатных руд является нефелин KNa3[AlSiO4]4, содержание Al2O3 в котором составляет около 34%. Нефелиновые руды представлены алюмосиликатными щелочными породами (уртиты, ийолиты, тералиты, сынныриты). Промышленная ценность нефелиновых руд определяется содержанием в них нефелина. Содержание Al2O3 в алюминиевых рудах согласно требованиям промышленности должно быть выше 22% при содержании SiO2 менее 45%, щелочей более 10%, Fe2O3 менее 7%. Такие нефелиновые породы, как уртиты, основными минералами которых являются нефелин и клинопироксены. Содержание нефелина в уртитах достигает 85%. Уртиты представляют собой алюмосиликатные руды высокого качества, не н


Рис. Карьер по добыче нефелиновых руд (Кемеровская область, Сибирь).
уждающиеся в предварительном обогащении. Обогащение нефелиновых руд другого состава позволяет получить концентраты с содержанием Al2O3 27-30%. К алюминиевым рудам отнесены также сынныриты, получившие название по Сыннырскому щелочному массиву в пределах Сыннырского хребта Юго-Восточного Прибайкалья). Основным отличием сынныритов – особых лейцитовых щелочных пород является повышенное содержание в них калия при содержании Al2O3 около 22%. Основным носителем калия в сынныритах является лейцит K[AlSi2O6].

Переработка нефелиновых руд на глинозём представляет собой энергоёмкий процесс, а также требует потребления большого количества карбонатных пород. Поэтому для промышленной оценки таких месторождений необходимо учитывать наличие вблизи перерабатывающих предприятий топливно-энергетических источников и месторождений карбонатных пород. Поэтому большинство заводов по производству глинозема в пределах России сосредоточено в Сибири, где располагаются основные месторождения нефелиновых руд и сосредоточены энергоресурсы (рис. ).



Сульфатные алунитовые руды относятся к небокситовым (нетрадиционным) алюминиевым рудам. Эти руды распространены локально и их месторождения связанны с воздействием сульфатных низкотемпературных растворов на кислые породы – процесс алунитизации. Алунитовые месторождения имеют географическую привязку и приурочены к районам вулканической деятельности, где близповерхностные воды обогащены сульфат-ионом. Содержание Al2O3 в алуните составляет 37%. Алунитовые руды, не требующие обогащения, должны содержать не менее 50% алунита и не более 10% глинистых минералов. Содержание алунита в рудах, нуждающихся в обогащении, не должно быть меньше 25% при содержании глинистых минералов не более 5%.

В


Рис. Основные районы распространения нефелиновых руд и их балансовые

запасы в России.
качестве перспективных промышленных минералов
алюминия могут рассматриваться такие силикаты как дистен, андалузит, силлиманит, содержание Al2O3 в которых составляет около 63%. Высокоглиноземистые метаморфические породы, основными минералами которых они являются, легко поддаются глубокому обогащению с получением концентратов с содержанием Al2O3 до 60%. Минералы группы силлиманита предлагается использовать в качестве добавок при обогащении низкокачественных нефелиновых руд, что приведет к увеличению содержания глинозема в смеси.

К перспективным для России можно отнести низкотемпературные гидротермальные месторождения давсонита, основного карбоната алюминия, некрупные месторождения и проявления которого известны в Сибири. Месторождения этого типа более известны и отрабатываются за рубежом.

В качестве нетрадиционной высокачественной алюминиевой руды в случае значительных запасов могут рассматриваться также образования, содержащие водный основный сульфат алюминия – алюминит. Многочисленные (более 180) проявления алюминитовых пород известны в Сибири и могут рассматриваться как промышленно перспективные. Они известны в Иркутской области, Вилюйской и Тунгусской синеклизах, на Таймыре, в Алтае-Саянской складчатой области.

В настоящее время разработаны схемы извлечения глинозема из каолинитовых глин при содержании в них Al2O3 более 26-30% и даже красных глубоководных илов. В качестве потенциальных алюминиевых руд рассматриваются также некоторые высокоглиноземистые осадочные породы.

Свинец, цинк

В эндогенных процессах свинец и цинк относятся к элементам тесно связанным между собой. Они концентрируются в остаточных очагах кислых производных гранитной и базальтовой магм. Дальнейшая миграция металлов осуществляется гидротермальными растворами в виде комплексных соединений (хлоридных, фторидных, сульфатных, карбонатных, сульфидных и гидросульфидных). Основными промышленными минералами свинца и цинка в эндогенных месторождениях являются сульфиды – галенит и сфалерит. Большинство месторождений сульфидных руд является среднетемпературными гидротермальными. Свинцово-цинковые руды формируют типичные жильные гидротермальные месторождения. В месторождениях скарнового типа свинцово-цинковые руды соответствуют среднетемпературной гидротермальной стадии формирования объектов. Наиболее же известны вулканогенно-осадочные и гидротермально-метасоматические месторождения в вулканогенно-осадочных толщах.

Химический и минеральный состав руд. Основными промышленными минералами свинца и цинка в эндогенных рудах являются сульфиды, галенит и сфалерит, которые являются главными в свинцово-цинковых и полиметаллических месторождениях. К полиметаллическим (многометальным) относят сульфидные месторождения, из руд которых извлекаются 3 равноценных компонента – медь, свинец, цинк. Причем обычно они присутствуют в соотношении Cuколчеданно-полиметаллическим.

Минимальное суммарное промышленное содержание металлов в полиметаллических рудах составляет порядка 3-3,5%. По содержанию металлов руды делятся на вкрапленные с суммой металлов до 20% и сплошные с суммой металлов более 20%, и соответственно с суммой сульфидов до 50% и свыше 50%. Почти постоянным компонентом полиметаллических руд является пирит, который сам по себе не является промышленным рудным минералом, если не слагает обособленные участки или самостоятельные тела и может при этом извлекаться селективно для целей химической промышленности. В то же время пирит может и часто оказывается носителем и даже концентратором ряда попутных ценных компонентов, таких как Au, Se, Te, что уже меняет отношение к нему металлургической промышленности. Полиметаллические руды нередко сопровождаются баритом, который может приобретать в зависимости от его количества в полиметаллических рудах самостоятельное промышленное значение. В разрезах барит-полиметаллических месторождений обычно снизу вверх наблюдается переход полиметаллических руд в барит полиметаллические и затем в баритовые с гематитом или без него. Барит, будучи сульфатом, является более поздним минералом относительно сульфидной минерализации. Нередко наблюдается пересечение полиметаллических руд поздними баритовыми жилами.



Попутные ценные компоненты руд. Основные сульфиды полиметаллических руд, галенит и сфалерит, практически всегда оказываются носителями попутных ценных компонентов, что ещё более оправдывает применимый к этим рудам термин «полиметаллические». Так сфалерит почти всегда содержит примеси таких ценных примесей как Cd, Ga, Ge, In, которые, являясь рассеянными элементами, извлекаются в основном из этих руд. Однако геохимическая близость Ga и Al, Ge и Si определяет то, что в случае алюмосиликатных вмещающих пород Ga и Ge уходят во вмещающие породы, изоморфно замещая Al и Si в алюмосикатах. Обычно в роли такого носителя Ga и Ge выступает серицит околорудных метасоматитов. В случае же карбонатных или кремнистых вмещающих пород Ga и Ge полностью концентрируются в сфалерите, не уходя во вмещающие породы. Галенит содержит примеси Ag, Bi, Se, Te, являясь концентратором и носителем этих попутных ценных компонентов. В полиметаллических месторождениях в качестве попутного ценного компонента часто присутствует Au, которое обычно оказывается связанным с пиритом и халькопиритом, находясь в них в основном в тонкодисперсном состоянии. И пирит, и халькопирит к тому же могут содержать изоморфные примеси Se и Te. С учетом извлекаемых попутных ценных компонентов полиметаллические руды являются комплексными.

В качестве попутного извлекаемого компонента может выступать также барит при его достаточном количестве в барит-полиметаллических рудах.

Свинцово-цинковые и полиметаллические руды характеризуются зернистыми структурами, сплошными, вкрапленными и прожилково-вкрапленными текстурами. Тонко- и скрытозернистые руды сплошной текстуры назвают сливными. Последние относятся к трудно обогатимым.

В условиях метаморфизма, который часто испытывают древние первичные сульфидные руды, миграции свинца и цинка обычно не происходит, наблюдается лишь некоторое перераспределение их в пределах рудных тел, сопровождающееся частичной перекристаллизацией рудных минералов.

Руды экзогенного генезиса, возникающие в результате окисления первичных сульфидных руд при выходе их на эрозионный срез, формируют зоны окисления. В экзогенных условиях в пределах зоны окисления свинец и цинк разделяются. Такое поведение металлов связано с разной растворимостью их сульфатов, которые являются первыми продуктами окисления сульфидов при выходе их на дневную поверхность.

Сульфат цинка, относящийся к хорошо растворимым соединениям, легко мигрирует. В случае отсутствия в зоне окисления карбонатных пород цинк выносится за её пределы. Он может переотлагаться в форме вторичных карбонатов (смитсонита, реже монгеймита и олигонита), возникающих метасоматическим путем при замещении карбонатных пород, встречающихся на пути мигрирующих растворов.

Растворимость сульфата свинца чрезвычайно мала, благодаря чему свинец фиксируется в зоне окисления сначала в виде сульфата (англезита), который затем замещается карбонатом – церусситом, в котором содержание Pb составляет 77,5%. Реже англезит переходит в минералы других классов соединений. Таким образом, очень часто зоны окисления сульфидных месторождений оказываются практически пустыми относительно цинка, в то время как первичные сульфидные руды обычно содержат цинка в разы, а иногда и на порядок больше, чем свинца. Что касается свинца, то он не только не выносится за пределы зоны окисления, но и концентрируется, слагая богатые окисленные руды, содержание свинца в которых оказывается намного выше, чем его содержание в первичных сульфидных рудах. Если содержание свинца в первичных сульфидных рудах составляет обычно первые проценты, то содержание его в окисленных рудах может достигать 60-70%.

В




Рис.
полиметаллических месторождениях в зоне окисления наряду со свинцовыми минералами присутствуют также кислородные соединения меди и тогда зоны окисления приобретают медно-свинцовый профиль.

Минеральный состав окисленных экзогенных руд свинца и цинка резко отличается от состава первичных сульфидных руд. Это разнообразные кислородные соединения свинца и цинка: сульфаты, карбонаты, редко ванадаты, молибдаты и даже силикаты. Основным минералом свинца в окисленных рудах является наиболее устойчивый карбонат – церуссит, в значительно меньшем количестве отмечается англезит и другие сульфаты (биверит, осаризаваит – структурные аналоги алунита-ярозита).

Что же касается промышленных гипергенных минералов цинка, то они представлены в основном смитсонитом и монгеймитом, которые фиксируются в зоне окисления только в том случае, если во вмещающих первичное сульфидное оруденение породах присутствовали карбонаты. Небольшое количество цинка, обычно не более первых процентов, может переотлагаться в виде позднего смитсонита или монгеймита на нижних горизонтах гипергенного разреза даже при отсутствии вмещающих карбонатных пород. При наличии в зоне окисления глинистых минералов, особенно минералов подгруппы смектитов (монтмориллонит), обладающих высокими адсорбционными свойствами, цинк, адсорбируясь, в небольшом количестве может фиксироваться в них. Каламин, редко виллемит – промышленные силикаты цинка, образуют промышленные скопления лишь на позднем (щелочном) этапе формирования зон окисления, когда начинается миграция кремнезема, освобождающегося при выветривании вмещающих алюмосиликатных пород. Силикаты цинка обычно присутствуют в глубоко проработанных зонах окисления. Применительно к силикатным цинковым рудам, сложенным каламином, иногда используется термин «галмейные руды».

Окисленные руды имеют обычно порошковатые, землистые, часто натечные, кристаллическизернистые структуры, сплошные, вкрапленные, прожилково-вкрапленные текстуры.


Медь

К геохимии меди. Медь формирует как эндогенные, так и экзогенные месторождения. В эндогенных процессах она является элементом бимагматичным и связана как с кислым, так и с основным магматизмом.

В связи с основным (базальтовым) магматизмом она концентрируется как на плутоническом этапе, формирурая ликвационные и скарновые месторождения, так и на вулканическом с образованием вулканогенно(гидротермально)-осадочных колченанных месторождений. На поствулканическом этапе в связи с основными магматическими породами возникают низкотемпературные гидротермальные бессульфидные месторождения самородной меди. С кислым магматизмом связаны постмагматические плутоногенные гидротермальные месторождения.

В экзогенных условиях в процессе окисления и гипергенного преобразования первичных сульфидных руд медь концентрируется в зонах окисления и вторичного сульфидного обогащения. Экзогенным путем в терригенных осадках возникают также месторождения медистых песчаников и сланцев, относимых к стратиформным, не имеющим прямой связи с магматическими породами. Эти месторождения многими исследователями рассматриваются как полигенные и полихронные.

Требования к руде. К богатым относят руды с содержанием меди 2,5-3 %, к бедным – менее 0,5%. Руды редко являются монометальными, обычно это комплексные руды с рядом попутных ценных компонентов.

Минеральный состав руд. Промышленные минералы меди составляют довольно многочисленную группу, представленную разнообразными классами соединений, среди которых основную промышленную значимость составляют сульфиды. По содержанию меди среди них можно выделить высокомедные сульфиды (халькозин – 80% Cu, борнит – 63% Cu, ковеллин – 66% Cu) и маломедные (халькопирит – 34,5% Cu, кубанит – 24% Cu). Несмотря на невысокое содержание Cu, основным промышленным минералом является халькопирит, поскольку именно он наиболее распространен в природе и обеспечивает большую часть запасов медных руд. К промышленным минералам относятся также медные сульфосоли, такие как блеклые руды и энаргит, карбонаты, представленные малахитом и азуритом, сульфаты – брошантит, хлорид – атакамит. На некоторых месторождениях с развитой зоной окисления заметное значение приобретают оксиды меди (куприт, меньше тенорит) и самородная медь. Силикат меди – хризоколла как промышленный минерал имеет небольшое значение и в заметных количествах присутствует лишь в зонах окисления месторождений скарнового типа.

Таким образом, промышленную ценность эндогенных месторождений медных руд представляют минералы класса сульфидов и сульфосолей, а экзогенных – кислородные соединения и на ряде объектов так называемые вторичные сульфиды, представленные в основном халькозином и значительно меньше ковеллином и борнитом.



Комплексность руд. Медные руды, как правило, комплексные. Вместе с медью промышленную ценность этих руд составляют Zn, Pb, Mo, Fe, Ni. В качестве попутных ценных компонентов медные руды содержат Au, Ag, Se, Te. Руды отдельных промышленных типов месторождений в переменных количествах содержат Re, Cd, Ge, In, Tl, Ga, Co, Pt и др. В последнее время установлено, что халькопирит может содержать необычный для медных руд ценный компонент – вольфрам в промышленных количествах, который, следовательно, может рассматриваться как еще один попутный ценный компонент медных руд.




Рис. Диаграмма состава сульфидов меди и железа, отражающая количественное соотношение структурных единиц металлов и серы в минералах



Эндогенные руды с учетом условий образования и комплексности представлены следующими группами.

Магматические ликвационные медно-никелевые (Cu-Ni) руды, генетически связанные с дифференцированными массивами основных и ультраосновных пород. Процесс ликвации магмы основного состава, обогащенной металлами и серой, приводит к тому, силикатная составляющая будучи более легкой концентрируется в верхней части камеры, а тяжелая сульфидная – в её нижней. Поэтому обычно руды концентрируются преимущественно в придонной части интрузивов, реже за пределами интрузивного массива во вмещающих породах. Обычно руды представляют сплошные до густовкрапленных сульфидные агрегаты, сложенные минералами собственно магматической стадии – пирротином, халькопиритом, пентландитом и кубанитом. В переменном количестве в них присутствуют магнетит и платиноиды, также являющиеся собственно магматическими. На руды магматической стадии накладывается более поздний гидротермальный парагенезис, связываемый рядом исследователей с автометасоматическими явлениями, включающий целый комплекс разнообразных сульфидов, сульфоарсенидов, что весьма усложняет как минеральный, так и химический состав этих руд.

В случае небольших глубин и более быстрого остывания магматической камеры процесс ликвации магмы с пространственным обособлением сульфидной и силикатной составляющей не доходит до конца. Сульфидная составляющая исходной магмы не успевает полностью опуститься на дно камеры. В этом случае возникают руды вкрапленной текстуры, обычно пространственно приуроченные к висячему боку рудных тел.

Магматические ликвационные медно-никелиевые руды характеризуются высоким содержанием основных ценных компонентов. Кроме того они отличаются весьма богатым набором попутных ценных компонентов, среди которых наибольшую ценность имеют платиноиды.

Медно-порфировые руды представляют собой крупные скопления медной (Cu) или медно-молибденовой (Cu-Mo) прожилково-вкрапленной минерализации в порфировых интрузиях умеренно кислого состава. Рудные тела имеют форму штокверков. Штокверк представляет собой некоторый объем интрузивного тела, содержащий прожилково-вкрапленную рудную минерализацию. В плане такие штокверки имеют кольцевую или овальную форму при цилиндрической или конической в разрезе. Медно-порфировые руды относятся к высокотемпературным гидротермальным образованиям. Рудная минерализация, представленная в основном халькопиритом и молибденитом в разных соотношениях, приурочена к кварцево-сульфидным прожилкам. В рудах присутствуют также в различном количестве борнит, халькозин, сульфосоли меди, галенит, сфалерит, пирит, иногда самородное золото, серебро. Руды содержат попутные ценные компоненты (Se, Te, Re, Au, Ag, Zn, Pb). Вмещающие породы метасоматически изменены, что выражается в их окварцевании, пропилитизациии и аргиллизации.

Медноколчеданные (Cu), колчеданные медно-цинковые (Cu-Zn), полиметаллические и колчеданно-полиметаллические (Cu-Pb-Zn) руды в вулканогенно-осадочных толщах относятся к среднетемпературным образованиям. Основным промышленным минералом меди в них является халькопирит. В значительно меньшем количестве в них отмечаются такие медные минералы как эндогенные борнит и халькозин, медные сульфосоли. Постоянные компоненты этих руд Pb-Zn представлены галенитом и сфалеритом. В рудах в переменном количестве присутствует пирит. В случае трехкомпонентных руд (Cu-Pb-Zn) при небольшом количестве пирита они относятся к полиметаллическим. При этом основные рудные компоненты находятся в соотношении Cu

Руды имеют зернистые, реже колломорфные структуры, сплошные, слоистые, вкрапленные, прожилково-вкрапленные текстуры. Вмещающие породы обычно интенсивно метасоматически изменены, особенно со стороны лежачего бока рудных тел. Это выражается в окварцевании, серицитизации, хлоритизации, аргиллизации, реже карбонатизации и отальковании. Процессы названы по основным нерудным минералам образующихся метасоматитов. Именно эти минералы являются основными нерудными составляющими руд.

Ряд месторождений меди относятся к скарновому типу. Медносульфидные руды соответствуют среднетемпературной гидротермальной стадии, наложенной на собственно скарновый парагенезис, представленный гранат-пироксеновым агрегатом с амфиболами, эпидотом. В состав нерудного агрегата входят и более поздние кварц, кальцит, хлорит. Основным рудным минералом меди в скарнах является халькопирит, реже борнит. Обычно руды этого типа комплексные. Помимо меди промышленную ценность в них представляют железо (магнетит), свинец (галенит), цинк (сфалерит), золото, кобальт (в составе пирита), реже молибден (молибденит).

Промышленные скопления самородной меди, генетически относящиеся к низкотемпературным гидротермальным образованиям, обычно являются близповерхностными и связаны с основными породами. Самородная медь входит в состав жильной либо вкрапленной минерализации, представленной бессульфидным минеральным парагенезисом, включающий такие низкотемпературные минералы, как пренит, цеолиты, кальцит, хлорит. Источником меди в этом случае выступают основные породы, которые характеризуются повышенным кларком меди. Поднимающиеся гидротермальные растворы рафинируют из них медь и вблизи дневной поверхности переотлагают её в самородной форме в составе бессульфидного парагенезиса. Именно бессульфидного парагенезиса, поскольку при наличии серы в гидротермальном растворе образовались бы сульфиды меди ввиду халькофильности этого элемента. И хотя количество подобных месторождений невелико, а их запасы небольшие, они интересны в генетическом плане.

Э

а) б)


Рис. Окисленные медные карбонатные малахит-азуритовые руды: а) штуфной образец; б) стенка забоя шахты(Рубцовское месторождение. Фото автора
кзогенные медные руды
слагают зоны окисления, сформированные за счет вышеописанных эндогенных объектов. Основными минералами окисленных руд являются кислородные соли, среди которых явно преобладают карбонаты и сульфаты. На некоторых объектах промышленное значение в окисленных рудах приобретают самородная медь, оксиды (куприт, тенорит) и вторичные сульфиды, представленные в основном халькозином.
Длительно существующие хорошо проработанные зоны окисления имеют обычно зональное строение, наиболее четко выраженное на месторождениях с рудами сложного минерального и элементного состава. Так в процессе формирования зоны окисления за счет полиметаллических (Cu-Pb-Zn) руд происходит перераспределение элементов по вертикали. В идеальном варианте в разрезе зоны окисления таких месторождений формируются следующие подзоны, сложенные характерными минералами и имеющие соответствующий геохимический профиль. Верхняя часть рудных тел, когда-то вышедших в условия дневной поверхности, сложена полностью окисленными и выщелоченными образованиями, представляющими «железную шляпу», состоящую из гидроксидов и оксидов железа с примесью глинистых минералов, кремнезема и др. Как правило, они пусты относительно рудных элементов. Далее вниз по разрезу располагается горизонт сульфатов (ярозит) и богатых окисленных руд карбонатного состава с церусситом, малахитом и азуритом, который на глубине часто сменяется горизонтом богатых оксидных руд, сложенных в основном оксидом меди (купритом) и самородной медью с примесью церуссита. Далее, ниже уровня грунтовых вод располагается горизонт, называемый подзоной вторичного сульфидного обогащения, основными компонентами которого являются гипергенные сульфиды меди – халькозин и меньше ковеллин часто с реликтами первичных сульфидов, в том числе свинца и цинка.

Т




Рис. Самородок меди с наросшими на нем кристаллами куприта из окисленных руд (горизонт вторичного медного обогащения, Рубцовское месторождение. Фото автора



Рис. Реликты халькозина зоны вторичного сульфидного обогащения (черное) в типичных окисленных медно-свинцовых рудах (забой шахты, Рубцовское месторождение. Фото автора
аким образом, в гипергенном разрезе полиметаллических сульфидных месторождений происходит переход сверху вниз от «железной шляпы», сложенной в большей мере оксидами и гидроксидами железа практически при полном отсутствии минералов Cu, Pb, Zn к карбонатным рудам Pb-Cu состава и далее к рудам существенно Cu состава, сложенных вторичными сульфидами и самородной медью, которые на глубине уже за пределами зоны гипергенеза сменяются неизмененными первичными сульфидными Cu-Pb-Zn состава (рис.).

Установлено, что появление в окисленных рудах в заметных количествах медного силиката – хризоколлы, отмечается лишь при окислении скарновых медных руд. Считается, что источником кремнезема, необходимого для образования хризоколлы, становятся в процессе выветривания присутствующие в первичных сульфидных рудах гранаты.

О


Рис. Идеализированный разрез зоны окисления одного из рудноалтайских колчеданно-полиметаллических месторождений
кисленные руды характеризуются зернистыми, порошковатыми, колломорфными структурами, сплошными, вкрапленными, натечными, прожилковыми, друзовыми текстурами. Почти всегда окисленные руды по содержанию свинца и меди относятся к богатым. Причем в хорошо проработанных зонах окисления




Рис. Основные районы расположения месторождений медных руд и их балансовые запасы в России.

содержание как свинца, так и меди может в разы превышать их содержание с первичных сульфидных рудах. Если учесть, что окисленные медно-свинцовые руды перерабатываются часто без обогащения, то они становятся весьма привлекательными для металлургической промышленности. Однако ограниченность месторождений с неотработанными ещё зонами окисления с одной стороны, локальность проявления зон окисления, а следовательно, небольшие запасы окисленных руд с другой, переводят их в категорию второстепенных промышленных.



Никель, кобальт

Никель и кобальт также как и рассмотренные ранее свинец и цинк являются элементами геохимически тесно связанными. Подобно меди никель и кобальт являются элементами бимагматическими. Их промышленные концентрации образуются в связи с основным магматизмом в виде месторождений магматических ликвационных медно-никелевых руд, а также в связи с кислым магматизмом в виде типичных жильных гидротермальных месторождений так называемой пятиэлементной (Co-Ni-Ag-Bi-U c As) формации. Как попутные ценные компоненты Co и меньше Ni известны для некоторых скарново-магнетитовых руд и в месторождениях медистых песчаников. Экзогенные силикатные в основном никелевые руды представляют собой коры выветривания латеритного типа по ультраосновным породам.

Богатыми считаются сульфидные руды с содержанием Ni более 1 %, Co более 0,5 %, бедными с содержанием Ni 0,1 %, Co 0,02 %. Для силикатных руд эти значения несколько выше, для никеля богатые руды с содержанием 2%, а бедные 1-1,3 %. В качестве вредных примесей для руд сульфидного типа считаются Pb, Zn, As, для силикатных – Cu, Cr и P.

Минералогия руд никеля и кобальта довольно сложная. При большом числе (около 40) минералов никеля и (около 30) кобальта промышленными являются не все из них.

Промышленные минералы кобальта и никеля удобно представить в виде таблицы, группируя минералы по классам соединений, без учета их значимости.

Таблица. Минералы Ni и Co



Промышленные минералы никеля

(Ni)


Промышленные минералы кобальта (Co)

Сульфиды

Пентландит

Ni4Fe4(Co,Ni,Fe,Ag)S8





Миллерит

NiS




Никелистый пирит

(Ni-пирит)

(Fe,Ni)[S2]


Кобальтистый пирит

(Co-пирит)

(Fe,Co)[S2]


Полидимит

Линнеит

Сульфоарсениды

Герсдорфит

Кобальтин

Арсениды

Никелин



Хлоантит

Ni3+4[As4]43



Шмальтин

Co3+4[As4]43






Раммельсбергит

Ni[As2]2



Саффлорит

Co[As2]2,



Скуттерудит

(Co,Ni)3+4[As4]43



Силикаты

Гарниерит

Ni4[Si4O10](OH)4·4H2O





Ревденскит

(Ni,Mg)6[Si4O10](OH)8





Оксиды



Асболан (Co-псиломелан)

Арсенаты (непромышленные)

Аннабергит

Эритрин



Среди промышленных минералов основное значение имеют сульфиды, затем сульфоарсениды и арсениды, в меньшей мере силикаты и совсем немного оксиды. Кислородные соли в виде арсенатов Ni и Co имеют лишь поисковое значение.

С


Рис. Богатые медно-никелевые магматические ликвационные сульфидные руды сплошной текстуры
ульфидные руды относятся к комплексным медно-никелевым магматическим ликвационного типа, связанные с комплексом ультраосновных-основных пород (руды норильского типа). Эти руды описаны при рассмотрении минералогии руд меди. Основным промышленным носителем никеля и отчасти кобальта на собственно магматической стадии кристаллизации в этих рудах является пентландит, находящийся в тесной генетической связи с пирротином, халькопиритом и кубанитом. Благодаря большей доле в составе руд пирротина и пентландита визуально они имеют часто бронзово-желтый цвет. Остальные из вышеприведенного списка сульфиды кобальта и никеля образуются несколько позднее и связаны с наложением на магматические руды гидротермальной стадии. В этих рудах не исключается присутствие и сульфоарсенидов и арсенидов никеля и кобальта, образование которых также связывают с проявлением гидротермальной стадии, однако эти минералы не представляют особой промышленной значимости и являются на подобных объектах в лучшем случае второстепенными рудными.

Как уже отмечалось для магматических руд характерны сплошные текстуры в случае кристаллизации хорошо дифференцированных продуктов. В случае малоглубинного положения рудной камеры и не полностью завершившейся ликвации магмы образуются руды вкрапленной текстуры. По суммарному содержанию металлов руды сплошной текстуры относятся к богатым. Руды отличаются широким набором попутных ценных компонентов, основную ценность среди которых представляют платиноиды.

Кобальтсодержащий пирит и в меньшей степени никельсодержащий пирит являются второстепенными рудными минералами, носителями и концентраторами кобальта и никеля, представляющими уже не основные промышленные элементы, а лишь попутные ценные компоненты на некоторых железорудных (магнетитовых) месторождениях скарнового типа. В этом случае кобальтоносный пирит находится в парагенезисе с магнетитом, иногда халькопиритом и, конечно же, с типичными скарновыми минералами диопсидом, гранатами гроссуляр-андрадитового (грандитового) ряда, эпидотом, кальцитом. В меньшей мере на этих объектах кобальт связан с проявлением сульфоарсенида (кобальтина). Образование кобальтсодержащего пирита происходит на гидротермальной стадии скарнового процесса. Для руд этого генезиса более характерны вкрапленные текстуры.

Основным происхождением арсенидных и сульфоарсенидных руд кобальта и никеля является гидротермальное жильное в связи с кислым магматизмом. Руды этого типа относятся к так называемой пятиэлементной формации – Co-Ni-Ag-Bi-U c As (за счет основного участия в составе руд сульфоарсенидов и арсенидов). Руды относятся к комплексным. Однако долевое участие всех компонентов обычно не равноценное. Чаще всего проявляются лишь фрагменты этой формации и в частности руды Co-Ni состава. Особенностью гидротермальных руд этой формации является то, что нерудным жильным выполнением является не кварц, как это бывает на большинстве гидротермальных жильных месторождений, а карбонаты, представленные кальцитом, доломитом или анкеритом. В околорудных породах при этом активно проявляется гематитизация. Промышленная значимость месторождений этого типа и запасы таких руд не столь заметны, как ликвационных магматических, однако как генетический тип они достаточно узнаваемые и интересные.

Определенная, но не столь существенная, доля запасов никеля и отчасти кобальта связана с экзогенными месторождениями, в которых рудные минералы представлены совершенно другими классами соединений, а именно силикатами никеля, и буквально на единичных объектах кобальтоносным псиломеланом – асболаном. Образование этих промышленных минералов Ni и Co связаны с процессами выветривания. Наиболее характерны такие экзогенные руды для никеля. Содержание Ni в силикатных никелевых рудах может достигать 10 %. Обычно колеблется от десятых долей процента до 4-5 %. Никеленосные коры выветривания формируются при глубоком химическом выветривании ультраосновных пород в условиях тропического (влажного жаркого) климата. Источником никеля для образования слоистых силикатов никеля, гарниерита и ревденскита, является оливин и лишь отчасти пироксены и серпентин, в которых никель присутствует в небольшом количестве в качестве изоморфной примеси. При этом сами эндогенный оливин и пироксены абсолютно не представляют какого-либо промышленного интереса и не рассматриваются в качестве источников никеля. В парагенезисе с ревденскитом и гарниеритом находятся другие слоистые силикаты, такие как монтмориллонит и нонтронит из группы глинистых минералов, карбонаты Mg (аморфные магнезит и доломит с характерными агрегатами типа цветной капусты), гидроксиды Fe (гетит и гидрогетит), Mn и Co (асболан). С такими объектами связаны проявления ювелирных хризопраза (разновидность халцедона, окрашенная в голубовато-зеленый цвет примесью соединений Ni) и хризопала. Обычно гарниерит и ревденскит тяготеют к низам гипергенного разреза. Руды обычно рыхлые порошковатые зеленоватого цвета за счет участия в составе минералов никеля.

К перспективным источникам кобальта и никеля можно отнести гигантские области распространения глубоководных железомарганцевых конкреций и кобальтоносных корок дна мирового океана. При содержании никеля 0,6-1 %, кобальта 0,1-0,4 % ресурсы металлов в этих образованиях грандиозны и измеряются миллиардами тонн.






Рис. Промышленно важные районы месторождений руд никеля и кобальта



В качестве поискового признака присутствия на глубине, арсенидной или сульфоарсенидной, а иногда и сульфидной минерализации выступают экзогенные продукты их окисления, представленные арсенаты никеля и кобальта, окрашенные в достаточно яркие цвета. Это ярко-розовый арсенат Co – эритрин и голубовато-зеленоватый арсенат Ni – аннабергит.

Достарыңызбен бөлісу:




©www.dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет