3.4. Содержание редких металлов в апатитонефелиновых рудах Хибинского горного массива
Руды Хибинского месторождения являются многокомпонентным сырьем, представленным устойчивой ассоциацией минералов - апатита, нефелина, сфена, титаномагнетита, эгирина и др. (Федоров и др., 2003). Известно, что показатели разрушения (выветривания и т.д.) горных пород и минералов в значительной степени зависят не только от их химического, но и минералогического состава пород, характерного для примесей и самого фосфатного вещества.
Минералогический состав апатитонефелиновой руды можно представить следующим образом: апатит Ca10[PO4]6(F,OH)2 (98%), нефелин КNa3(AlSiO4)4 (1.4%), титаномагнетит Fe(Fe3+,Ti)2O4 (1.0-1.5%), сфен CaTi[SiO4](O,ОН,F)(1.7%), полевой шпат (5-6%), эгирин NaFe[Si2O6] (~1.20%), лампрофиллит {Na3Ti[Ti2(Si2O7)2]O2F} (~0.15%) и примеси других минералов (Калинников и др., 1999, Федоров и др., 2003). Здесь же указан химический состав апатитонефелиновых руд, химический и минералогический состав минеральных концентратов, получаемых ОАО "Апатит" (макрокомпоненты). В справочнике (Волкова, Померанцев, 1970) приведено распределение типоморфных редких и рассеянных элементов в основных минеральных составляющих руд Кольского полуострова (табл.3.10).
Таблица 3.10
Содержание микропримесей в основных минеральных составляющих апатитонефелиновых руд Кольского п-ова (Волкова, Померанцева, 1970)
Минерал |
Микропримесь |
Диапазон содержаний, % |
Нефелин |
TiO2 Al2O3 Ba, Sr, Rb, Li, Ce Be, Mn Ga, Cu, Ni, Sn, Zr |
0.01-0.1; 0.45 30.37-33.81 средние линии средние линии слабые линии |
Сфен |
(Nb, Ta)2O5 TiO2 ZrO2 Al2O3 Th2O3 MnO SrO V, Ba Y, Zr Cu, Sn, Co, P, Be, Pb |
0.27-1.05 36.65-39.12 0.11-0.80 0.38-3.26 0.37-0.72 0.03-0.1 0.15-3.62 средние линии слабые следы |
Титаномагнетит |
V2O5 TiO2 Al2O3 MnO Sr Zn, Sr, Co Cu, Co, Ni, Ba, Be, Zr |
- - - - средние линии слабые линии следы |
Апатит |
Al2O3 Th2O3 SrO MnO BaO TiO2 Zn, Sr, Co V, Cu, Co, Ni, Ba, Be, Zr Ti, Ag, Mo, Zr, Nb, Ta, Be |
0.04-0.63 0.74-2.94 2.02-14.33 следы - 0.03 0.02-0.04; 0.24 следы - 0. 01 слабые линии следы |
Лампрофиллит |
TiO2 Al2O3 ThO2 MnO SrO BaO Zr, Be, Nb, Li, V, Ni Cu |
28.15-29.07 0.05-0.42 0.05-0.07 1.05-1.51 7.22-7.99 9.23-12.18 слабые линии следы |
Окончание таблицы 3.10
Минерал |
Микропримесь |
Диапазон содержаний, % |
Полевой шпат |
TiO2 Al2O3 Sr, Ba Cu, Sn Ga, Rb, Y Ag, Be, Mn Zr |
0.01-0.12 0.13-0.97 сильные линии средние слабые следы |
Эгирин |
TiO2 Al2O3 MnO V2O5 BaO Sr, V Zr, Pb Be, Cu, Zn, Ga, Ce, Nb, P, Co, Ni, Mo, Ge, Cr |
0.31-3.50 0.10-2.54 0.13-0.79 0.04-0.21 0.07 средние линии cлабые линии следы |
ПРИМЕЧАНИЕ. Прочерк - нет данных.
Последовательность высвобождения редких элементов при выветривании (Mitchel, 1955).
Минерал |
Порядок высвобождения элементов |
Апатит |
РЗЭ, Rb, Cr |
Титанит |
РЗЭ, V, Sr |
Магнетит |
Zn, Co, Ni, Cr, V |
Кольский апатит - нетрадиционное сырье для получения редкоземельных металлов (Маслобоев, Лебедев, 1991). Нефелин является "наиболее пер спективным новым источником рубидия, цезия" (Локшин, Воскобойников, 1996). Сфен и титаномагнетит - ценный комплексный сырьевой источник титана (Федоров и др., 2003).
Содержания редких и рассеянных элементов были определены в усредненных образцах апатитонефелиновой руды, поступившей на обогащение в 2004 г. из различных рудников ОАО "Апатит", и в складируемых отходах апатитового производства - хвостах обогащения апатитового концентрата. Результаты анализа представлены в табл.3.11, 3.12. Всего в руде обнаружено более 60 элементов, включая основные. Различия в содержании типоморфных редких элементов (Be, Li, Ba, Rb, Y, Ce, Pr, Nd, Sm, V, Тi) в рудах, добываемых на 6 рудниках ОАО "Апатит" в настоящее время, характеризуют диаграммы на рис.3.16, 3.17. Наибольшая концентрация ванадия характерна для руды рудника "Центральный", титана свойственна руде рудника "Юкспорр". Редких щелочных (Li, Rb) элементов больше в руде рудника "Центральный", бария в руде рудника "Юкспорр", редкоземельных элементов - в руде рудника им.Кирова*. Алюминия больше всего в руде, добываемой на руднике "Восточный" (Коашва), а кадмия - в руде рудника "Центральный".
Таблица 3.11
Содержание редких и рассеянных элементов в апатитонефелиновой руде
и "хвостах" обoгащения, %
Эле-мент |
Хвосты обога-щения |
Рудники |
||||
"Юкпорр" |
"Расвум-чоррский" |
"Централь-ный" |
"Восточ-ный" (Коашва) |
"Восточ-ный" (Ньорк-пахк) |
||
MgO |
0.147 |
- |
0.305 |
1.36 |
0.63 |
0.70 |
SrO |
0.175 |
- |
1.41 |
0.373 |
0.229 |
0.70 |
Al2O3 |
28.23 |
12.94 |
17.45 |
16.93 |
30.47 |
18.66 |
Rb2O |
0.0060 |
0.0050 |
0.0020 |
0.0040 |
0.0040 |
0.0030 |
Li2O |
0.0004 |
0.0003 |
0.0010 |
0.0020 |
0.0020 |
0.0020 |
BeO |
0.0016 |
0.00028 |
0.00082 |
0.0035 |
0.00079 |
0.0010 |
BaO |
0.128 |
- |
0.117 |
0.030 |
0.034 |
0.131 |
Pr2O3 |
0.017 |
0.048 |
0.039 |
0.011 |
0.013 |
0.023 |
CeO2 |
0.050 |
0.238 |
0.186 |
0.15 |
0.035 |
0.139 |
Nd2O3 |
0.021 |
0.106 |
0.075 |
0.039 |
0.022 |
0.055 |
Gd2O3 |
0.228 |
0.029 |
0.020 |
0.014 |
0.010 |
0.014 |
Sm2O3 |
0.007 |
0.019 |
0.015 |
0.011 |
0.005 |
- |
Y2O3 |
0.030 |
0.065 |
0.051 |
0.035 |
0.024 |
0.010 |
V2O5 |
0.039 |
0.030 |
0.030 |
0.055 |
0.029 |
0.038 |
TiO2 |
1.623 |
6.21 |
0.630 |
2.04 |
1.47 |
1.28 |
MnO |
0.197 |
0.148 |
0.182 |
0.430 |
0.129 |
0.194 |
CdO |
0.0000051 |
0.000008 |
0.0000091 |
0.000011 |
0.000008 |
0.00001 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Прочерк - отсутствие данных.
Таблица 3.12
Содержание элементов в апатитонефелиновой руде и водах р.Б.Белая
и оз.Имандра
Эле-мент |
Апатитовая руда |
Природная вода, мкг/л |
||
стандартный обра-зец СТ-СЭВ 5750-86 (С, %) |
рудник "Кировский" (С, % (n = 2)) |
р.Б.Белая (n = 4) мин.-макс. средн. |
оз.Имандра |
|
Li |
- |
0.00021 |
0.39-5.1 1.9 |
- |
Be |
- |
0.000051 |
0.03-0.36 0.13 |
<ПО |
Na |
4.50 |
1.12 |
8980-50720 22946 |
- |
Mg |
0.55 |
0.12 |
487-1326 853 |
- |
Al |
7.30 |
5.93 |
566-6950 2618 |
10.8 |
Si |
12.85 |
- |
1503-7398 3419 |
- |
K |
3.01 |
0.46 |
2597-14610 6838 |
- |
Продолжение таблицы 3.12
Эле-мент |
Апатитовая руда |
Природная вода, мкг/л |
||
стандартный обра-зец СТ-СЭВ 5750-86 (С, %) |
рудник "Кировский" (С, % (n = 2)) |
р.Б.Белая (n = 4) мин.-макс. средн. |
оз.Имандра |
|
Ca |
14.86 |
6.40 |
4853-26704 12682 |
- |
Sc |
0.00024 |
0.00006 |
1.2-6.6 3.6 |
- |
Ti |
1.61 |
2.60 |
8.7-235.5 77.9 |
<ПО |
V |
- |
0.014 |
1.98-8.7 4.95 |
<ПО |
Cr |
9-36 19.7 |
0.011 |
2.3-8.3 4.0 |
0.276 |
Mn |
0.124 |
0.021 |
15.6-96.3 49.7 |
- |
Fe |
4.32 |
0.54 |
418-2624 1072 |
- |
Co |
0.00123 |
0.0002 |
0.2-2.3 1.3 |
0.103 |
Ni |
- |
0.003 |
3.0-4.9 3.7 |
- |
Cu |
- |
0.0008 |
3.4-19.5 8.8 |
3.52 |
Zn |
- |
0.002 |
9.6-57.0 26.5 |
- |
Ga |
- |
0.0077 |
0.18-1.59 0.65 |
0.021 |
Ge |
- |
0.00013 |
0.05-0.38 0.17 |
- |
As |
- |
0.003 |
3.59-9.66 5.48 |
<ПО |
Se |
- |
0.0003 |
0.28-1.42 0.75 |
- |
Rb |
0.0123 |
0.0015 |
5.9-35.9 16.0 |
4.19 |
Sr |
0.91 |
1.71 |
108-626 261 |
66.7 |
Y |
0.017 |
0.044 |
0.4-10.83 3.82 |
0.019 |
Zr |
- |
0.0069 |
0.43-9.6 4.3 |
<ПО |
Nb |
- |
0.0082 |
0.13-2.13 1.14 |
0.019 |
Mo |
- |
0.000091 |
3.3-66.3 21.3 |
1.32 |
Ru |
- |
0.000007 |
0.01-0.1 0.04 |
- |
Продолжение таблицы 3.12
Эле-мент |
Апатитовая руда |
Природная вода, мкг/л |
||
стандартный обра-зец СТ-СЭВ 5750-86 (С, %) |
рудник "Кировский" (С, % (n = 2)) |
р.Б.Белая (n = 4) мин.-макс. средн. |
оз.Имандра |
|
Rh |
- |
0.000027 |
0.01-0.04 0.02 |
- |
Pd |
- |
0.000038 |
0.02-0.09 0.058 |
- |
Ag |
- |
0.000033 |
0.04-0.11 0.07 |
- |
Cd |
- |
0.000006 |
0.05-0.24 0.14 |
0.047 |
Sn |
- |
0.000093 |
0.03-0.2 0.10 |
<ПО |
Sb |
- |
0.000029 |
0.2-3.0 1.5 |
- |
Te |
- |
0.000007 |
0.06-0.08 0.07 |
- |
Cs |
- |
0.0028 |
1.36-2.17 1.8 |
- |
Ba |
0.043 |
0.019 |
11-105 39 |
2.49 |
La |
0.088 |
>0.05 |
18-43 29 |
0.037 |
Ce |
0.13 |
0.26 |
2-87 30 |
0.056 |
Pr |
0.015 |
0.050 |
0.33-10.7 3.6 |
0.011 |
Nd |
0.047 |
0.18 |
1.06-36.9 12.2 |
0.040 |
Sm |
0.0072 |
0.019 |
0.13-4.9 1.7 |
<ПО |
Eu |
0.0022 |
0.0012 |
0.05-1.3 0.4 |
1.3 |
Gd |
0.012 |
0.0042 |
0.19-4.6 1.6 |
- |
Tb |
0.00087 |
0.00040 |
0.02-0.51 0.18 |
- |
Dy |
0.0035 |
0.0018 |
0.07-2.42 0.83 |
- |
Ho |
0.00059 |
0.00028 |
0.02-0.46 0.16 |
- |
Er |
0.0018 |
0.00061 |
0.05-1.07 0.37 |
- |
Tm |
0.00044 |
0.000064 |
0.01-0.09 0.03 |
- |
Yb |
0.00067 |
0.0010 |
0.02-0.59 0.21 |
|
Окончание таблицы 3.12
Эле-мент |
Апатитовая руда |
Природная вода, мкг/л |
||
стандартный обра-зец СТ-СЭВ 5750-86 (С, %) |
рудник "Кировский" (С, % (n = 2)) |
р.Б.Белая (n = 4) мин.-макс. средн. |
оз.Имандра |
|
Lu |
|
0.000042 |
0.01-0.10 0.035 |
- |
Hf |
- |
0.00030 |
0.01-0.12 0.05 |
- |
Ta |
0.0014 |
0.00073 |
0.01-0.12 0.04 |
- |
W |
- |
0.000081 |
1.39-2.99 1.97 |
- |
Re |
|
0.000001 |
0.01-0.12 0.05 |
- |
Hg |
|
0.000010 |
0.02-0.06 0.05 |
0.002 |
Pb |
|
0.00011 |
1.03-6.61 3.06 |
0.062 |
Bi |
|
0.000004 |
0.02-0.05 0.03 |
- |
Th |
0.0017 |
0.0004 |
0.04-2.13 0.65 |
- |
U |
0.00081 |
0.000054 |
0.36-8.3 2.7 |
0.022 |
ПРИМЕЧАНИЕ. ПО - порог определения, прочерк - нет данных.
Рис.3.16. Содержание редких элементов в апатитонефелиновой руде различных рудников:
1 -"Кировский"; 2 - "Юкспорр"; 3 - "Расвумчоррский"; 4 - "Центральный"; 5 - "Восточный" (Коашва); 6 - "Восточный" (Ньоркпахк)
Восточный Ньоркпахк
Восточный Ньоркпахк
Рис.3.17. Содержание приоритетных элементов-загрязнителей Al, Cd в руде добываемой на различных рудниках
Aпатитонефелиновая руда является сложным комплексным источником редких и рассеянных элементов, которые могут поступать в окружающую среду при добыче руды, при транспортировке ее и продуктов обогащения, а также при складировании горнопромышленных отходов.
В таблице 3.12 приведены показатели концентрации редких и рассеянных элементов в стандартном образце апатитовой руды, в руде рудника "Кировский" и воде р.Б.Белая, полученные методом ICP-MS. Видно, что все типоморфные редкие элементы Хибинского горнорудного массива обнаружены в воде р.Белая. Для сопоставления приведены значения концентраций этих элементов в воде оз.Имандра (Моисеенко и др., 1996), куда впадает р.Белая. Валовое содержание редких элементов в воде р.Белая, по сравнению с водой оз.Имандра, выше: Al, Rb, Sr в 5-10 раз; Ba, Ga в 40-80; Nd в 900; Pr, Ce в 1000; La > 800 раз.
Химический состав апатитонефелиновых руд (табл.3.12) и результаты анализа воды подтверждает тот факт, что Хибинский район является редкометалльной геохимической провинцией и водосбор поверхностных водоемов характеризуется повышенным содержанием редких и рассеянных элементов. Вследствие некоторых химико-аналитических ограничений в дальнейшем миграция редких и рассеянных элементов в районе добычи апатитонефелиновых руд рассмотрена главным образом на примере типоморфных для данного района исследований редких щелочных элементов (Rb, Li, Cs), редких щелочноземельных (Be, Ba, Ga), редкоземельных элементов (La, Ce, Nd, Y, Yb), редких элементов группы титана (V, Ti).