Лекция 8

Промышленные типы металлических, неметаллических и горючих полезных ископаемых

8.1. Вещественный состав полезных ископаемых

8.2. Промышленные типы металлических, неметаллических и горючих полезных ископаемых

8.1. Вещественный состав полезных ископаемых

Под вещественным составом принято называть минеральный и химический состав ПИ и некоторые их физические свойства. Знание физических свойств сырья важно для неметаллических ПИ: асбеста, например, учитывать прочность и длину волокна, для слюды – электроизоляционные свойства, прозрачность кристаллов, мрамора – электросопротивление, для глин – огнеупорность, для угля – коксующая способность и т. д.

Поскольку вещественный состав металлических и неметаллических ПИ различный, для них применяется своя терминология. Полезные металлы, составляющие ценность металлических ПИ, образуют рудные минералы (магнетит и гематит в железной руде, галенит и сфалерит в свинцово-цинковой руде и т. д.). Ценные компоненты неметаллических и горючих ПИ могут быть представлены веществами твердыми, жидкими и газами. Термин «руда» для таких ПИ не принят; их именуют по названию самого вещества.

Минеральные массы, слагающие МПИ, как правило, неоднородны по составу. Кроме минералов, содержащих ценные металлы или являющихся неметаллическими ПИ, присутствуют сопровождающие минералы – спутники, не имеющие практического применения. Это минералы в постмагматических месторождениях, имеющих часто форму жил, называются жильными, а в металлических месторождениях остальных генетических типов – нерудными.

Термин «пустая порода» служит для обозначения не имеющего цены материала в неметаллических и горючих ПИ. Например, прослои сланцев и песчаников в угольных пластах являются пустой породой.

Сопутствующие или жильные минералы, не используемые горнорудной промышленностью, а также и прослои пустой породы должны быть удалены из ПИ в процессе обогащения.

Помимо основных промышленных элементов, в рудах имеются вредные примеси. Например: в железных рудах к ним относятся сера, фосфор и мышьяк. Сера обуславливает ломкость металла в горячем состоянии. Мышьяк сообщает стали хладноломкость и красноломкость, а также плохую свариваемость. Содержание указанных элементов в руде не должно превышать 0,1%, в противном случае качество руды снижается. Для выплавки высококачественных чугунов содержание мышьяка в рудах недопустимо.

К числу нежелательных примесей в железных рудах относятся цинк и свинец. Их возгоны, образующиеся в доменных печах , разрушают кладку печей. Поэтому содержание этих компонентов в руде должно не превышать 0,2%.

Но, с другой, стороны, в железных рудах присутствует ряд ценных примесей. Полезной примесью является марганец, который улучшает свойства чугуна и стали,

84

увеличивая их твердость и вязкость, и парализует вредное влияние серы. Полезными примесями в железных рудах являются ванадий, никель, кобальт, медь, титан и хром.

8.2. Промышленные типы металлических, неметаллических и горючих полезных ископаемых Металлические полезные ископаемых Железо

Содержание железа в земной коре – 4,2%.

Из железных руд выплавляется чугун (содержание С 2,5-4.0%), сталь (С 1,7-0,2%), железо (С 0,2-0,04%). Для получения качественных (легированных) сталей обыкновенные стали переплавляются с добавлением марганца, хрома, ванадия, кобальта, молибдена, вольфрама и др., которые придают сталям вязкость, твердость, антикоррозийность и другие ценные свойства.

По вещественному составу различаются следующие типы руд:

-магнетитовые (главный рудный минерал магнетит Fe3O4);

-титано-магнетитовыне ( магнетит, ильменит FeTiO3);

-мартитовые и гематитовые (гематит Fe2O3, в мартитовых рудах образующий псевмоморфозы по магнетиту);

- бурые железняки – гидрогетитовые (лимонитовые) и гидрогематитовые руды, иногда с ценными примесями никеля, хрома и кобальта;

- сидеритовые руды (сидерит – FeCO3).

Железисто-хлоритовые – лептохлоритовые руды, имеющие подчиненное значение, но достаточно широкое распространение.

Вредными примесями являются фосфор, сера и мышьяк.

Главная масса запасов железных руд сосредоточена в метаморфогенных месторождениях;

крупное промышленное значение имеют осадочные месторождения.

Среди магматических и скарновых известны лишь отдельные важные объекты.

Магматические месторождения разделяются на два подтипа: титано-магнетитовые и апатито-магнетитовые.

Титано-магнетитовые месторождения обычно связаны с основными и ультраосновными породами. В РФ известны крупные месторождения на Урале (Кусинское и особенно Качканарское). Апатито-магнетитовае месторождения не характерны для РФ.

Скарновые месторождения чаще образуются на контактах умеренно кислых гранитойдов с карбонатными породами. Руды сложены в основном магнетитом и мартитом. В РФ эти месторождения представлены на Урале (Благодать, Высокая, Магнитная), в Горной Шории (Тейское,Тельбесское). Крупные месторождения расположены в Северном Казахстане (Соколовское, Сарбайское и Качканарское.).

.Гидротермальные месторождения представлены в РФ Байкальским сидеритовыи и бурожелезняковым месторождением на Южном Урале.

85

Тип месторождений латеритного выветривания представляют кору выветривания ультаосновных пород и слагаются бурожелезняковыми рудами с примесью хрома и никеля и кобальта. В РФ известно Халиловское месторождение на Южном Урале и Малкинское на Кавказе.

Осадочные месторождения являются являются крупными и промышленными месторождениями, известными как в РФ, так и за рубежом. Чаще всего представлены мощными пластовыми залежами, сложенными бурожелезняковыми и сидерито-шамозитовыми рудами. Выделяются Керченское (третичное) и Аятское в Кустанайской области (меловое).

Метаморфогенные месторождения – наиболее крупные по запасам и имеют большое значение. Большинство исследователей относят их к первичноосадочным, впоследствии метаморфизированным. Руды этих месторождений представлены двумя основными типами: бедными железистыми кварцитами и богатыми рудами. В РФ – это Курская магнитная аномалия, на Украине – Кривой Рог.

Схематические геологические разрезы наиболее представительных месторождений руд железа представлены на рис. 7.1-7.4.

Рис.8. 1. Схематический геологический разрез Коршуновского месторождения железистых руд:

1 — массивные магнетитовые руды; 2 — вкрапленные магнетитовые руды; 3 — скарны слабо оруденелые; 4 — дайки траппов; 5 — туфогемные породы Р-Т (пермо-триаса); 6 — осадочные породы О (ордовика) и Сm3 (верхнего кембрия)

86

Рис.8. 2. Схема геологического строения Камьш-Бурушжой мульды Керчинского железорудного месторождения;

1 — пески четвертичные; 2— песчанистые глины, пески; 3 — бурые железняки; 4 — ракушечники глинистые; 5 — известняки, глины; 6 глины трепеловидные; 7 —глины зеленовато-серые; 8 —глины слоистые с прослоями мергелей

Рис.8 3. Геологоструктурная схема месторождений Кривого Рога (по Я;-Н. Белевцеву):

1 — аркозы; 2 — филлиты; 3 —тальковые сланцы; 4 — сланцы железорудной формации; 5 — железистые горизонты; 6 — роговиково-песчанистый горизонт; 7 — кварцево-серицитовые сланцы; 8 — углисто-графитовые сланцы; 9.— слюдисто-биотитовые сланцы;	протерозой
10 — гранаты; 11 — амфиболиты:	архей
12 — линии тектонических нарушений; 13 — линии стратиграфических несогласий

87

Рис.8. 4. Карта района Курской магнитной аномалии:

1 — площади оруденения; 2 — граница железорудного бассейна

Марганец

Кларк марганца в земной коре составляет около 0,1%.

Благодаря свойству марганца придавать стали вязкость, ковкость и твердость, он широко применяется в металлургии. Часть марганца и его солей используется в химической промышленности, а также в других отраслях.

Марганец содержат в значительном количестве более 150 минералов, но промышленное значение имеют лишь следующие:

окислы – пиролюзит, браунит , гаусманит; гидроокислы – вернадит, манганит, псиломелан; карбонаты – родохрозит, мангано-кальцит, олигонит.

Различают три генетических типа промышленных значений марганцевых руд.

Остаточные месторождения коры выветривания. Таковы месторождения Ганы, Индии и Бразилии. В РФ в Сибири (Мазульскле) и Урала (Полуночное).

Осадочные месторождения. К ним относят крупнейшие – в Грузии (Чиатурское и в Украине (Никопольское), в РФ (Западная Сибирь – Усинское).

3 .Метаморфированные месторождения. Это осадочные месторождения, измененные под влиянием тектонических воздействий или регионального метаморфизма. Наиболее крупные находятся в Казахстане (Джездинское и Караджальское).

88

Титан

Кларк титана – 0,61%. Он обладает высокой температурой плавления (17250), высоким электрическим и термическим сопротивлением, пониженной плотностью (4,5) и высокими механическими свойствами. Применяется в самолето- и ракетостроении, в ядерных реакторах, приборостроении и т.д.

Исходным сырьем сжит рутил или искусственная окись титана, получаемая из ильменита и др. минералов. Для титана выделяют четыре генетических типов промышленных месторождений.

Магматические (позднемагматические). Это руды титано-магнетитовые (Кочканарское и Кусинское на Урале); ильменитовые скопления или ильменит-магнетитовых руд (США, Канада); месторождения перовскит-титано-магнетитовых руд на Кольском полуострове и в Норвегии.

Остаточные месторождения коры выветривания основных и щелочных пород. Стремигоское месторождение (Украина).

Осадочные месторождения: ископаемые россыпи (Среднее Приднепровское и Тобольское); современные прибрежно-морские россыпи и дюны.

Метамофизированные месторождения на Урале (Кузнечихинское), на Кольском полуострове.

Хром

Кларк хрома – 0,037%.В металлургии добавка феррохрома к сталям придает им вязкость, повышает твердость и антикоррозийность.Он дает ценные сплавы с никелем, кобальтом, и алюминием. Среди хромосодержащих минералов промышленное значение имеют исключительно хромшпинелиды, химимический состав которых определяется следующими наиболее важными окислами – FeO, MgO, Cr2O3, Al2O3.

Промышленные месторождения хромита имеют магматический генезис (постмагматический – основной).

Самым крупным месторождением в РФ является Кемперсайское на Южном Урале.

Никель

Кларк никеля – 0,02%. Элемент концентрируется главным образом в основных и ультраосновных породах. Однако, известны месторождения, связанные и с кислыми магмами.

Он применяется для производства сплавов с медью, цинком и др. для производства выплавки никелевых и хромникелевых специальных сталей, обладающих повышенной вязкостью и упрогостью и антикоррозионными свойствами.

Главными промышленными типами месторождений являются магматические ликвационные и коры выветривания.

Основные месторождения никеля – Норильское (рис. 7.5.), силикатно-никелевые месторождения Южного Урала и Казахстана (рис. 7.6.).

89

Рис. 8.5. Упрощенный разрез габбро-диабазовой интрузии Норильского месторождения: 1—эффузивная толща; 2 — лабрадоровые порфириты и диабазы; 3 — габбро, габбро-диориты и габбро-диабазы; 4 — габбро-диабазы оливиновые и оливино-диоритовые; 5 — габбро-диабазы рудоносные (пикритовые, такситовые, контактовые); 6 — песчаники и сланцы верхней части Тунгусской свиты; 7 — песчаники и сланцы нижней части угленосной Тунгусской свиты; 8 — вкрапленные руды; 9 — сплошные руды

Рис. 8.6. Схематический геологический разрез Аккермановского месторождения никелевых

силикатных руд: 1 — глинисто-ох

ристые руды; 2 — порошковатые охристые руды; 3 — кремнистые породы; 4 — выщелоченные серпентиниты; 5 — нонтронитизированные серпентиниты; 6 — сетчатые серпентиниты; 7 — слабо измененные магнезитоносные серпентиниты; 8 — плотные серпентиниты; 9 — тектонические трещины

Кобальт

Кларк кобальта – 0,004%.

Он идет на производство специальных сортов стали и сплавов.- стеллитов, дорогих синих красок, и т.д. Радиоактивные изотопы применяются в медицине.

Из минералов кобальта наибольшее значение имеют линнеит, кобальтин, сферокобальтин, кобальтосодержащий пирит, шмальтин и др. Генетические типы

месторождений – гидротермальные средне- и низкотемпературные.

Одно из крупнейших месторождений кобальта Ховахсинское (Тува) – рис. 7.7

90

Рис. 8.7. Геологический разрез участка Ховахсинского месторождения:

1 — туфоконгломераты и эффузивы Д1; 2 — алевролитовый горизонт; 3 — скарновый горизонт; 4 — скарново-алевролитовый горизонт; 5 — песчаниковый горизонт; 6 — эффузивы и туфы С; 7 — граниты; 8 — диабазовые дайки; 9 — сбросы; 10 — рудные тела.

91

Вольфрам и молибден

Кларк вольфрама – 0,007%, молибдена – 0,001%

Применяются в основном в металлургии для получения специальных сортов стали, обладающей твердость и упрогостью и свойствами самозакалки. Идет на изготовление сверхтвердых сплавов (победит и др.) и безжелезистых сплавов с хромом, кобальтом и др. металлами (стеллиты).

Промышленными вольфрамсодержащими минералами являются вольфрамит, гюбертит и шеелит. Глвным минералом молибдена является молебденит.

Выделяют следующие генетические и промышленные типы и формации вольфрамовых и молибденовых руд.

Скарновые местородждения (Тырны-Ауз на Кавказе-рис.7.8 и Лянгарское в Средней Азии).

Рис. 8.8. Схематический разрез месторождения Тырны-Ауз (по Н. А. Хрущеву):

1 — мраморы Д3 — С1; 2 —биотитовые роговики; 3 — амфиболовые роговики; 4 — лейкократовые гранит-порфиры; 5 — рудные скарны; 6 — эльджуртинский порфировидный гранит; 7 — кварц-арсенопиритовые жилы

92

Гидротермальные (высоко- и среднетемпературные) из которых можно выделить Джидинское месторождение в Забайкалье (рис. 8.9).

Рис 7.9. Схематический геологический разрез Джидишского месторождения (Mo, W) (но Н. П. Кушнареву):

1 - метаморфические породы Сm1; 2 — роговики; 3 — кварцевые диориты (каледонские); 4 — гранит-порфиры (киммерийские); 5 — бостониты; 6-аплит-порфиры; 7 — керсантиты; 8 — кварцевовольфрамовые жилы; 9 — контур молибденового штокверка; 10 — контур вольфрамового штокверка

Медь

Среднее содержание меди в земной коре составляет 0,01%.

Главным потребителем меди является электропромышленность. Значительные количества ее используются в машиностроении, приборостроении, в химической промышленности, для приготовления красок, для чеканки монет и др.

Медь употребляется в чистом виде и в cсплавах. Известны такие сплавы меди: бронза (с оловом), алюминиевая бронза (с алюминием), латунь .и томпак (с цинком), мельхиор (с никелем), нейзильбер (с никелем и цинком),свинцовая бронза (со свинцом).

Главными промышленными минералами меди являются самородная медь; из сульфидов халькопирит CuFeS2, халькозин Cu2S, ковеллин CuS, борнит CusFeS-4, блеклые руды Cu3(As, Sb)S3, энаргит Cu3AsS4, карбонаты меди — малахит Си2(ОН)2С03 и азурит Си3(ОН)2(О03)2, а также куприт Cu20, тенорит СиО, хризоколла nСuОmSi02рН2О.

Среди месторождений медных руд выделяем четыре генетических типа, имеющих основное промышленное значение.

1 Магматические. Это крупные месторождения медно-никелевых руд, залегающие в основных (габбро и нориты) и реже ультраосновных породах. Главные рудные минералы — пирротин, магнетит, халькопирит и пентландит. Из руд извлекаются никель, кобальт, медь и платиноиды. Относятся к классу ликвационных.

93

2.Скарновые. Образуются на контактах гранитоидов естняками и другими породами. Рудные тела различной формы, чаще небольшие. Руды сплошные и вкрапленные, сложенные пирротином, халькопиритом, магнетитом и др.

Распространены довольно широко, но крупные месторождения меди среди них редки.

3. Гидротермальные (средне- и низкотемпературные). Главный промышленный тип месторождений меди. Учитывая различные геологические условия залегания месторождений и разнообразие вещественного состава их выделяют три главных подтипа:

1) Прожилково-вкрапленные. Генетически связаны с умеренно кислыми гранитоидами. Оруденение наиболее часто локализуется в штоках малых интрузивов, а иногда и в породах кровли. Рудные тела очень крупные, но руды бедные. Лучшие по качеству руды слагают зоны вторичного сульфидного обогащения и окисления. Первичные рудные минералы пирит, халькопирит, блеклая руда, нередко молибденит. Из вторичных главное значение имеет халькозин. Занимают первое место в мире по запасам меди.

Коунрадское месторождение находится в Казахстане.

Район месторождения сложен песчаниками и сланцами нижнего силура и кислыми эффузивами.

Основным промышленным компонентом руд является медь, но, кроме нее, извлекаются цинк, золото, серебро, сера и некоторые редкие и рассеянные элементы.

Сибаевское месторождмние (Си) расположено на Южном Урале на территории Башкирской респулике.

В геологическом строении района месторождения принимают участие вулканогенные и осадочные толщи возраста Д1 — С1 смятые в складки. Среди осадочно-вулканогенной толщи местами наблюдаются небольшие выходы диоритов.

B лежачем боку рудных залежей Восточного и Нового Сибая располагаются кварцевые альбитофиры, а в висячем — диабазы и спилиты. Оруденению подверглись туфобрекчии и известняки среднего девона.

Рудные тела имеют форму мощных штокообразных или линзообразных залежей, круто падающих к востоку. Вблизи рудных тел вмещающие породы подверглись хлоритизации, серицитизации и окварцеванию; они частично рассланцованы и содержат вкрапленность пирита.

Первичные сульфидные руды, залегающие на глубине 18—25 м, имеют брекчиевидные, колломорфные, друзовые и крустификационные текстуры.

Джезказганское месторождение находится в Центральном Казахстане. Оруденение распространено на площади около 100 км2.

Рудные тела приурочены к песчано-сланцевой толще карбона (Джезказганская свита), имеющей мощность 900 м. Ей подчинены семь горизонтов, включающих 16 рудных пластов общей мощностью свыше 200 м.

Породы Джезказганской свиты и подстилающие ее известково-глинистые отложения нижнего карбона, песчаники и конгломераты девона смяты в крупную синклинальную складку, осложненную брахиантиклиналями, разбитыми сбросами.

Оруденение сосредоточено в пластах серых песчаников и конгломератов, преимущественно в сводовых частях брахиантиклиналей, в то время как красные песчаники и конгломераты с железисто-глинистым цементом остались безрудными (рис. 8.10).

94

Рис. 7.10. Схематический разрез р-на Джезказганского месторождения медистых песчаников:

1 — пестроцветная толща P1; 2 — красноцветная толща P1; 3 — Джезказганская свита С; 4 — Визейские отложения С1; 5 — Турнейские отложения С1; 6 — Пластовые залежи руд; 7 —зоны тектонических нарушений

Рудные тела представлены двумя типами:

1.Пастообразные залежи и линзы медистых песчаников, вытянутые по напластованию пород. Размер их по простиранию достигает 1,5 - 2 км, по падению — 800 м, мощность от 1,5 — 4м до 18 м.

2.Так называемые «жилы с брекчией», представляюющие минерализованные сбросы, зоны дробления и смятия.

Состав первичных руд: борнит, халькозин и халькопирит; второстепенные — пирит, блеклая руда, сфалерит, галенит. Нерудные — кварц, кальцит, барит, серицит. Содержание меди от 1 до 3%.