05.04.2021

Черные металлы


В советской геологической литературе к черным металлам принято относить железо, хром, марганец, титан и ванадий. Некоторые исследователи в эту группу включают кобальт и никель, как металлы, находящиеся в одном (четвертом) ряду периодической системы Д.И. Менделеева. Черные металлы характеризуются близкими относительными атомными массами и поэтому довольно легко образуют твердые растворы — сплавы. Обычно в литературе под черными металлами понимаются железо и его сплавы. За рубежом этому термину соответствует понятие ferrous metals.

Условия возникновения промышленных залежей черных металлов чрезвычайно разнообразны. Иx месторождения известны среди осадочных, магматических и метаморфических формаций, что определяет существенные различия прогнозных критериев.

Промышленные месторождения железа. Характеризуются наибольшим разнообразием вмещающих их формаций. На территории бывш. СССР эксплуатируются месторождения девяти различных железорудных формаций, среди которых наиболее продуктивными являются формации железистых кварцитов, их кор выветривания, магнетитовых скарнов и титаномагнетитовая.

Анализ современного состояния железорудной базы бывш. СССР и перспектив ее развития дает основания полагать, что в обозримом будущем эти формации сохранят свое главенствующее положение. Сосредоточенная в европейской части бывш. СССР металлургическая промышленность будет иметь своей основной базой месторождения Курской магнитной аномалии (KMA) и Кривого Рога. Правда, в связи с истощением развитых здесь на небольших глубинах богатых гематит-мартитовых руд формации кор выветривания будут все шире вовлекаться в эксплуатацию относительно бедные (25—35% Fe) железистые (преимущественно магнетитовые) кварциты докембрия.

Богатые железослюдково-мартитовые («синька») и гидрогематит-мартитовые («краска») руды формаций коры выветривания известны на глубинах более 500 м на юге KMA в ее Белгородском районе (Яковлевское, Беденихинское, Мелехово-Шебекинское и другие месторождения). Здесь сосредоточено около 5 млрд. т высококачественных руд с содержанием железа более 60%. Пространственно эти руды совмещены с бокситами и глиноземистыми железняками. Ввод в строй проектируемых мощных шахт с годовой добычей 5 млн. т и более может значительно улучшить структуру железорудной базы.

Дальнейшие исследования по выявлению богатых железных руд формации коры выветривания как на КМА, так и в других регионах бывш. СССР в определенной мере тормозятся весьма слабой теоретической разработкой вопросов их прогнозирования. Большинство исследователей выдвигают основным поисковым признаком этих руд наличие железистых кварцитов, т. е. материнских пород формации. Соглашаясь с важностью этого критерия, следует иметь в виду, что сам факт возникновения богатых гематит-мартитовых руд обусловлен развитием в районе процессов более позднего окисления железа и выщелачивания кварца. Эти два процесса, очевидно, связаны с гинергенными преобразованиями руд, т. е. с развитием коры выветривания па поверхности дислоцированного фундамента. Возраст этой коры выветривания до сих пор неясен и определяется различными авторами как протерозойский, раннепалеозойский, девон-раннекаменноугольный и даже (для Кривого Рога) частично мезозойский.

Лишь за последние годы получены более или менее достоверные корректные доказательства формирования богатых железных руд, образующих карманы либо линейные зоны глубиной до 2 км, главным образом в период проявившейся на Русской платформе девон-раннекаменноугольной эпохи корообразования. Отсутствие эпох интенсивного латеритообразования на востоке бывш. СССР является обоснованием бесперспективности поисков там богатых железных руд этого типа. И наоборот, определенные перспективы обнаружения формации железоносных кор выветривания сохраняются для обрамления Урала и Казахской складчатой страны. Поиски подобных месторождений на глубинах в сотни метров под покровом каменноугольных и более молодых образований затруднены практическим отсутствием геофизических (магнитных и гравиметрических) критериев. Для подобных месторождений основными поисковыми признаками могут явиться еще слабо разработанные формационный, палеогеологический и палеогеографический факторы.

Острый дефицит железных руд на Урале, покрываемый сейчас частично поставками железа с месторождений КМА, в дальнейшем может быть ликвидирован путем обнаружения прогнозируемых здесь месторождений магнетитовой скарновой и титаномагнетитовой формаций, а также дополнительным вводом в эксплуатацию месторождений Тургайского прогиба (Качарского, Адаевского и др.).

Научно-техническая революция, совершающаяся в горном деле, позволяет уже сейчас широко ставить вопросы о поисках, разведке и эксплуатации месторождений на глубинах порядка 1—2 км. В связи с этим важной научной проблемой является вопрос выяснения природы ряда эксплуатируемых месторождений: не являются ли некоторые из них (Соколовское, Качарское) первично стратиформными залежами, распространяющимися на большие площади и уходящие на значительные глубины. Если такое мнение окажется справедливым, то можно ожидать существенный прирост железных руд на Урале.

Проектируемые в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке в районе Байкало-Амурской магистрали металлургические комплексы пока что не обеспечены надежной высококачественной сырьевой базой. Наиболее реальным на сегодняшний день является прогноз на обнаружение достаточно крупных месторождений легкообогатимых магпетитовых кварцитов на Алданском щите (Чаро-Токкинский район Якутии, Карарский район Читинской области и др.).

Заглядывая в далекое будущее, за 2000-й год, можно допустить, что добыча железа как в бывш. СССР, так и в других высокоразвитых странах стабилизируется на определенном уровне, не слишком превышающем современный. Железо в большинстве отраслей производства постепенно будет замещаться более прогрессивными металлами — алюминием, титаном и др. Подобной точки зрения придерживаются многие американские эксперты, высказывающие мнение о том, что, например, в американской промышленности начиная с 2000 г. предполагается планомерное сокращение выплавки железа. Если это так, то представляется маловероятным использование промышленностью даже в далекой перспективе бедных и труднообогатимых силикатных (шамозитовых) руд, широко развитых в мезозойских и кайнозойских отложениях юга Западной Сибири, в Северном Typrae и Западном Приаралье. Эти районы могут быть полностью обеспечены относительно более качественными бурожелезняковыми (существенно гидрогётитовыми) рудами Лисаковского, Прииртышского и североприаральских месторождений с запасами в десятки миллиардов тонн.

Промышленные эксплуатируемые месторождения хромита. В бывш. СССР известны только на Урале, где они входят в состав дунит-гарцбургитовой формации. Достаточно уверенный прогноз на эту наиболее продуктивную хромитоносную формацию дается автором раздела «Хром» в районах Урала, Камчатки, Южной Тувы и Алтае-Саянской области. Критерии прогнозирования именно этой формации детально рассмотрены в разделе. Ho следует иметь в виду, что в мировой добыче хромитовой руды определенное место принадлежит месторождениям других, пока не известных в бывш. СССР хромитоносных формаций. Ниже приведено их краткое описание.

1. Формация тальковых и серпентинитовых сланцев, развитых в джеспилитовых толщах докембрия. В частности, например, в Сьерра-Леоне (Западная Африка) в горах Камбюи эксплуатируемые хромитовые месторождения представлены выдержанными пластами хромитовых руд с содержанием 44—45% Cr2O3. Пласты приурочены к интенсивно выветрелым серпентинитовым сланцам нижнеархейской серии Камбюи. Вместе с хромитами здесь же встречаются жилы асбеста и никеленосные нонтрониты. В бывш. СССР формации железистых кварцитов часто содержат тальковые сланцы (КМА) либо массивы ультраосновных пород (Чара-Токкинский район и др.), но специальных поисковых работ на хромитовые руды здесь не проводилось.

2. Формация расслоенных интрузий основных и ультраосновных пород. Примером этой формации может служить расслоенный комплекс анортозитов. габбро, горнблендитов, пироксенитов и серпентинитов мощностью около 2 км, известный на севере Финляндии среди архейских гнейсо-гранитов и кристаллических сланцев. Запасы эксплуатируемых здесь месторождений составляют около 30 млн. т хромитовых руд с содержанием 24% Cr2O3. Эта зона, огибая центральный кристаллический массив Финляндии, уходит на территорию Карело-Кольского региона, где среди аналогичных формаций не исключено обнаружение хромитовых руд.

Кроме того, определенный интерес могут иметь месторождения кор выветривания, представляющие собой скопления обломков хромита среди лимонитовой массы. Подобные месторождения известны на Кубе, Филиппинах, в Новой Каледонии, а в бывш. СССР в Чарской зоне Восточного Казахстана .

Промышленные месторождения марганца. Богатые пиролюзитовые и псиломелановые руды в бывш. СССР сосредоточены главным образом в песчано-глинистой марганценосной формации. К ней приурочены два гигантских марганцеворудных бассейна олигоценового возраста — Никопольский на Украине (83% запасов) и Чиатурский в Грузии (6,5% запасов). Кроме того, промышленным типом марганцевых руд, эксплуатируемых на месторождениях Атасуйского района в Центральном Казахстане, являются пластовые залежи браунит-гаусманитового состава в кремнисто-карбонатной марганценосной формации верхнего девона.

Иными словами, практически все промышленные запасы марганца приурочены к южным районам европейской части бывш. СССР, Кавказу и частично Казахстану. Поскольку наша металлургическая промышленность — основной потребитель марганца — сосредоточена главным образом в европейской части бывш. СССР и на Урале, с существующим положением можно было как-то мириться, но четко определившаяся за последние годы тенденция дальнейшего развития металлургии на востоке страны требует создания там собственной марганцеворудной базы.

В связи с этим в разделе «Марганец» обращено особое внимание на рассмотрение критериев прогнозирования тех марганценосных формаций, которые могут быть обнаружены в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке в районе проектируемых металлургических предприятий.

Сложность решения этой проблемы состоит в том, что, как показывает анализ геологического развития восточных районов, здесь отсутствует возможность прогнозирования и соответственно обнаружения марганцевых месторождений среди песчано-глинистых формаций, аналогичных украинским и грузинским. В Сибири и на Дальнем Востоке мы можем рассчитывать на обнаружение принципиально иных формационных типов марганценосных образований (карбонатной и кремнистой групп), заведомо содержащих более бедные главным образом карбонатные и в лучшем случае гаусманит-браунитовые руды.

В связи с отсутствием в регионах достаточно мощных эпох порообразования трудно ожидать здесь обнаружение и богатых окисленных руд формации марганценосной коры выветривания, с которой связаны крупнейшие марганцевые месторождения за рубежом.

Учитывая близкое начало эксплуатации природных ресурсов Мирового океана, в том же разделе приведены сведения о принципиально новом типе марганцеворудных накоплений — современной формации океанических железо-марганцевых конкреций. Поля марганцовистых конкреций в Тихом океане в перспективе могут представить интерес для проектируемых металлургических комбинатов Дальнего Востока.

Промышленные эксплуатируемые месторождения титана. Известны среди как россыпных, так и магматических и метаморфических формаций. Получаемый промышленностью титан извлекается преимущественно из минералов его двуокиси — ильменита, рутила и лейкоксена. Богатые концентраты последних, содержащие до 85—95% полезных компонентов, получаются путем простых механических методов обогащения (дробления, флотации. рассева). Эта особенность технологического процесса требует поисков, с одной стороны, россыпей, тяжелая фракция которых состояла бы преимущественно из минералов двуокиси титана, и, с другой — магматических и метаморфических месторождений, содержащих титан в форме достаточно крупных зерен ильменита и рутила.

Советская титановая промышленность в настоящее время базируется на россыпных месторождениях, как наиболее экономичных. За рубежом, кроме того, титан извлекают из ильменитовых концентратов, получаемых при переработке ильменит-титаномагнетитовых руд.

Проблема расширения сырьевой базы титана в бывш. СССР осложняется тем, что прогноз титаноносных россыпей на востоке страны, где сосредоточены наши потенциальные энергетические ресурсы, очень ограниченный и мы можем рассчитывать на обнаружение там только магматических и метаморфических достаточно крупных и богатых месторождений. В связи с этим в разделе «Титан» особое внимание обращено на характеристику критериев прогнозной оценки магматических и метаморфических месторождений.

О комплексном использовании руд черных металлов. «Основы законодательства Союза CCP и союзных республик о недрах», принятые III сессией Верховного Совета СССР 9 июля 1975 г., ставят перед геологами ответственную задачу максимально полной утилизации добываемых руд. В связи с этим специального рассмотрения заслуживает вопрос об использовании руд черных металлов, как комплексного сырья. Месторождения железа, хрома, марганца и титана иногда содержат экономически выгодные для извлечения количества ванадия, никеля, кобальта, редких элементов, а в ряде случаев золота, платины и других металлов. Кроме того, промпродукты, получаемые на разных стадиях извлечения рудных компонентов, часто представляют собой ценные полезные ископаемые.

С формацией железистых кварцитов связаны промышленные концентрации золота. Так, например, на железорудном месторождении Пассагем в Бразилии уже добыто около 50 т золота. Золоторудные тела здесь залегают в основании итабиритовой (джеспилитовой) формации докембрия. На Западно-Австралийском щите известны продуктивные на золото месторождения железистых кварцитов. В Африке из формации железистых кварцитов на месторождениях Люпа-Голдфилд и Гонко-Сонго добыто более 13 т золота,

В составе формации железистых кварцитов известны серпентинитовые, тальковые, тремолитовые сланцы с промышленными содержаниями никеля. В частности, в районе KMA в тальк-серпентинитовых и тремолитовых сланцах михайловской серии докембрия на севере Яковлевской синклинали содержание никеля достигает 0,6%. Промышленные содержания никеля выявлены также во вмещающих породах на железорудных месторождениях Заимандровской группы (Кольский полуостров).

Имеются указания на присутствие в отдельных разностях железистых кварцитов на месторождении Нимба (Западная Африка) кобальта и марганца. На так называемых «силикатных железистых кварцитах» часто развивается кора выветривания, в составе которой кроме железа большую роль играют свободные гидраты глинозема. Образуются высокоглииоземистые железные руды, содержащие более 45% Fe и до 37% Al2O3 (обычно 10—15%) с кремниевым модулем (Al2О3/SiО2) более 2,1. Эти породы, запасы которых, например, на KMA оцениваются 0,5 млрд. т, могут явиться комплексной рудой на железо и алюминий.

Магнетитовая скарновая формация часто содержит руды, обогащенные сульфидами меди, кобальтоносным пиритом и другими полезными компонентам. В частности, с 1976 г. на Соколовско-Сарбайском горно-обогатительном комбинате начато попутное получение кобальт-пиритного концентрата.

Титаномагнотитовая формация, заключающая в себе крупные месторождения ильменит-магнетитовых руд, с начала зарождения нашей титановой промышленности являлась основным поставщиком титановых руд — ильменитовых концентратов, получаемых при обогащении магнетитов.

Месторождения других железорудных формаций также, как правило, содержат примеси различных полезных компонентов, что существенно повышает их промышленное значение. В некоторых формациях, например апатит-перовскит-магнетитовой, обычно тесно связанной с карбонатитами, железо иногда выступает в качестве второстепенного по значению металла. Основная же ценность месторождений заключена в рудах редких элементов. Часто отмечается приуроченность бора, фтора и германия к железным рудам. Большое практическое значение имеет германий в гидрогематит-мартитовых рудах формации коры выветривания на железистых кварцитах (в «краске»), где его среднее содержание иногда составляет 6 г/т. Особенно высокие содержания (до 27 г/т) отмечаются в железных рудах кремнисто-гематитовой формации, являющейся наиболее промышленно ценной по германию. В бывш. СССР, как известно, к этой формации относятся железные руды Атасуйской зоны Центрального Казахстана, ряд сибирских месторождений и др.

Марганценосные формации часто содержат ряд полезных ископаемых, имеющих либо самостоятельное значение, либо пригодных для попутной отработки. Правда, руды наших основных марганцевых бассейнов — Никопольского и Чиатурского — практически «стерильны» от полезных примесей и используются только для выплавки марганца, но другие месторождения, связанные с карбонатными и кремнистыми марганценосными формациями, характеризуются присутствием значительных количеств свинца, цинка (Ушкатын, Жайрем в Центральном Казахстане), На Дальнем Востоке в Удско-Шантарском районе и на Малом Хингане развиты комплексные железо-марганцевые руды. При оценке марганцеворудных залежей среди эффузивно-кремнистой и эффузивно-карбонатной формаций следует иметь в виду возможное присутствие в них значительных количеств вольфрама. Так, например, на место рождении Голконда (штат Невада, США) в марганцевых рудах содержится 1—7% WO3. Тот же тип руд известен в хребтах Тянь-Шаня.

Комплексная разработка месторождений в ряде случаев представляет собой единственный источник получения некоторых металлов, в том числе относящихся к группе черных. Так, например, ванадий практически не образует собственных месторождений, в связи с чем критерии прогнозной оценки его не рассматриваются в настоящем разделе. Ванадий за рубежом добывается из ванадий-урановых руд, из зон полиметаллических месторождений, фосфоритов, ванадиеносных глин зоны аргиллизации, из золы нефтей и других источников. В России пока что на ванадий промышленно освоены титаномагнетитовые руды Урала — Кусинское ильменит-магнетитовое месторождение, Гусевогорское титаномагнетитовое месторождение и др. Высокие содержания V2O5 известны в фосфоритовых рудах Каратау, в титаномагнетитовых песках на берегах Курильских островов; V2O5 содержится в золе некоторых нефтей Волго-Уральской провинции. Кроме того, потенциальными источниками ванадия являются некоторые буро-железняковые руды (например, Лисаковские, Керчинские), некоторые углисто-кремнистые сланцы, бокситы, железо-марганцевые океанические конкреции, зола каменных углей, россыпи ильменита, алуниты, магнетитовые скарны и другие полезные ископаемые.

Прогрессивный рост промышленного производства, последовательно осуществляемый в бывш. СССР, требует постоянного наращивания запасов минеральных ресурсов, и в первую очередь черных металлов, которые наряду с горючими полезными ископаемыми являются основой тяжелой индустрии. В связи с этим пятилетним планом Министерства геологии бывш. СССР на 1976—1980 гг. предусматривается увеличение по сравнению с девятой пятилеткой объемов геологоразведочных работ на черные металлы на 41,6%. Ho большинству черных металлов на десятую пятилетку предполагается значительно увеличить добычу и довести ее по товарной железной руде до 300, хромитовой до 4,2 и марганцевой до 12,4 млн. т, что соответственно на 26; 24 и 50% превысит уровень, достигнутый в 1975 г. При этом основное внимание будет обращено на выявление и разведку новых месторождений в восточных районах страны, где планируется создание металлургических комплексов бывш. СССР.





Яндекс.Метрика