Тантал и ниобий

Тантал и ниобий — одни из самых устойчивых к коррозии жаропрочных металлов, нашедших применение в электрохимии, радиоэлектронике, металлургии, атомной энергетике, авиации, космонавтике и медицине. Спрос на них непрерывно растет, о чем, например, свидетельствуют цифры мирового производства тантала (без социалистических стран): 1957 г. — не более 100 т, 1970—1972 — 1000 т, 2000 г. (оценка Горного Бюро США) — 2000 т.

Близость химических свойств ниобия и тантала обусловливают их тесную связь во всех природных процессах минералообразования, но в силу более широкого распространения в земной коре ниобия его концентрации в месторождениях обычно на порядок выше, чем у тантала. Месторождения тантала и ниобия принято разделять (табл. 40) на собственно танталовые (Ta/Nb — отношение в рудах равно 3:1—1:4), тантало-ниобиевые (1:5—1:20) и собственно ниобиевые (менее 1:20). Как следует из табл. 40, основная часть мировых запасов ниобия сосредоточена в месторождениях, связанных со щелочными интрузивными формациями. В настоящее время мировая добыча ниобия (16—20 тыс. т в год) приходится в основном на карбонатиты и возникающие за их счет коры выветривания и россыпи, лопаритовые нефелиновые сиениты и метасоматиты, связанные с миаскитами. Именно эти месторождения являются не только самыми крупными по своим масштабам, но и характеризуются наиболее высокими концентрациями металла в рудах (табл. 41), на порядок превышающими его содержания в месторождениях гранитовых формаций (табл. 42). Поскольку месторождения ниобия, связанные со щелочными формациями, комплексны и являются прежде всего разрабатываемыми месторождениями железа, апатита и др., критерии их прогнозирования рассмотрены в далее.

Основу сырьевой базы тантала за рубежом составляют собственно танталовые месторождения (пегматиты, их коры выветривания и связанные с ними россыпи). В бывш. СССР на танталовые руды приходится сравнительно немного учтенных запасов металла, но основная добыча осуществляется именно из этих руд. В связи с увеличением спроса на тантал, встает задача освоения крупных тантало-ниобиевых месторождений. Однако в ближайшие 10—15 лет не утратят своего значения и собственно танталовые месторождения.

Типы танталовых месторождений гранитовых формаций и их характеристика приведены в табл. 42, которая суммирует материалы ряда исследователей.

Редкометалъные пегматиты. Крупные и богатые месторождения тантала в пегматитах известны в пегматитовых провинциях, обладающих литиевой геохимической специализацией. Поскольку содержание минералов лития в пегматитах в десятки и даже сотни раз превосходит содержание танталитов. то по наличию литиевой специализации пегматитоносной территории можно уверенно прогнозировать месторождения тантала пегматитового типа. Самыми богатыми месторождениями являются сподумен-микроклин-альбитовые пегматиты с разнообразными танталатами, поллуцитом и лепидолитом. Содержание Ta2O5 в них составляет 0,015—0,03%, а в центральных частях жил до 0,2%. Отношение Ta/Nb выше единицы, нередко равно 2—3. Запасы тантала достигают 1—5 тыс. т.

Самыми крупными, по одновременно наиболее бедными из числа пегматитовых типов, являются альбит-сподуменовые пегматиты. Содержание Ta2O5 редко превышает 0.01%, отношение Ta/Nb около 1, часто опускается до 0,5—0,8, запасы достигают 10 тыс. т Ta2O5.

Альбитовые пегматиты со сподуменом — это мелкие, иногда довольно богатые месторождения тантала и бериллия. Отношение Ta/Nb колеблется в пределах от 1 до 2.

Месторождения сподумен-микроклин-альбитовых пегматитов, расположенные на древних платформах, значительно богаче и на порядок крупнее месторождений того же типа в фанерозойских складчатых областях. Месторождения альбит-сподуменовых пегматитов древних платформ в несколько раз крупнее месторождений фанерозойских складчатых областей, но не богаче по содержанию тантала. Из мировых запасов тантала, приходящихся на пегматитовые месторождения, 74% заключено в докембрийских пегматитах, 20% — в палеозойских и около 6% — в мезозойских. Причем в бывш. СССР основная масса запасов приходится на раннепротерозойскую (2500—1800 млн. лет), раннерифейскую (1600—900 млн. лет) и герцинскую (400—222 млн. лет) эпохи. При прочих равных условиях в амфиболсодержащих вмещающих породах пегматиты богаче танталом по сравнению с любыми другими породами.

Перспективными на выявление месторождений тантала являются районы, в которых пегматиты связаны с самой поздней субщелочной лейкогранитовой формацией. Они группируются в узкие пояса значительной протяженности (до нескольких сотен километров при ширине до 10—12 км). Пояса структурно приурочены к грабенам на платформах и срединных массивах, к региональным разломам центральных частей миогеосинклинально-складчатых зон.

Нередко пегматитовые пояса сопровождаются контрастными линейными геофизическими (особенно магнитными) аномалиями. В пределах поясов отдельные пегматитовые поля приурочены к поперечным разломам, к местам перегиба линейных тектонических зон, к участкам, где они огибают или рассекают плутоны гранитоидов. Продуктивные пегматитовые поля сопровождаются шлиховыми ореолами касситерита, тантало-ниобатов, турмалина, граната, сподумена, шеелита и геохимическими — Li, Cs, Rb, Nb, Sn, Ta.

Танталоносные граниты. К настоящему времени месторождения этой формации выявлены в пределах Средиземноморского пояса и в активизированных областях Центральной Азии (Алжир, Франция, Испания, АРЕ, МНР, Восточная Сибирь). В пределах бывш. СССР их обнаружение возможно также в Средней Азии, на востоке Казахстана, в Горном Алтае и не исключено на Кавказе и на юге Украины.

Из четырех парагенетических типов танталоносных гранитов (см. табл. 42) месторождения криофилдит-амазонит-альбитовых и мусковит-микроклин-альбитовых гранитов обнаружены только на древних платформах или докембрийских срединных массивах. Остальные два типа известны в фанерозойских складчатых областях. При этом месторождения на древних платформах и срединных массивах в несколько раз крупнее и значительно богаче по содержанию тантала по сравнению с однотипными месторождениями в складчатых областях фанерозоя. Образование большинства месторождений связано с киммерийской металлогенической эпохой, в единичных случаях с герцинской и каледонской эпохами.

Провинции, перспективные на рассматриваемые типы собственно танталовых месторождений, обладают следующим признаками: это области с преобладанием восходящих движений; наблюдается широкое развитые нормальных, кислых и ультракислых гранитоидов; осадочные породы представлены преимущественно песчаниками, алевролитами, сланцами или их метаморфическими аналогами: металлогеническую специализацию определяют золото, олово, вольфрам: обязательно присутствие месторождений коренного или россыпного касситерита кварц-касситеритовой формации.

Территории перспективны на месторождения описываемых типов, если непосредственно предшествующие танталоносным гранитам интрузивные комплексы лейкогранитов и аляскитов сопровождаются промышленными или близкими к ним месторождениями вольфрама, молибдена, олова, висмута. бериллия грейзенового типа (а также сульфидно-касситеритового) при весьма слабом проявлении пегматитов, в том числе хрусталеносных. Вольфрамиты грейзеновых месторождений в танталоносных районах обогащены танталом и ниобием.

В перспективных районах малые интрузии танталоносных гранитов приурочены к линейным зонам, которые фиксируются сериями пред- и послерудных порфировых и порфиритовых даек, вытянутыми полями эффузивов, «стыками» разновозрастных тектонических блоков. Однако линейность зон в данном случае выражена слабее, чем для поясов редкометальных пегматитов, в связи с чем геофизические методы приобретают особо важное значение для их прослеживания. В пределах выявленных зон малые интрузивы танталоносных гранитов приурочены к местам пересечения или огибания такими зонами крупных массивов ранних гранитоидов, к местам виргации и изгибов зон, участкам флексур в осадочных толщах. Потенциально продуктивные тела танталоносных альбитовых гранитов сопровождаются шлиховыми ореолами касситерита, колумбита, топаза, сульфидов, флюорита и геохимическими ореолами Li, Rb, Be, F, Sn, Pb, Zn. Повышенные радиометрические аномалии не наблюдаются.

Тантало-ниобиеносные граниты. Выделены две формации: колумбитоносные аляскиты и щелочные пирохлор- и колумбитоносные граниты. Иногда массивы обеих формаций совмещаются в единых узлах (Нигерия). В других случаях вторая формация проявляется автономно (Сибирь). Месторождения и рудопроявления рассматриваемых типов зафиксированы как в складчатых областях фанерозоя, так и на докембрийских щитах и срединных массивах. Возраст месторождений от верхнего протерозоя до мезозоя, но наиболее крупные месторождения относятся к докембрию.

Провинции, перспективные на рассматриваемые тины тантало-ниобиевых месторождений, обладают следующими признаками: это консолидированные структуры, для которых характерны устойчивые восходящие движения; наблюдается изобилие древних гранитоидов и гранито-гнейсов; проявлена серия молодых гранитоидов повышенной щелочности; характерно присутствие среди последних лейкогранитов и аляскитов, образующих изометричные массивы диаметром 10—50 км часто с кольцевым строением (колумбитоносные аляскиты); линейные и кольцевые рудоносные зоны отмечаются дайковыми полями, «стыками» разнородных блоков, смятием, дроблением пород и др.

На перспективных территориях месторождения колумбитоносных аляскитов приурочиваются к слабо эродированным аляскитовым массивам, в аник а ли которых проявлены грейзеновые и альбититизированные фации. Среднее содержание ниобия в гранитах не менее чем 70, а в биотитах — 400—900 г/т (против соответственно менее 40 и 200—400 в заведомо безрудных). Характерны шлиховые ореолы колумбита, касситерита, циркона, монацита, топаза, вольфрамита, флюорита.

Месторождения типа щелочных гранитов и приразломных метасоматитов приурочиваются к тем участкам упоминавшихся линейных зон, которые характеризуются присутствием альбитовых щелочных гранитов, повышенными аномалиями тория, четкими шлиховыми ореолами минералов Th, Nb,. Ta, F, Li, Be, Zr, TR. Такие участки тяготеют к узлам пересечения главных поясов с линейными зонами иных простираний (последние нередко трассируются интрузивами базитов), к виргациям линейных поясов, к местам рассечения или огибания более ранних гранитоидных плутонов. По данным Г.С. Мухитдинова, А.А. Ганзеева и H.А. Нечаевой, указанием на потенциальную рудоносность интрузивов щелочногранитового состава могут считаться содержания, превышающие, в г/т: Li 45, Rb 100, Nb 100, Zr 600, TR 400. Для отнесения массивов к числу потенциально рудоносных необходимо, чтобы эти значения превышали указанный минимум по меньшей мере для таких элементов, как Rb, Nb, Zr. В качестве дополнительных критериев оценки рудоносности могут использоваться отношения Nb/Ta, Zr/Hf, составляющие соответственно 10—12 и 25—40, высокое отношение суммы редких земель к скандию — более 250, а также отношения редкоземельных элементов, характеризующихся сдвигом составов в сторону иттриевых земель.