Промышленные типы месторождений титана
Промышленные типы месторождений титана
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТИТАНА
МОСКВА, 2001
Открытый в 1791 г. английским
химиком Уильямом Грегором титан лишь в ХХ в. нашел широкое применение как
металл, обладающий уникальными свойствами. Температура его плавления (1725 °С) выше, чем у железа и никеля, а
плотность – почти вдвое меньше. Титан отличается высокой прочностью и
коррозионной стойкостью.
Титановые сплавы применяются как конструктивный
металл в космической технике, авиационной, автомобильной, судостроительной,
энергомашиностроительной, гидролизной, пищевой, медицинской отраслях
промышленности, железнодорожном транспорте и отрасли цветной металлургии, где
они надежно и длительно эксплуатируются во многих агрессивных средах в
диапазоне температур от сверхнизких до +500-600 °С и выше. Главнейшее значение
имеют титанованадиевые сплавы, отличающиеся высокой прочностью, ковкостью и
свариваемостью; карбид титана применяется для изготовления сверхтвердых сплавов,
двуокись титана – для производства стойких титановых белил, пластмасс и в
целлюлозно-бумажной отрасли промышленности.
Общие запасы двуокиси титана в 20
зарубежных странах оцениваются в 420 млн. т. (3/4 – ильменита, 1/4 – рутила).
Около 90% этих запасов сосредоточено на Украине, в Бразилии, ЮАР, Австралии,
Индии, Китае, Норвегии и Канаде. Производство титановых концентратов в
зарубежных странах составляет 5,2 млн. т. (в том числе 88% ильменитового и 12%
рутилового концентратов). Основные производители титанового концентрата –
Австралия, ЮАР, Канада и Норвегия. В Австралии, США, Индии и Японии производят
синтетический рутил из ильменита. Производство металлического титана налажено в
России, США, Великобритании и Японии. Цены на ильменитовый концентрат
составляют 80-90, а на рутиловый – 600-650 дол/т.
Уникальные коренные месторождения
обладают запасами более 50 млн. т., крупные – от 30 до 50, средние – от 10 до
30, мелкие – менее 10 млн. т. двуокиси титана. Для россыпных месторождений
порядок цифр вдвое меньше. Промышленными месторождениями считаются те, которые
содержат в рудах более 10% TiO2 в коренных месторождениях и
более 10% ильменита или 1,5% рутила – в россыпях. Вредные примеси в
металлургическом сырье – сера и фосфор, для производства белил – хром.
МИНЕРАЛОГИЯ ТИТАНА
В настоящее время известно около 70
минералов титана. Во многие из них титан входит в качестве примеси.
Промышленное извлечение титана в основном производится из ильменита – FeTiO3 (31,6%) и рутила – TiO2 (60%). В ильмените и рутиле
присутствуют ванадий, скандий, тантал и ниобий. Извлечение ильменита из
титаномагнетита возможно, если поперечный размер зерен ильменита больше 0,3 мм.
Частично титан извлекают из лейкоксена – конечного продукта изменения ильменита
и сфена (в лейкоксене по ильмениту – 96%, по сфену – 67% TiO2) и лопарита (Na, Ce) TiO3 (26,6% Ti).
ТИПЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Среди промышленных месторождений
титана выделяются: магматические, выветривания, россыпные, вулканогенно-осадочные
и метаморфические.
Магматические месторождения:
Наиболее значительные магматические
месторождения титана приурочены к крупным массивам анортозитовой формации
площадью в сотни и тысячи квадратных километров. В России к ним принадлежат
месторождения Восточного Саяна (Мало-Тагульское, Лысанское, Кручининское), в
Канаде – Лак-Тио, в США – Тегавус.
Мало-Тагульское месторождение ильменит-титаномагнетитовых руд
приурочено к одноименному массиву габбро-анортозитов площадью более
200квадратных километров (Иркутская область). На месторождении выявлено шесть
рудных участков, в пределах которых встречены рудные тела с промышленным
содержанием железа и титана. В плане рудные залежи имеют размеры от 50х100 до
130х850 м. Падение их крутое, прослежены до глубины 300 м. Содержание железа в
рудах 20-33%, TiO2 в титаномагнетитовых концентратах
– 12-16%.
Месторождение Лак-Тио находится в провинции Квебек и
обладает запасами в 125 млн. т. Оно дает около 80% добычи ильменитовых
концентратов Канады, содержащих 35% TiO2 и
40% железа. Месторождение залегает в анортозитовом массиве, имеющем овальную
форму размером 150х50 км, и состоит из трех рудных тел пластообразной формы,
полого подающих согласно со структурой массива. Главное рудное тело площадью 1
квадратный километр имеет мощность до 90 м. В рудных телах наблюдаются
многочисленные ксенолиты анортозита. Богатые руды сложены ильменитом (75%) и
гематитом (25%). Сопутствующие минералы представлены сульфидами (пиритом,
халькопиритом, пирротином), полевыми шпатами, пироксенами и местами биотитом.
Содержание в богатых рудах TiO2 – 32-36%, Fe – 39-43%. Месторождение относится
к позднемагматическим образованиям, связанным с процессами накопления
остаточного рудного расплава и его внедрением в тектонически ослабленные зоны
анортозитовых пород (трещинные интрузии).
Месторождения выветривания:
Современные и погребенные
титаноносные коры выветривания образуются на габбро–анортозитах (Волынский
массив) и метаморфических породах (Украинский щит, Казахстан). При выносе
щелочных элементов и образовании глинистых минералов группы каолинита в коре
происходит накопление более стойких акцессорных минералов, в том числе
ильменита и рутила. При этом зерна рудных минералов сохраняют первоначальную
форму кристаллов, не окатаны. Мощность кор выветривания достигает нескольких
десятков метров. Содержание ильменита может достигать нескольких сотен, а
рутила – нескольких десятков килограммов на кубический метр.
Минеральный состав коренных пород
существенно влияет на качественный и количественный состав рудных минералов в
корах выветривания. Для Волынского габбро-анортозитового массива Украины,
например, характерны коры, обогащенные только ильменитом (300-500 кг/м3), что связано с
отсутствием рутила в коренных породах. На Кундыбаевском месторождении в
Казахстане в корах выветривания, образовавшихся на метаморфических породах,
содержится до 180 кг/м3 ильменита и до 74 – рутила.
Россыпные месторождения:
Среди россыпных месторождений
титана различаются две разновидности: прибрежно-морские и континентальные.
Главными являются прибрежно-морские комплексные ильменит-рутил-цирконовые
россыпи; меньшее значение имеют континентальные аллювиально-делювиальные
россыпи ильменита. Из современных прибрежно-морских россыпей рутил и ильменит
добывают в Западной Австралии, Индии, Шри-Ланке, Сьерра-Леоне, частично в
Бразилии и США. Крупные запасы ильменитовых песков выявлены у северного
побережья Гренландии, на восточном побережье Мадагаскара, вдоль берегов озера
Малави на побережье Мозамбика и Новой Зеландии.
В России главное значение имеют
древние прибрежно-морские россыпи, распространенные в отложениях неогена и
палеогена Ставропольского поднятия, палеогена Зауралья, Северного Приаралья,
Северного Устюрта, юго-западной части Западно-Сибирской плиты, палеогена и
мезозоя Чулымо-Енисейской и Амуро-Зейской впадин, мезозойских депрессий
Уральской складчатой системы, Приенисейской части Западно-Сибирской плиты,
Иркутского угленосного бассейна, палеозоя Тиманского и Томь-Колыванского
поднятий.
Прибрежно-морские ильменит-рутил-цирконовые
комплексные россыпи отличаются большими размерами и крупными запасами. Для них
характерны пласто- или линзообразные залежи, мощность которых достигает
десятков метров, а протяженность – нескольких десятков километров при ширине до
километра. По составу прибрежно-морские россыпи обычно олигомиктовые. Главный
породообразующий минерал россыпи – кварц, меньшее значение имеет каолинит.
Пески обычно тонко- и мелкозернистые. Промышленное содержание в россыпях
ильменита и рутила – от десятков до сотен килограммов на кубический метр.
Источником прибрежно-морских россыпей служили коры выветривания континентов –
кристаллические породы, покровы эффузивов, массивы гранитных и других пород.
Континентальные россыпи ильменита
распространены преимущественно в аллювии, элювии и пролювии четвертичных,
палеогеновых и нижнемеловых отложений. Рудные тела аллювиальных россыпей имеют обычно
лентовидную форму и приурочены к долинам рек. Рудные минералы накапливаются в
нижних горизонтах, в наиболее грубообломочном материале, представленным
крупнозернистым песком, гравием или мелким галечником. По минеральному составу
континентальные россыпи обычно полимиктовые (кварц, полевой шпат, каолинит).
Размеры зерен ильменита 0,1-0,25 мм и более; окатанность их слабая. Содержание
ильменита в промышленных континентальных россыпях изменяется от нескольких
десятков до нескольких сотен килограммов на кубический метр.
Примером прибрежно-морской
погребенной россыпи может служить Правобережное месторождение Приднестровского
района, а континентальной – Иршинское месторождение Володарско-Волынского
района.
Правобережное месторождение. Прибрежно-морские россыпи этого
месторождения приурочены к полтавским и сарматским песчано-глинистым отложениям
мощностью от 10 до 60 м, перекрытых лессами, лессовидными суглинками и глинами
неогенового и четвертичного возраста. Рудные залежи имеют пластообразную форму
при резком преобладании длины над шириной и отличаются значительной мощностью
продуктивных песков. Отчетливо горизонтальная или пологонаклонная (2-10°)
слоистость рудных песков подчеркивается скоплением тяжелых минералов (до
70-90%), преимущественно титановых и цирконовых. Рудные минералы в полтавских
песках располагаются в верхней части, а в сарматских – по всему разрезу.
Рудоносные пески обоих возрастов
имеют близкий минеральный состав: лейкоксенизированный ильменит (44%), рутил
(16%), циркон, дистен, силлиманит, турмалин (около 10% каждого). В небольших
количествах встречаются хромит, анатаз, брукит, корунд, ксенотим и др.
Минералы, как правило, мелкие (0,1-0,2%), хорошо окатанные. Продуктивные
отложения сарматского возраста залегают на обогащенных тяжелыми минералами
песках полтавской серии. Они сформированы за счет переотложения последних в
прибрежно-пляжевой зоне среднесарматского моря.
Иршинское месторождение образовано при перемыве каолиновых кор выветривания Володарско-Волынского
габбро-анортозитового массива. Россыпи четвертичного возраста обычно залегают в
подморенных песках на междуречьях и террасах р. Ирши. Мощность их 1-1,5 м, а
содержание ильменита измеряется от десятков до 100-200 кг/м3.
Вулканогенно-осадочные месторождения:
Месторождение Нижний Мамон приурочено к титаноносным
вулканогенно-осадочным образованиям на юге Воронежской области в районе с.
Нижний Мамон. Месторождение сложено осадочными и вулканогенно-осадочными
породами палеозоя, мезозоя и кайнозоя, согласно залегающими на докембрийском
фундаменте. Отложения ястребовского горизонта девонского возраста имеют
мощность от нескольких до 35 м. Глубина залегания 50-70 м. Общая протяженность
находящихся в его составе вулканогенно-осадочных пород примерно 100 км при
ширине 20-40 км. Основное направление их простирания совпадает с зоной разлома,
с которой связана вулканическая деятельность. Наибольшее количество ильменита
приурочено к грубообломочным туфам, туфитам и туфопесчаникам, в которых
эффузивные обломки представлены преимущественно породами основного состава.
Терригенного материала в туфах менее 10%, в туфопесчаниках – около 90. Цементом
служит магнезиально-железистый хлорит. Наиболее обогащены ильменитом (иногда до
50% объема) грубообломочные разности туфогенных пород, размеры зерен ильменита
в среднем 0,25-0,3 мм. Количество ильменита резко уменьшается с увеличением в
толще терригенного материала. Образование вулканогенных пород, обогащенных
ильменитом, вероятно, происходило в мелководном морском бассейне и явилось
следствием подводной вулканогенной деятельности.
Метаморфические месторождения:
В этой серии выделяются
месторождения титана метаморфизованной и метаморфогенной групп.
Метаморфизованные
месторождения титана образуются при метаморфизме древних россыпей и
коренных первично-магматических руд. Верхнепротерозойские метоморфизованные россыпи
в пределах Башкирского поднятия приурочены к песчаникам зильмердакской свиты,
где встречены прослои мощностью до 2.5 м, обогащенные ильменитом (до 250-400
кг/т) и цирконом (до 30 кг/т).
Высококачественные
ильменит-магнетитовые массивные и вкрапленные ильменитовые руды образуются при
региональном метаморфизме первично-магматических руд. Примером промышленных
месторождений этого типа является Отомняки в Финляндии, приуроченное к амфиболитам,
образовавшимися в результате метаморфизма рудоносного габбро. Богатые руды
этого месторождения в среднем содержат 12% TiO2.
Ярегское месторождение лейкоксена (Южный Тимман)
– необычный представитель этой группы и представляет собой погребенную метаморфизованную
девонскую россыпь, приуроченную к песчаникам эйфельского и живетского ярусов.
Продуктивные горизонты залегают на метаморфических сланцах рифея. Нижний рудный
горизонт сложен грубо- и крупнозернистыми кварцевыми песчаниками с прослоями
алевролитов и аргиллитов, верхний – полимиктовыми конгломератами и разнозернистыми
кварцевыми песчаниками. Рудные минералы представлены полуокатанными зернами
лейкоксена размером 0,2-1,5 мм и единичными зернами ильменита. В богатых пробах
рудоносного песчаника содержится 8-10% TiO2. Месторождение образовалось,
очевидно, в результате размыва кор выветривания метаморфических сланцев рифея.
Метаморфогенные
месторождения титана приурочены к древним кристаллическим сланцам,
гнейсам, эклогитам и амфиболитам. Образуются в результате метаморфизма
интрузивных, эффузивных и осадочных пород, обогащенным титаном. К этому типу
относятся докембрийские хлоритовые сланцы, содержащие до 20% рутила
(месторождение Харворд, США) и докембрийские
гнейсы с рутилом – до 25% (месторождение Плюмо Идальго в Мексике).
На Кузнечихинском месторождении (Средний Урал)
в амфиболитах содержится около 1,5% рутила, а в эклогитах Шубинского месторождения (Южный Урал) – 4,5.
Металлогения
Месторождения титана
формировались преимущественно на ранней стадии геосинклинального этапа в связи
с хорошо дифференцированными интрузиями пород габбро-пироксенит-дунитовой
формации. Среди них И. Малышев выделил две главные группы: 1) месторождения в
антрозитах с ильменитовыми и рутил-ильменитовыми рудами; 2) месторождения в
габбро с ильменит-магнетитовыми рудами. Переход от ильменитовых руд к
магнетит-ильменитовым связывается с нарастающей степенью окисления при
кристаллизации магматического расплава. С зонами активации древних платформ
связано образование многофазных плутонов щелочного и ультраосновного состава с
лопаритовым, перовскитовым и титаномагнетитовым оруденением. В результате
разрушения пород, содержащих ильменит, рутил и анатаз, формировались
прибрежно-морские, пролювиальные и аллювиальные россыпи, среди которых известны
как древние (ископаемые) палеозойского, мезозойского, палеогенового и
неогенового возраста, так и современные образования.
Титановые месторождения
принадлежат к продуктам различных эпох: докембрийской (Балтийский щит,
Канадский щит, Индия, Южная Африка и др.), каледонской (Южная Африка, Норвегия,
Урал), герцинской (Урал) и альпийской (Северная и Южная Америка).
|