Промышленные типы месторождений титана - Геология - Скачать бесплатно

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).