|
Реферат: Промышленные типы месторождений титана
Реферат: Промышленные типы месторождений титана
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТИТАНА
Открытый в 1791 г. английским хим
иком 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).
Список литературы
Для подготовки данной работ
ы были использованы
материалы с сайта http://www.ed.vseved.ru/
|