Редкие металлы и их месторождения (стр. 2 из 3)

Редкометальные пегматиты — крупнокристаллические породы, состоящие в основном из кварца и полевого шпата и богатые минералами, содержащими летучие вещества (воду, фтор, бор, хлор). Они образованы в результате медленной кристаллизации гранитных расплавов в изолированных полостях. Возраст наиболее крупных пегматитовых месторождений превышает 2 млрд лет.

Пегматиты залегают в виде гнезд, жил и линз, достигающих многих сотен метров, а иногда нескольких километров в длину при толщине до 100 м. Наиболее крупные, издавна разрабатываемые пегматитовые месторождения — Берник-Лейк в Канаде, Бикита в Зимбабве, Карибиб в Намибии, Гринбушес в Австралии, Коктогай в Китае. Выделяют несколько минеральных типов пегматитов, которые различаются набором редкометальных минералов. В некоторых из них ведущее значение имеют литиевые и танталовые минералы, в других — минералы бериллия, например берилл. Наибольшим разнообразием полезных компонентов обладают сподуменовые пегматиты с лепидолитом, поллу-цитом, танталитом и бериллом (см. табл. 1).

Для редкометальных пегматитов характерно зональное строение с обособленными скоплениями пол-луцита, лепидолита, сподумена, берилла (рис. 3). Благодаря зональности и крупным размерам кристаллов (берилл — до 2 м, сподумен — до 10 м в длину) пегматитовые жилы разрабатывают вручную.

Пегматитовые месторождения обычно имеют небольшие запасы: тысячи тонн тантала, ниобия, бериллия, рубидия, десятки тысяч тонн цезия, сотни тысяч тонн лития. Тем не менее до начала 60-годов именно в них были сосредоточены 100% запасов лития, бериллия, цезия и рубидия, 95% тантала, 25% ниобия, и именно эти месторождения служили главным объектом добычи этих металлов. Для цезия и рубидия пегматиты и сейчас остаются единственным сырьевым источником, имеющим промышленное значение.

Рис. 3. Геологическая схема пегматитового месторождения Коктогай, КНР, по Н.А. Солодову: 1 - вмещающие породы; 2-10 - зоны пегматита (от края к центру): 2 - мелкозернистая кварц-микроклиновая, 3- мелкозернистого альбита с бериллом, 4- блокового микроклина первой генерации, 5 - кварц-мус-ковитовая с бериллом и танталит-колумбитом, 6 -альбит-сподуменовая с танталитом и бериллом, 7 -кварц-сподуменовая с танталитом, 8 - мелкопластинчатого альбита с танталатами, 9 - блокового кварца, 10 - блокового микроклина второйгенерации. Микроклин и альбит - натриевый и калиевый полевые шпаты, соответственно NaAISi₃0₈ и KAISi₃0₈, мусковит - светлая калиевая слюда KAI₂(AISi₃)O₁₀(OH, F)₂. Химический состав редкометальных минералов указан в табл.1

РОССЫПИ

Редкометальные минералы, устойчивые к химическому и физическому выветриванию, накапливаются в россыпях. Минералы группы танталита — колумбита концентрируются в россыпях ближнего сноса, коренным источником которых могут быть редкометальные граниты и пегматиты. Запасы таких россыпей обычно невелики, но в Африке они отрабатываются в основном дешевым старательским способом. До 1960 года главным поставщиком ниобиевых (колумбитовых) концентратов была Нигерия, где на плато Джое разрабатывались выветрелые граниты и россыпи в рыхлых отложениях, намытых реками. В настоящее время, когда на мировом рынке ощущается острая нехватка тантала, его старательская добыча из россыпей и кор выветривания активизировалась во многих странах Африки — Конго, Нигерии, Бурунди, Руанде.

Тяжелые минералы циркония и РЗЭ (циркон и монацит) концентрируются в крупных пластоообразных прибрежно-морских россыпях, главными полезными минералами которых являются ильменит (FeTi0₃) и рутил (ТЮ₂), служащие сырьем для производства титана. Несмотря на относительно низкое содержание тяжелых минералов (обычно 5—15% в кварцевых песках), россыпи выгодно отрабатываются сравнительно простыми и дешевыми способами. Из прибрежно-морских россыпей и по сей день извлекают 100% добываемого в зарубежных странах циркона, а также некоторое количество монацита.

С0Р0С0ВСКИЙОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙЖУРНАЛ, ТОМ 7, №11, 2001

КАРБОНАТИТЫ И КОРЫ ИХ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Карбонатиты — продукты кристаллизации глубинных карбонатных расплавов (магм). Месторождения карбо-натитов и их кор выветривания (Nb), а также коренных карбонатитовых месторождений (La, Ce, Pr, Nd) были открыты и разведаны уже после второй мировой войны, когда интерес к использованию редких металлов начал стремительно расти. По сравнению с пегматитами и россыпями это были богатые и очень крупные месторождения, два из которых были быстро освоены промышленностью и стали основными источниками ниобиевого и редкоземельного сырья в мире: Араша в Бразилии и Маунтин-Пасс в США. Запасы полезных компонентов в них измерялись уже несколькими миллионами тонн при содержании в первом из них 2,5% Nb₂O_s (в коре выветривания), во втором 7—8% TR₂0₃.

Щелочные интрузивные комплексы, включающие карбонатиты, залегают среди древних пород, возраст которых на сотни миллионов лет превышает возраст самих месторождений: мезозойский (120—90 млн лет) и палеозойский (550—250 млн лет) для пирохлоровых карбонатитов и позднепротерозойский (-1400 млн т) для бастнезитовых. К настоящему времени на земном шаре известно около 20 месторождений пирохлоровых карбонатитов и их кор выветривания. Из коренных карбонатитовых месторождений, в которых содержание пирохлора в руде обычно не более 1—1,5%, разрабатывается только месторождение Сент-Оноре в Канаде (0,9% Nb₂O_s в руде). В корах выветривания карбонатитов концентрация пирохлора увеличивается в несколько раз, поскольку породообразующие минералы кальция и магния при выветривании растворяются и выносятся. Вертикальная протяженность кор выветривания в тропических странах достигает сотен метров, а занимаемая ими площадь — нескольких десятков квадратных километров. Только одно месторождение Араша в Бразилии способно обеспечивать современный уровень производства и потребления ниобия в течение 500 лет, а в мире известны еще более крупные и богатые месторождения этого типа.

Уникальное по богатству руд Томторское месторождение (рис. 4), недавно разведанное на севере Якутии, на отдельных участках содержит руды с 6—8% Nb₂O_s и 12% TR₂0₃. По запасам пирохлоровых руд держит первенство месторождение Сейс-Лагос в Бразилии, ресурсы Nb₂O_s в котором определены в 80 млн т при его содержании 2,5%.

Среди бастнезитовых (редкоземельных) карбонатитов теперь также известны гигантские по запасам и очень богатые месторождения. В Китае в начале 80-х годов XX века освоено коренное карбонатитовое месторождение Баюнь Обо, запасы в котором составляют 36 млн т TR₂0₃ при содержании 5—6 %, а прогнозные ресурсы — около 100 млн т. Самое богатое по содержанию полезного компонента в руде редкометальное месторождение Маунт-Уэлд было в 80-х годах разведано в Австралии. Богатые участки коры выветривания карбонатитов содержат 23,6% TR₂0₃ в расчете на 1 млн т их запасов, а при содержании 16,7% TR₂0₃ запасы увеличиваются до нескольких миллионов тонн. На месторождении Маунт-Уэлд известны также зоны с высокой концентрацией тантала (0,034% Ta₂O_s) и ниобия (0,9% Nb₂O_s). В настоящее время месторождение подготавливается к освоению.

В России редкие металлы добывают в бедном по содержанию, но крупном по запасам нескольких металлов Ловозерском месторождении лопарита (см. табл. 1), открытом в 1934 году. Оно расположено на Кольском полуострове и связано с крупным массивом нефелиновых сиенитов — магматических пород, в основном состоящих из алюмосиликатов Na и К. Такие массивы на Земле исключительно редки. Возраст Ло-возерского массива — 300 млн лет. Ловозерское месторождение — главный в России промышленный источник многих видов редких металлов: тантала, ниобия и редкоземельных элементов (лантана, церия, празеодима, неодима, самария, европия и гадолиния).

,

Рис. 4. Геологическая схема массива Томтор по А.В. Лапину и А.В. Толстову, с упрощениями: 1 - перекрывающие осадочные породы: песчаники, угли, конгломераты; 2-5- магматические породы: 2-сиениты, состоящие из щелочных полевых шпатов и нефелина, 3 - карбонатизированные бесполевошпатовые породы, состоящие в основном из пироксе-нов, 4 - поздние карбонатиты (доломит-анкерито-вые, кальцит-анкеритовые), 5 - ранние карбонатиты (доломит-кальцитовые и кальцитовые), 6 - рудоносные коры выветривания карбонатитов с пирохлором и монацитом; 7- разрывные нарушения. Нефелин (Na, K)AISi0₄, пироксены (Ca, Na)(Mg, Fe, AI)Si₂0₆, доломит CaMg(C0₃)₂, анкерит Ca(Fe, Mg) (C0₃)₂; кальцитСаС0₃. Химический состав редкоме-тальных минералов указан в табл. 1

РЕДКОМЕТАЛЬНЫЕ ЩЕЛОЧНЫЕ ГРАНИТЫ

Крупные комплексные редкометальные месторождения в гранитах, обогащенных щелочными металлами, были обнаружены в 50-х годах XX века в России, где разведаны два месторождения: Улуг-Танзекское в Туве и Катугинское в Читинской области. В середине 80-х годов, когда резко возрос интерес к иттрию в связи с открытием высокотемпературной сверхпроводимости в иттрийсодержащей керамике, подобные месторождения были открыты сразу в нескольких странах мира: Канаде, Саудовской Аравии, Австралии и Бразилии.