Запасы марганцевых руд в мире. Мировая добыча марганцевых руд

Марганцевые руды

(a. manganese ores; н. Manganerze; ф. minerais de manganese; и. minerales de manganeso ) - природные минеральные образования, содержащие в таких соединениях и концентрациях, при к-рых их пром. использование технически возможно и экономически целесообразно. в рудах присутствует в виде разл. оксидных соединений, карбонатов, силикатов. Осн. пром. руды - оксидные, представленные пиролюзитом, псиломеланом, криптомеланом, манганитом, гаусманитом, браунитом, голландитом, коронадитом, биксбиитом, нсутитом, бернесситом, тодорокитом и др. Подчинённое значение имеют карбонатные руды, содержащие кальциевый , манганокальцит, и др. минералы. Силикатные, преим. кварц-родонит-бустамитовые и спессартиновые руды, как правило, содержат повышенное кол-во кремнезёма, механически трудно обогатимы, и поэтому использование их затруднено. Большее значение имеют их окисленные разности.
Пo генезису среди M. p. выделяют (карта) осадочные, вулканогенные, метаморфизованные м-ния, м-ния выветривания.

Осадочные м-ния подразделяют на собственно осадочные и вулканогенно-осадочные. Типичные представители собственно осадочных м-ний (экзогенный рудных компонентов - переотложение коры выветривания, продукты размыва питающей суши, подводное ) - нижнеолигоценовые м-ния Украины (Никопольское, Большетокмакское и др.), Грузии (Чиатурское и др.), палеоценовых м-ний вост. склона Сев. Урала и др. Масштабы рудоносности велики - ок. 50-75% от запасов M. p. континентов. Наибольшую пром. ценность представляют оксидные и окисленные руды (псиломелан-пиролюзитовые и манганитовые), содержащие (%) Mn 23,4-52,0, Fe 2 O 3 0,90-2,3, FeO 0,20-0,63, P 2 O 5 0,321-0,686, a также карбонатные руды, преим. родохрозитовые и мангано-кальцитовые руды, содержащие (%) Mn 11,4-25,2, Fe 2 O 3 0,3-1,0, FeO 0,5-1,2, P 2 O 5 0,314-0,466 (Никопольское, Чиатурское м-ния). Карбонатные руды обычно формируются при диагенезе на относительно больших глубинах, в условиях недостатка кислорода, иногда в сопровождении сероводородного брожения. Примером вулканогенно-осадочных м-ний (эндогенный источник рудных компонентов - , эксгаляции и др.) могут быть стратифицированные м-ния железных и M. p. в мор. кремнисто-карбонатной толще фаменского возраста Атасуйского p-на Центр. Казахстана. B M. p. вулканогенно-осадочного и гидротермального генезиса нередко отмечаются существенные концентрации Cu, Ni, Co, Pb, Ba, Zn, Ag и др. металлов. Характерна ассоциация железо-марганцевого и барит-свинцово- цинкового оруденения. Пo прогнозным запасам высококачеств. бесфосфористых M. p. (ок. 300 млн. т, 1980) м-ния этого типа занимают 3-e место в CCCP, после собственно осадочных м-ний. B Юж. Африке разведаны крупнейшее осадочно-вулканогенное м-ние Калахари (запасы 7,5 млрд. т c содержанием Mn св. 30%), Трансваальская супергруппа ниж. протерозоя; руды представлены гл. обр. браунитом. Среди марганцевых образований распространены криптомелан-коронадит-голландитовые, брау- нитовые и браунит-гаусманитовые руды, в зоне окисления - псиломелановые, псиломелан- вернадитовые. Руды характеризуются высоким содержанием Mn (16-50%, в cp. 40%) при содержании R меньше 0,03% и переменных количествах Fe.
Среди вулканогенных м-ний выделяют гидротермальные и контактово- метасоматич. м-ния. M. p. этих типов существенного пром. значения не имеют, однако в ряде случаев они могут являться фациальными типами в ряду вулканогенных - вулканогенно-осадочных м-ний марганца, напр. жильные тела в группе железо-марганцевых руд Атасуйского p-на Центр. Казахстана, Сапальское м-ние Cp. Урала.
Характерные представители мета- морфизованных м-ний (региональный и осадочных и вулканогенных рудных накоплений) - м-ния Индии, представленные метаморфизованными докембрийскими осадочными образованиями, частично испытавшими обогащение в зоне латеритизации (м-ния Саусарской группы марганцерудного пояса штатов Мадхья-Прадеш и Махараштра). Пласты оксидных руд ( , биксбиит, якобсит) согласно перемежаются c марганцевыми оксидно-силикатными породами (гондитами), кристаллич. сланцами, кварцитами, изменёнными до зеленосланцево-амфиболитовой стадии. B породах Хондалитовой группы пласты оксидных марганцевых руд заключены в толщах метаморфизованных до гранулитовой фации (штаты Андхра-Прадеш и Орисса). Близкие по типу м-ния известны среди докембрийских образований Африканского (м-ния Ганы, ЮАР) и Бразильского щитов (м-ния Бразилии); M. p. характеризуются весьма значит. запасами (сотни млн. т).
Среди м-ний коры выветривания выделяют остаточные накопления и продукты их локального переотложения (типа латеритов, глубокого выщелачивания) и инфильтрац. образования. M. p. остаточного типa обычно развиты по изначально бедным марганцем накоплениям в зоне тропич. выветривания: м-ния Зап. Африки (Мванда в Габоне, Нсута в Гане, Зиемугуле в Кот-д"Ивуар), Австралии (Грут-Айленд), Бразилии (штаты Баия, Moppy-ду-Урукун) и др. M. p. слагают минералы , пиролюзит, литиофорит, тодорокит и др. M. p. этого типа м-ний отличаются высоким качеством (%): Mn 40,4-57,3; Fe 1,8-6,2; R 0,034-0,127. Запасы M. p. рассматриваемого типа весьма значительны (многие сотни млн. т высококачественных M. p.). K инфильтрац. образованиям относится значит. часть M. p. м-ний p-нов , Постмасбург (ЮАР). Оксидные M. p. (браунит, биксбиит, якобсит, пиролюзит и др.) преим. локализуются в залежах, выполняющих полости палеокарста в нижней доломитовой свите Трансваальской супергруппы ниж. протерозоя. Руды отличаются высоким качеством (св. 44% Mn), запасы ок. 3 млрд. т (в пересчёте на металл).
Распределение м-ний M. p. весьма неравномерно. Гл. м-ния M. p. (50-75% мировых запасов, 1981) находятся в CCCP - на Ю. Украины (Никопольское, Большетокмакское), в Грузии (Чиатурское), в Центр. Казахстане. Зa рубежом крупнейшие м-ния M. p. известны в ЮАР - в Капской пров. (Калахари, Куруман, Постмасбург и др.) и в пров. Трансвааль - c запасами более 3 млрд. т (в пересчёте на металл). Крупные м-ния высококачественных M. p. находятся в Австралии (490 млн. т), Габоне (450 млн. т), Бразилии (100 млн. т), Индии (80 млн. т), Гане (10 млн. т).
Добыча M. p. осуществляется в осн. открытым способом c использованием высокопроизводит. экскаваторов (CCCP - Украина; , Индия, и др.); применяются также подземные способы разработки.
M. p. пром. м-ний CCCP характеризуются cp. содержаниями Mn; в оксидной руде 22-27%, в карбонатной - 16-19% при отношении P: Mn 0,005-0,010. Для того чтобы подобные M. p. отвечали требованиям, предъявляемым к металлургич. сырью, они нуждаются в обогащении. Применяются комбинир. способы обогащения M. p., к-рые позволяют комплексно и экономически выгодно использовать их в металлургич. пром-сти. Для оксидных M. p. в CCCP и за рубежом предусматривают гравитационное, гравитационно-магнитное обогащение мытой руды и флотацию шламов промывки руд. Выделяются след. операции: исходной руды до 16-50 мм, промывка, дробление мытой руды до 16-25 мм, грохочение дроблёной руды на узкие классы c последующим обогащением классов крупнее 3 мм отсадкой либо по магнитно-гравитационной схеме. Обогащение карбонатной M. p. происходит по след. схеме: крупный класс (15-3 мм) мытой карбонатной руды подвергается концентрированию в тяжёлой среде в гидроциклонах. Промежуточные продукты измельчаются и классифицируются по размеру зёрен (до 0,16 мм), подвергаются электромагнитной сепарации, отсадке магнитной . Шламы (класс 0,16 мм) обогащаются по методу селективной флотации. Полученные концентраты M. p. различаются по сортам в зависимости от содержания Mn (высшие сорта содержат 45-49% Mn). Внедряются в пром-сть методы обесфосфоривания в электрич. печах силикотермич. способом, хим., гидрометаллургич. и бактериальные способы обесфосфоривания M. p. и концентратов.
Общая мировая добыча M. p. ок. 20-25 млн. т в год. B перспективе предполагается добывать Железо-марганцевые co дна Тихого, в меньшей мере Индийского и Атлантического океанов.
Cм. также Марганец , Марганцеворудная промышленность. Литература : A. Г., Промышленные марганцевые руды CCCP, M.-Л., 1946; осадочного марганцеворудного процесса, M., 1968 (Tp. Геологического ин-та AH CCCP, в. 185); Варенцов И. M., Рахманов B. П., Месторождения марганца, в кн.: CCCP, 2 изд., т. 1, M., 1978; Новые данные по марганцевым месторождениям CCCP, M., 1980; Frenzel G., The manganese ore minerals, в кн.: Geology and geochemistry of manganese, v. 1, Bdpst, 1980; Ellison T. D., Manganese, "Mining Journ.", Annual Rev., 1983, p. 67-69; Beukes N. J., Palaeoenvironmental setting of iron formations in the depositional basin of the Transvaal supergroup, South Africa, в кн.: Iron-formations: facts and problems, Amst., 1983. И. M. Варенцов.

Горная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984-1991 .

Смотреть что такое "Марганцевые руды" в других словарях:

Современная энциклопедия

МАРГАНЦЕВЫЕ РУДЫ. Главные минералы: пиролюзит (63 2% Mn), псиломелан (45 60%), манганит (62,5%), вернадит (44 52%), браунит (69,5%), гаусманит (72%), родохрозит (47,8%), олигонит (23 32%), родонит (32 41%). Месторождения по происхождению… … Большой Энциклопедический словарь

Марганцевые руды - МАРГАНЦЕВЫЕ РУДЫ, содержат Mn свыше 10%. Главные минералы: пиролюзит, псиломелан, манганит, вернадит, браунит, гаусманит, родохрозит. Промышленные месторождения осадочные и в корах выветривания. Мировые запасы свыше 14 млрд. т. Главные добывающие … Иллюстрированный энциклопедический словарь

марганцевые руды - pуды, содержащие Mn в таких соединениях и концентрациях, при которых их добыча и переработка экономически целесообразна. Наиболее важны для промышленного использования оксидные марганцевые руды, подчиненное значение имеют… … Энциклопедический словарь по металлургии

Эту страницу предлагается объединить с Марганцевая руда. Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К объединению/13 ноября 2012 … Википедия

Природные минеральные образования, содержание марганца (См. Марганец) в которых достаточно для экономически выгодного извлечения этого металла или его соединений. Важнейшие рудообразующие минералы: Пиролюзит MnO2 (63,2 % Mn), Псиломелан… … Большая советская энциклопедия

Главные минералы: пиролюзит (63,2% Mn), псиломелан (45 60%), манганит (62,5%), вернадит (44 52%), браунит (69,5%), гаусманит (72%), родохрозит (47,8%), олигонит (23 32%), родонит (32 41%). Месторождения по происхождению осадочные, реже… … Энциклопедический словарь

См. Марганец (хим.) … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Гл. минералы: пиролюзит (63,2% Мn), псиломелан (45 60%), манганит(62,5%), вернадит (44 52%), брау нит (69,5%), гаусманит (72%), родохрозит(47,8%), олигонит (23 32%), родонит (32 41%). М ния по происхождению осадочные, реже метаморфогенные и… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Марганцевые руды вид полезных ископаемых, природные минеральные образования, содержание марганца в которых достаточно для экономически выгодного извлечения этого металла или его соединений. К наиболее важным рудообразующим минералам относят:… … Википедия

Часть света,	Запасы подтвержденные	Их % от мира


Болгария




Казахстан





Бразилия
АВСТРАЛИЯ

К уникальным относятся месторождения с запасами марганцевых руд более 1 миллиарда тонн, к крупным – с запасами в сотни миллионов тонн, и мелким – с запасами в десятки миллионов тонн.

ДОБЫЧА И ПРОИЗВОДСТВО. Производство товарных марганцевых руд в 1996 г. составило 21,8 млн т. В семерку главных продуцентов марганцевого сырья входят страны, являющиеся основными держателями запасов: Китай (21,6 % мирового производства), ЮАР (15 %), Украина (14 %), Бразилия (10,1 %), Австралия (9,7 %), Габон (9,2 %), Индия (7,8 %). Китай, не смотря на низкое качество природных руд, с 1993 г. удерживает лидерство по выпуску товарной руды. В производстве марганцевых сплавов используется смесь руд, добытых в Китае, с высококачественным сырьем, ввозимым из Австралии, Габона и ЮАР. В ЮАР эксплуатируются рудники Маматван, Весселс и Нчванинг. Почти вся продукция (98 %) относится к рудам металлургического сорта (40–52 % Mn). На Украине в 1992–1998 гг. наблюдалось падение производства товарных марганцевых руд. Основные причины спада – энергетические трудности и потеря традиционных рынков сбыта в странах СНГ и Восточной Европы. Разрабатываются месторождения Никопольского бассейна и месторождение Таврическое. Действует 12 рудников, три из которых подземные.

В геосинклинальных условиях основная концентрация марганца происходила на ранней стадии, когда в прибрежных бассейнах накапливались осадочные руды. Средняя и поздняя стадии геосинклинального цикла для марганца не продуктивны. На платформенном этапе формировались марганцевые месторождения осадочной группы и выветривания.

Фациальные условия образования осадочных марганцевых руд напоминают обстановки отложения руд железа. В распределении марганцевых руд намечается зональность: первичнооксидные руды отлагаются в прибрежной зоне среди осадков песчано-алеврито-глинистого состава; по мере удаления от берега оксидные руды постепенно сменяются карбонатными (родохрозит, манганокальцит, кальциевый родохрозит), ассоциирующими с глинами, кремнистыми глинами и опоками.

Метаморфизованные месторождения возникли в результате многоэтапного регионального метаморфизма. Как известно, они широко распространены в Индии. При низкой ступени метаморфизма оксиды и, возможно карбонаты марганца были превращены в брауниты, а кремнистые породы – в кварциты. При средних ступенях метаморфизма возникали силикаты марганца, частично происходила перекристаллизация браунита.

Марганцевые месторождения формировались в различные эпохи развития земной коры, от докембрийской вплоть до кайнозойской, а железо-марганцевые конкреции накапливаются на дне Мирового океана и в настоящее время. В докембрийскую металлогеническую эпоху сформировались мощные геосинклинальные образования, характеризующиеся в ряде случаев высокопродуктивными марганценосными толщами (гондиты в Индии, марганецсодержащие железистые кварциты в Бразилии и т. д.). Значительные по запасам месторождения марганца докембрийского возраста известны в Гане (месторождение Нсута-Дагвин), а крупные в ЮАР (юго-восточная часть пустыни Калахари).

Для раннепалеозойской эпохи марганец мало характерен. Сравнительно небольшие промышленные месторождения марганца этого возраста известны в Китае, США и восточных районах России. В Китае наиболее крупным из них является месторождение Шаньвуту, расположенное в провинции Хунань. В России месторождения марганца известны в Кузнецком Алатау, а также на Дальнем Востоке (Малый Хинган).

Позднепалеозойская эпоха для марганца имеет сравнительно небольшое практическое значение. Удельный вес месторождений марганцевых руд этого возраста в мировых запасах и добыче невелик. Небольшие по масштабам месторождения известны в Западной Европе, Северной Африке, Юго-Восточной Азии, а также в СНГ. Наиболее крупные по запасам месторождения разведаны в Центральном Казахстане – Джездинское и Ушкатын-III. На месторождении Ушкатын-III выявлено 14 марганцевых и 8 железорудных тел. Запасы подсчитаны в четырех рудных телах. Среднее содержание Mn 26,5 %. Основные рудные минералы в первичных рудах – гаусманит, браунит и гематит, во вторичных – псиломелан, пироморфит и манганит.

В мезозойскую эпоху сформировались рудопроявления марганца в связи с позднемеловым (Закавказье, Забайкалье) и юрским (береговые хребты Северной Америки, Новая Зеландия) вулканизмом. Месторождения марганца этого возраста имели также небольшое практическое значение. Ситуация резко изменилась в связи с открытием в конце 1960-х годов крупного месторождения Грут-Айленд в Австралии.

Кайнозойская эпоха отличается уникальным накоплением марганцевых руд на южной окраине Восточно-Европейской платформы (Никопольский бассейн, Чиатурское, Мангышлакское и другие месторождения). В эту эпоху сформировалось крупное месторождение Оброчиште в Болгарии, а также Моанда в Габоне. Рудоносными на всех этих месторождениях являются песчано-глинистые отложения, в которых рудообразующие минералы присутствуют в форме конкреций, оолитов, стяжений и землистых скоплений. Сравнительно небольшие месторождения марганцевых руд третичного возраста образуют Уральский марганцеворудный бассейн, охватывающий восточный склон Уральского хребта. Он простирается в субмеридиональном направлении почти на 150 км. На этих месторождениях рудный горизонт приурочен к основанию третичной толщи и включает 1–2 пласта марганцевых руд мощностью 1–3 м.

. Промышленные месторождения марганцевых руд представлены: 1) осадочными, 2) вулканогенно-осадочными, 3) выветривания и 4) метаморфогенными типами.

Осадочные месторождения имеют большое экономическое значение. В них сосредоточено около 80 % всех мировых запасов марганцевых руд. Наиболее крупные месторождения сформировались в прибрежно-морских и лагунных олигоценовых бассейнах, сосредоточенных в основном в пределах Паратетиса. Это Никопольский бассейн на Украине, Чиатурское месторождение в Грузии, Мангышлакское в Казахстане, Оброчиште в Болгарии и др.

Наиболее характерным представителем этого типа является Никольский марганцеворудный бассейн. Он включает Никопольское и Большетокмакское месторождения и ряд рудоносных площадей, вытянутых вдоль берегов Днепра и Ингульца в районе городов Никополя и Запорожья в виде полосы протяженностью 250 км и шириной до 5 км (рис. 2). Выдержанный рудный пласт средней мощностью 1,5–2,5 м залегает в основании терригеновой олигоценовой толщи на глубине от 10 до 100 м. Он представляет собой песчано-глинистую пачку с включением марганцевых конкреций, линз и стяжений, прослоев рудного вещества. Соотношение рудной и нерудной составляющей изменчиво по вертикали и латерали. Количество марганцевых руд, заключенных в глинисто-алевролитовой массе достигает 50 % по массе, а среднее содержание Mn 15–25 %.

Марганцеворудные отложения залегают с размывом на подстилающих породах верхнего эоцена, представленных алевритами, углистыми глинами и песками, или на кристаллических породах фундамента и их корах выветривания. Надрудные отложения – плиоценовые глины, известняки-ракушечники, мергели и четвертичные суглинки общей мощностью от 15 до 80 м.

В пределах этого бассейна выделяются оксидные, смешанные (оксидно-карбонатные) и карбонатные марганцевые руды. Среди разведанных запасов соотношение оксидных, смешанных и карбонатных руд равно 25:5:70. На собственно Никопольском месторождении сосредоточено 72 % общих запасов оксидных руд (пиролюзит, манганит, псиломелан, вернадит) Украины, а на Большетокмакском – доминируют карбонатные марганцевые руды (родохрозит, манганокальцит). Содержание марганца в карбонатных рудах составляет 10–30 % (среднее 21 %), CaO 3–13 %, SiO 2 10–50 %. Руды труднообогатимые. В оксидных рудах среднее содержание Mn – 28,2 %, Fe – 2– 3 %, P – 0,25 %, SiО 2 – около 30 %. Они легко обогащаются простыми гравитационными способами. Смешанные руды содержат в среднем около 25 % Mn. Преобладают фосфористые руды. Малофосфористые разности, встречающиеся в зонах оксидных и смешанных руд в виде тел со сложными контурами, составляют около 4 % от общих запасов. Разработка отдельных участков в Никопольском бассейне осуществляется открытым и частично подземным способами.

Железомарганцевые конкреции дна океанов. Впервые они были обнаружены на дне Тихого океана экспедицией на судне «Челенджер» 120 лет назад. Мощность железо-марганцевых корок на базальтах и туфобрекчиях изменяется от нескольких миллиметров до 10–15 см. Размеры конкреций от 1 мм до 1 м в диаметре, чаще всего встречаются конкреции 3–7 см в поперечнике. Морфологические типы конкреций – сферические, лепешковидные, эллипсоидальные, плитчатые, желвакообразные, гроздьевидные. Япония и США, не имеющие крупных месторождений марганца, осуществляют добычу железо-марганцевых конкреций со дна Тихого и Атлантического океанов на глубинах до 5 км. В конкрециях содержится (%): Mn 25–30; Fe 10–12; Ni 1–2; Со 0,3–1,5 и Cu 1–1,5.

Вулканогенно-осадочные месторождения приурочены к областям интенсивного проявления подводного вулканизма, характеризующимися накоплением лав и туфов с подчиненным количеством осадочных пород и руд. Для них характерна тесная связь с кремнистыми (яшмы, туфы), карбонатными (известняки, доломиты) и железистыми (магнетит-гематитовыми) породами и рудами. Руды формировались на ранней стадии геосинклинального этапа в эвгеосинклинальных условиях. Поступление Fe, Mn, SiO 2 , Cu, Zn, Ba, Pb и других компонентов осуществлялось поствулканическими подводными эксгаляциями и гидротермами. Вулканогенно-осадочные месторождения обычно характеризуются невысоким качеством руд и имеют небольшие масштабы. Рудные тела залегают в виде неправильных, быстро выклинивающихся пластов, линз, чечевиц. Они сложены преимущественно карбонатами марганца и железа. Месторождения этой группы отличаются брунит-гаусманитовым составом первичных руд и псиломелан-вернадитовыми рудами в корах выветривания. Мощность рудных тел обычно 1–10 м, содержание в них основных компонентов (%): Mn 40–55; SiO 2 менее 10; P 0,03–0,06.

К этому типу принадлежат месторождения Атасуйского и Джездинского районов Центрального Казахстана, а в России месторождения Примагнитогорской группы, Ир-Нилийское в Приохотье, связанные со спилит-кератофир-кремнистой формацией, а также месторождения Салаирского кряжа, приуроченные к пофирово-кремнистой формации.

Месторождения выветривания. В результате проявления процессов выветривания в зоне гипергенеза происходит интенсивное разложение марганцевых руд и марганецсодержащих пород с переходом двухвалентного марганца в четырехвалентную форму. Таким образом, формируются богатые скопления в виде марганцевых шляп. Месторождения данного генетического типа распространены в основном в Индии, Бразилии, Канаде, Венесуэле, Габоне, ЮАР, Австралии, а также России. При окислении родохрозита, манганокальцита, родонита и манганита образуются рыхлые богатые оксидные руды, состоящие из пиролюзита, псиломелана и вернадита.

В Индии промышленное значение имеют богатые залежи марганцевых руд, образовавшиеся в корах выветривания (марганцевых шляпах) гондитов и кодуритов протерозойского возраста. В рудах содержание основных компонентов составляет (%): Mn 30–50; SiO 2 до 12; Fe до 14, P до 0,2, иногда до 2. Они распространены на глубинах 10–70 м. Наиболее крупные месторождения выявлены в центральных и южных штатах Индии (Мадхья-Прадеш, Раджастан, Гуджарат, Орисса и др.).

В гипергенных рудах, образовавшихся по марганецсодержащим доломитам, концентрация Mn составляет 30–53 %, SiO 2 и Fe до 3 %, P до 0,1 %. Они, в отличие от руд, возникших по силикатным породам, характеризуются низким содержанием SiO 2 и Fe.

Метаморфогенные месторождения образуются главным образом при региональном, реже при контактовом метаморфизме осадочных руд и марганецсодержащих пород. В процессе интенсивного регионального метаморфизма первичные оксиды и карбонаты марганца в дальнейшем целиком переходят в силикаты марганца – родонит, бустамит, марганцовистые гранаты в тесном срастании друг с другом. Примерами месторождений подобного типа могут служить Карсакпайская и Атасуйская группы месторождений Казахстана, а также некоторые месторождения Индии и Бразилии. Среди метаморфогенных месторождений по степени метаморфизма различают две формации: браунит-гаусманитовую и марганец-силикатную .

Месторождения браунит-гаусманитовой формации образуются в результате относительно слабого прогрессивного метаморфизма первичных руд, сложенных гидрооксидами и оксидами марганца. К этой группе относятся многочисленные месторождения Индии, приуроченные к отложениям нижнего и среднего палеозоя. Это пласты и линзы оксидных марганцевых руд, залегающих согласно со слабо метаморфизированными вмещающими породами. Нередко рудные залежи вместе с вмещающими породами дислоцированы. Протяженность рудных тел от нескольких десятков и сотен метров до 2–3 км, мощность их от 1 до 15 м и более. Главные рудные минералы: браунит, голландит, реже биксбит и манганит. Наиболее важное значение имеют месторождения Панч-Махал, Барода, Уква, Кеопджари и Сингбхуме.

Месторождения марганец-силикатной формации распространены в Индии и Бразилии. В Индии они связаны исключительно с образованиями архея – гондитами и кодуритами. Гондиты сложены спессартином, кварцем и родонитом, кондуриты состоят из калиевого полевого шпата, марганецсодержащего граната и апатита. Протяженность рудных тел 3–8 км и более, мощность от 3 до 60 м. Содержание Mn в них варьирует от 10 до 21 %, а в зоне выветривания (марганцевых шляпах) увеличивается до 30–50 %. Наиболее крупные месторождения находятся в штатах Андхра-Прадеш (месторождения Кудур, Тарбхар), Мадхья-Прадеш (Рамрара, Стапатар) и Махараштра (Бузург, Донгри и др.). Гондиты и кодуриты в настоящее время не отрабатываются.

Лекция 3. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ХРОМА

Хром был открыт в 1797 г. французским химиком Л. Вокленом в минерале крокоите – Pb(CrO 4). В России руды хрома впервые выявлены на Урале в 1799 г. В начале XIX в. они использовались только в качестве огнеупорного материала для футеровки металлургических печей, получения красок и дубителей кож.

ГЕОХИМИЯ. Кларк хрома в земной коре 8,3·10 -3 %. Среднее содержание его в различных изверженных породах колеблется от 0,2 % в ультраосновных (перидотитах) до 0,02 % в основных (базальтах), составляя в гранитах тысячные доли процента. Хром является типичным литофильным элементом.

Хром вместе с железом, титаном, никелем, ванадием и марганцем входит в одно геохимическое семейство. В природе известны четыре изотопа: 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr и 54 Cr, из которых наиболее распространен 52 Cr. Хром обладает двумя валентностями – Cr 3+ и Cr 6+ . Соединения трехвалентного хрома наиболее устойчивы и широко распространены. Трехвалентный атом хрома, с одной стороны, образует оксиды, а с другой – в связи со сходством его ионов с ионами Al, Mg, Fe 2+ и Fe 3+ , формирует комплексные соединения этих металлов, обособляющиеся на высокотемпературной магматической ступени эндогенного процесса при дифференциации базальтовой магмы. В экзогенных условиях хром, как и железо, мигрирует в виде взвесей. Наиболее подвижной формой в природе являются хроматы.

МИНЕРАЛОГИЯ. Известно около 25 минералов, содержащих хром. Промышленными являются хромшпинелиды («хромиты»), имеющие общую формулу (Mg,Fe)O·(Cr,Al,Fe) 2 O 3 . состав хромитов изменчив (%): Cr 2 O 3 18–65; MgO до 16; FeO до 18; Fe 2 O 3 до 30; Al 2 O 3 до 33. Присутствуют также оксиды Ti, Mn, V, Ni, Co и др. Основное промышленное значение имеют магнохромит (Mg,Fe)Cr 2 O 4 (содержание Cr 2 O 3 50–65 %), хромпикотит (Mg,Fe)(Cr,Al) 2 O 4 (Cr 2 O 3 35– 55 %) и алюмохромит (Fe,Mg)(Cr,Al) 2 O 4 (Cr 2 O 3 35–50 %). Кроме того, хром входит в состав ряда других минералов – хромовой слюды (фуксита), хромвезувиана, хромдиопсида, хромового граната (уваровита), хромтурмалина, хромового хлорита и др. Эти минералы часто сопровождают руды, но не имеют самостоятельного промышленного значения.

ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Главное применение хромиты находят в металлургии (65 % мировой добычи), огнеупорной (18 %) и химической (17 %) промышленности. Добавка феррохрома (65–70 % Cr, 5–7 % C, остальное Fe) или чарж-хрома (54 % Cr, 6–7 % C, остальное Fe) к сталям повышает их вязкость, твердость и антикоррозионные свойства.

Требования различных отраслей промышленности к качеству руд различны. Самые строгие требования предъявляет металлургическая промышленность, для которой пригодны лишь руды с содержанием не менее 37–40 % Cr 2 O 4 при соотношении Cr 2 O 3:FeO > 2,5. наиболее ценными являются магнохромитовые руды (отношение Cr 2 O 3:FeO = 3–4 и более), в то время как даже массивные и богатые хромпикотитовые и особенно алюмохромитовые руды являются менее ценными в связи с повышенным содержание в них железа (Cr 2 O 3:FeO = 1,8–2). Огнеупорная и химическая промышленность используют более низкокачественные руды (содержание Cr 2 O 3 – 32–35%), в которых отношение Cr 2 O 3:FeO может быть ниже 2.

РЕСУРСЫ И ЗАПАСЫ. Ресурсы хромитовых руд выявлены в 36 странах и составляют 15,5 млрд т. Основная часть их сосредоточена в ЮАР (78 %). Доля ресурсов России составляет 2 %.

Подтвержденные запасы хромитовых руд разведаны в 29 странах и составляют 3,9 млрд т. Они распределяются следующим образом: ЮАР 80,5 %, Казахстан 8,3 %, Зимбабве 3,4 %, Россия 0,13 %. В мире разведано около 300 месторождений хромитовых руд. На стратиформные месторождения приходится 87,5 % подтвержденных запасов. Большая часть их приурочена к глубоким горизонтам месторождений. Запасы хромитов преимущественно для подземной добычи разведаны на месторождениях ЮАР, Зимбабве, Турции, России и Казахстана, а для открытой добычи – на месторождениях Финляндии, Бразилии, Индии, Ирака, Пакистана, Филиппин, США и других стран.

К уникальным относятся месторождения хромитовых руд с запасами в сотни миллионов тонн, к крупным – десятки миллионов тонн, к мелким – единицы миллионов тонн.

ДОБЫЧА И ПРОИЗВОДСТВО. В настоящее время почти 90 % производства товарной хромитовой руды сосредоточено в шести странах: ЮАР – 44,8 %, Индии – 12,2 %, Казахстане – 9,8 %, Турции – 9,4 %, Зимбабве – 6,2 %, Финляндии – 5,2 %. Доля России составляет около 1 %. Общемировое производство товарной хромитовой руды составляет около 11,2 млн т. Преимущественно подземным способом добыча хромитов осуществляется в ЮАР, Зимбабве, Турции, Албании, России и Казахстане. К крупнейшим горно-обогатительным предприятиям мощностью до 1 млн т и более относятся: Донской ГОК Казахстана, рудный комплекс Кампо-Формозу в штате Баия Бразилии, ГОК Кеми в Финляндии и рудники ЮАР – Винтервельд Крундал и Вондеркоп в Западном хромитовом поясе (район г. Рюстенбург).

МЕТАЛЛОГЕНИЯ И ЭПОХИ РУДООБРАЗОВАНИЯ. В общем цикле геологического развития месторождения хромитов возникали на стадии геосинклинального этапа, а также на стадии активизации платформ. На ранней стадии геосинклинального этапа образовались магматические месторождения, среди которых наиболее характерны позднемагматические, связанные с массивами гипербазитов (дуниты, гарцбургиты). На стадии активизации платформ формировались массивы расслоенных пород габбро-норитовой формации, для которых типичны раннемагматические хромитовые месторождения.

Хромитоносные ультраосновные породы образуют несколько поясов: 1) субмеридиональный пояс герцинских и каледонских интрузий перидотитов и дунитов на Урале; 2) Средиземноморский пояс меловых и третичный интрузий гипербазитов, протягивающийся от Балкан через Турцию и далее в Индию; 3) пояс основных и ультраосновных пород, параллельный Восточно-Африканской рифтовой системе, прослеживающийся на территории ЮАР (Бушвельдский массив) и Зимбабве (Великая Дайка).

Хромитовые месторождения возникали в различные геологические эпохи, от раннего докембрия до третичного периода. Докембрийская эпоха – выдающаяся для образования месторождений хромитовых руд. По данным Н. А. Быховера в эту эпоху сформировалось более 90 % общих запасов хромитов. Наиболее крупные месторождения сосредоточены на территории ЮАР, в основном в Трансваале. Здесь выделяются два хромитоносных пояса – Лиденбургский и Рюстенбургский. Многочисленные месторождения имеются в Зимбабве, где они приурочены к Великой Дайке. Менее крупные месторождения выявлены в Съерра-Леоне, Малагасийской Республике, США, Бразилии, Финляндии.

Раннепалеозойская эпоха была мало продуктивной для образования хромитовых руд. Промышленные месторождения этого возраста неизвестны. Небольшие месторождения, генетически связанные в раннекаледонскими ультраосновными интрузиями, выявлены в районе Тронхейма в Норвегии. Руды содержат в среднем 25–35 % оксида хрома.

Позднепалеозойская эпоха – вторая по значимости после докембрийской. В России месторождения хромитов этого возраста составляют основу сырьевой базы и играют решающую роль в запасах и добыче данного полезного ископаемого. Особый интерес представляют многочисленные месторождения хромитов, связанных с Кемпирсайским ультраосновным массивом Урала. В странах дальнего зарубежья проявления хромитоносности этого возраста встречаются редко и обычно в виде мелких скоплений, мало интересных в практическом отношении. Небольшие месторождения хромитов широко распространены на востоке Австралии, где они связаны с раннегерцинскими гипербазитами.

В мезозойскую эпоху промышленные месторождения хромитов сформировались в отдельных странах Америки и Южной Европы. На Кубе они располагаются в поясе позднемеловых серпентинизированных ультраосновных пород, представленных дунитами, пироксенитами и анортозитами. Залежи хромитов штокообразной, линзообразной и жильной формы приурочены преимущественно к дунитам. Химический состав руд изменяется в широких пределах: содержание Cr 2 O 3 22–57 %, Fe 9,7–14,4 %. Преобладают низкосортные руды. Многочисленные относительно небольшие месторождения известны в США в штатах Калифорния и Орегон.

В пределах Южной Европы месторождения хромитов выявлены в Греции, Албании, Болгарии и Македонии. В Греции залежи хромитов обычно располагаются в серпентинитах в близи их контакта с известняками. Преобладают огнеупорные руды, в которых содержание Cr 2 O 3 составляет 37–42 %, Fe 2 O 3 12 % и Al 2 O 3 19–25 %.

В кайнозойскую эпоху промышленные залежи хромитов сформировались только в Азии и Океании. Многочисленные месторождения известны в ряде районов Средиземноморья. В Турции наиболее крупными по запасам и добыче являются месторождения группы Гулеман. Здесь хромитовые руды приурочены к серпентинизированному лополиту. Доминируют массивные руды с содержанием Cr 2 O 3 50–52 %, Fe 2 O 3 10–12 %, Al 2 O 3 13–14 % и SiO 2 2–3 %. Одно из ведущих мест в мире по добыче огнеупорных хромитов принадлежит Филиппинам. Многочисленные месторождения известны почти на всех островах, но наиболее крупные находятся на о. Лусон.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ . Промышленные месторождения хрома представлены двумя главными типами: 1) собственно магматическими и 2) россыпями. Собственно магматические месторождения подразделяются на раннемагматические и позднемагматические (гистеромагматические).

Раннемагматические месторождения хрома связаны с базальтоидами или гарцбургит-ортопироксенит-норитовой формацией. Они представлены выдержанными по мощности пластообразными залежами у основания стратифицированных интрузивных массивов. Размеры последних колеблются от нескольких десятков до нескольких тысяч квадратных километров. Оруденение характеризуется правильной расслоенностью с постепенными переходами от перидотитов внизу массивов до габброидов и гранитоидов вверху их. Содержание Cr 2 O 3 в рудах сравнительно высокое – 38–50%. Раннемагматические месторождения широко развиты в ЮАР (Бушвельдский массив) и Зимбабве (Великая Дайка).

Бушвельдский массив основных и ультраосновных пород имеет форму лополита, вытянутого с востока на запад на 460 км при ширине 250 км (рис. 3). Он внедрился в толщу кварцитов и эффузитов протерозоя (трансваальская система) в протерозойское время. Особенностью внутреннего строения массива является его расслоенность (стратификация). Некоторые горизонты основных и ультраосновных пород даже относительно небольшой мощности (от нескольких сантиметров до первых единиц метров) прослеживаются по простиранию до 100–200 км. В массиве снизу вверх разреза намечается следующая последовательность пород: 1) нориты мощностью 350 м (зона Закалки); 2) нориты, перемежающиеся с перидотитами, мощностью 1500 м (Базальная зона); 3) нориты с прослоями пироксенитов и анортозитов мощностью около 1000 м (Критическая зона); 4) габбро-нориты мощностью 3500 м (Главная зона); 5) габбро-диориты мощностью 2000 м (Верхняя зона).

Хромитовое оруденение приурочено к нижней части Критической зоны. В Трансваале крупные месторождения сосредоточены в двух рудных поясах: Рюстенбургском на западе и Лиденбурском на востоке. Протяженность этих поясов соответственно 160 и 112 км. В пределах них выявлено до 25 пологопадающих хромитовых пластов мощностью от 0,2–0,3 до 1,0 м, изредка до 4,0 м. Развиты залежи вкрапленных и массивных руд. Встречаются хромиты с нодулярной текстурой. Пласты хромитовых руд объединяются в три группы: 1) верхнюю (до глубины 30 м), 2) среднюю (30–75 м) и 3) нижнюю (до 120 м). Хромиты нижней группы пластов содержат 42–50 % Cr 2 O 3 , а средней и верхней групп – 32–46 % Cr 2 O 3 . Подтвержденные запасы хромитовых руд Бушвельдского комплекса составляют 3100 млн т со средним содержанием триоксида хрома 40 %. В 1995–1998 гг. проведена переоценка подтвержденных запасов хромитовых руд в связи с технологическими достижениями, которые позволили компании «Chrome Resources (Pty .) Ltd .» начать использовать низкосортные хромиты пласта UG 2 , ранее разрабатывавшиеся только на металлы платиновой группы. В Лиденбургском поясе компания «Concolidated Metallurgical Industries Ltd » . в конце 1995 г. начала добычу руды открытым способом на месторождении Танклиф.

Позднемагматические месторождения образовывались в конце собственно магматического процесса и характеризуются приуроченностью к гипербазитам. Рудные тела имеют форму жило- и линзообразных тел с резкими границами и причудливыми очертаниями. Иногда они пересекаются дайками габбро и дунитов. Руды, как правило, массивные. В их составе присутствуют хромгранат, хромхлорит и хромтурмалин. Процесс формирования этих месторождений сопровождался тектоническими деформациями, в результате чего происходило отжатие хромсодержащих расплавов в тектонические трещины, смятие пород и руд. Содержание Cr 2 O 3 варьирует от 15 до 65 %, чаще составляет 50–55 %, отношение Cr 2 O 3:FeO – от 2 до 4.

Месторождения данного подтипа выявлены в России, Армении, Турции, Иране, Индии, Албании, Судане и на Кубе. В России наиболее крупные месторождения сосредоточены в юго-восточной части Кемпирсайского массива на Южном Урале. Кемпирсайский массив расположен в пределах Уралтауского мегантиклинория. Он вытянут в субмеридиональном направлении на 80 км при ширине 10–20 км. В юго-восточной части массив представляет собой лакколит, расширяющийся к югу, где геофизическими работами установлен подводящий канал размером 3–5 х 10–13 км. Возраст его, определенный по флогопиту из контактово-минерализованных пород, составляет 380–400 млн лет.

Массив сложен преимущественно перидотитами (гарцбургитами) и только в юго-восточной части обнажаются дуниты. Известно более 160 хромитовых месторождений и рудопроявлений. Они залегают на разных глубинах от поверхности и тяготеют к сводовым поднятиям интрузива. Выделяют 4 рудных поля, из которых наиболее важным является Главное (Южно-Кемпирсайское). Здесь расположены наиболее крупные промышленные месторождения: Алмаз-Жемчужина, Молодежное, Миллионное, Гигант, Комсомольское, Геофизическое, Спорное и др. Число рудных тел на каждом из этих месторождений варьирует от одного (месторождение Молодежное) до 99 (Миллионное). Протяженность их также колеблется от нескольких десятков метров до 1500 м, а мощность от 1–3 до 180 м.

Хромитовые руды массивные и вкрапленные, реже нодулярные. Контакты их с вмещающими ультраосновными породами, как правило, резкие, нормальные, реже тектонические. Крупные и мощные рудные тела характеризуются грубой полосчатостью, обусловленной чередованием относительно редковкрапленных и густовкрапленных руд. Содержание Cr 2 O 3 варьирует от 28–35 % в редковкрапленных до 58–59 % в сплошных хромитовых рудах и в среднем составляет 49,0 %. Первичные руды состоят в основном из оливина и магнохромита. Состав измененных руд более сложный: отмечаются хромактинолит, уваровит, серпентин (лизардит, хризотил), хромовые хлориты, брусит, магнетит, гематит, пирротин, пирит, марказит и др.

Россыпные месторождения не играют существенной роли в мировых запасах (5 %) и добыче (1 %) хромитового сырья. Они образуются вследствие выветривания коренных магматических месторождений. К ним относятся элювиально-делювиальные, а также прибрежно-морские россыпи. Элювиально-делювиальные образования (месторождения типа кор латеритного выветривания) представлены рассеянными кристаллами и обломками хромита среди рыхлой лимонитовой массы. Руды легко обогащаются в процессе промывки. Подобные месторождения известны в России (Сарановское на Урале), на Кубе (Камагуэй), в Новой Каледонии. Наиболее крупные делювиальные россыпи хромита приурочены к Великой Дайке (Зимбабве), где сосредоточены в поперечных долинах. Прибрежно-морские россыпи известны на Тихоокеанском побережье США (штат Орегон), на Адриатическом побережье Албании и т. д. В штате Орегон хромит присутствует в составе так называемых «черных» песков современного пляжа, а также в углублениях морских террас. Протяженность рудных тел 1,5 км, ширина 0,3–0,4 км, мощность 0,3–12 м. Содержание хромита 16–53 %. Источник «черных» песков – серпентинизированные ультраосновные породы Берегового хребта.

Лекция 4. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТИТАНА

КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. Титан был открыт английским химиком У. Грегори в 1791 г. в ильмените, а затем в 1795 г. немецким ученым М. Клапротом в рутиле (тогда титан получил свое название). В 1910 г. был получен чистый металл в процессе восстановления TiCl 4 натрием. Применение металлического титана и его сплавов стало возможным с 1938 г., когда Кролем для получения титана был разработан технологический способ восстановления TiCl 4 магнием и создана аппаратура для его промышленного производства.

Чистый титан – это яркий серовато-серебристый металл, имеющий прочность легированной стали, но вдвое легче ее. В отличие от стали вязок, пластичен, поэтому хорошо поддается механической обработке (прокату, ковке, резанию). Устойчив против коррозии, термостоек (температура плавления 1668º С, температура кипения – 3260º С).

ГЕОХИМИЯ. Кларк титана в земной коре 0,45 %. Повышенные концентрации его отмечаются в основных (0,9 %) и средних (0,8 %) интрузивных породах. Известно пять изотопов титана: 46 Ti– 50 Ti, из которых наиболее распространен 48 Ti. В природных условиях титан четырехвалентен и встречается только в кислородных соединениях. Относясь к «семейству железа» титан в то же время характеризуется отчетливыми литофильными свойствами. Он проявляет тенденцию к рассеиванию в магнезиально-железистых силикатах, концентрируясь в габбро, горнблендитах и пироксенитах, а также в некоторых щелочных породах. В зоне гипергенеза минералы титана устойчивы и могут образовывать россыпи. В условиях выветривания и осаждения он имеет геохимическое сродство с Al 2 O 3 и концентрируется в бокситах кор выветривания, а также в морских глинистых осадках.

МИНЕРАЛОГИЯ. В настоящее время известно около 70 титановых минералов. Еще большее число минералов содержат титан в качестве примеси. Промышленное извлечение титана производят в основном из ильменита и рутила. Ильменит FeTiO 3 (содержание Ti 31,6 %). Обычно в нем наблюдается примесь Mg и Mn, кристаллизуется в тригональной сингонии, характерны таблитчатые кристаллы. Цвет минерала черный, блеск полуметаллический, твердость 5–6, удельная масса 4,7 г/см 3 . Рутил TiO 2 (Ti 60 %), содержит примесь Fe, Ta, Nb, Sn и др. Кристаллизуется в тетрагональной сингонии, кристаллы призматические, столбчатые, игольчатые. Цвет минерала желтый, красный, черный, черта светло-бурая, блеск алмазный и металловидный, твердость 6, удельная масса 4,3 г/см 3 . При комплексной переработке руд его извлекают из других титансодержащих минералов: титаномагнетита – Fe 3 O 4 +FeTiO 3 , перовскита – CaTiO 3 , лопарита – (Na,Ce,Ca) (Nb,Ti)O 3 . В небольших количествах титан получают также из лейкоксена и сфена.

ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Титан в настоящее время находит применение во многих отраслях промышленности. Сплавы его с небольшими добавками алюминия, хрома, марганца и других металлов имеют высокую прочность, жаропрочность, малую плотность. Они являются важнейшими конструкционными материалами для деталей ответственного назначения, используемых в «тяжелых условиях» – при высоких или очень низких температурах, в морской воде и во влажном морском воздухе.

Титан и его сплавы применяются для изготовления многих деталей самолетов, морских судов, а также в химической промышленности. Особой прочностью характеризуются титан-ванадиевые сплавы, которые используются в ракетостроении и космической технике, например, для изготовления баллонов высокого давления, топливных систем ракет «Апполон», «Сатурн», корпусов двигателей космических кораблей и др. Сплавы титана находят применение при изготовлении быстрорезов (скоростное резание металлов), титановых белил и эмалей, для производства дымообразователей, получения гипохлорита натрия NaClO (используется для обезвреживания циансодержащих сточных вод).

Кондиционными на титан являются россыпные месторождения с содержанием не менее 20 кг/т в пересчете на «условный ильменит», а для коренных месторождений – руды, дающие при механическом обогащении выход ильменитового концентрата не менее 10 % или рутилового не менее 1,5 % от массы исходной руды.

РЕСУРСЫ И ЗАПАСЫ. Ресурсы титана выявлены в 48 странах мира и оцениваются в 1,2 млрд т (в пересчете диоксид титана – TiO 2), в том числе в ильмените – около 1 млрд т, остальные – главным образом в рутиле и анатазе. Большая часть ресурсов титана сосредоточена в недрах Австралии, Индии, Канады, Китая, Норвегии, США, Республики Корея, Украины и ЮАР.

По общим запасам титана полной статистической информации нет. По данным ГНПП «Аэрогеология» Министерства природных ресурсов РФ мировые (без России) подтвержденные запасы на начало 1997 г. составили около 735 млн т. Они распределяются следующим образом: Азия – 422,3 млн т (57,4 %), Америка – 142,5 млн т (19,4 %), Африка – 72,1 млн т (9,8 %), Европа – 60,8 млн т (8,3 %), Австралия и Океания – 37,3 млн т (5,1 %).

Запасы коренных (магматических) месторождений составляют около 69 % мировых (без России), месторождения кор выветривания – 11,5 %, россыпных месторождений – 19,5 %. На долю запасов в ильмените приходится более 82 %, в рутиле – 6 % и в анатазе – менее 12 %. Ильменит-магнетитовые и ильменит-гематитовые руды коренных месторождений составляют основу минерально-сырьевой базы титановой промышленности Канады, Китая и Норвегии. Месторождения коры выветривания карбонатитов разрабатываются пока только в Бразилии. В остальных странах основные запасы титановых минералов сосредоточены в россыпях, а также комплексных месторождениях.

В настоящее время в мире выявлено более 300 месторождений титановых минералов, в том числе 70 – магматических, 10 – латеритных и более 230 россыпных. Из них разведано по промышленным категориям 90 месторождений, преимущественно россыпных.

По запасам диоксида титана промышленные месторождения подразделяются на следующие группы: 1) очень крупные (уникальные) с запасами превышающими 10 млн т; 2) крупные – 1–10 млн т; 3) средние – от 100 тыс. т до 1 млн т; 4) мелкие – от 50 до 100 тыс. т.

ДОБЫЧА И ПРОИЗВОДСТВО. В 1995–2000 гг. добыча титановых руд и титансодержащих песков осуществлялась в 12 странах. Действовало 23 карьера и один рудник. Коренные месторождения разрабатывались в Норвегии (Теллнес) и Канаде (Аллард-Лейк), в Китае – коренное месторождение (Панчжихуа) и россыпные, в Бразилии – латеритное (Каталан-1) и россыпные, в остальных странах – только россыпные.

Извлеченные из недр руды и пески либо обогащались с получением ильменитового, рутилового, анатазового и лейкоксенового (а также цирконового, моноцитового и др.) концентратов, содержащих до 45–70 % TiO 2 , либо подвергались плавке с выходом титанового шлака (до 85 % TiO 2) и чугуна или переработке на синтетический рутил.

Мировыми лидерами по производству концентратов являлись Австралия (51,6 % мирового производства) и Норвегия (17,3 %). Суммарные мощности обогатительных фабрик дальнего зарубежья в 1997 г. превышали 5,3 млн т / год и использовались на 75–80 %. Для освоения новых месторождений строятся или проектируются фабрики в Австралии, Вьетнаме, Мозамбике и ЮАР.

МЕТАЛЛОГЕНИЯ И ЭПОХИ РУДООБРАЗОВАНИЯ. Месторождения титана формировались главным образом на ранней стадии геосинклинального этапа в связи с отчетливо дифференцированными интрузиями пород габбро-пироксенит-дунитовой формации. Они залегают в форме лополитообразных или плитообразных тел, приуроченных к зонам глубинных разломов, развитым в областях сочленения древних платформ с протерозойскими и раннепалеозойскими складчатыми сооружениями. С зонами активизации древних платформ связано образование многофазных плутонов щелочного и ультраосновного состава с лопаритовым, перовскитовым и титаномагнетитовым оруденением. В процессе разрушения ильменит-рутил- и анатазсодержащих пород возникли латеральные, проалювиальные и аллювиальные россыпи.

Титановые месторождения формировались в различные эпохи – от докембрийской до кайнозойской включительно. Докембрийская эпоха являлась наиболее благоприятной для образования крупных коренных месторождений титаномагнетитовых и ильменитовых руд. Они сосредоточены в пределах древних платформ или областей развития докембрийских образований, где пространственно связаны с ультрабазитами и базитами нормального ряда. Особенно широко распространены эти интрузивные комплексы на Африканском, Канадском и Балтийском щитах и Австралийской платформе. Крупнейшие месторождения находятся в ЮАР и приурочены к Бушвельдскому комплексу пород габбро-перидотитовой формации, абсолютный возраст которых определен 1950 ± 100 млн лет. Такой же возраст имеет комплекс основных и ультраосновных пород Танзании, с которыми связаны также крупные месторождения титаномагнетита. В США в штате Нью-Йорк в Адирондакских горах расположено месторождение Тегавус, которое обеспечивает около 50 % добываемого в стране ильменита. Многочисленные месторождения титана докембрийского возраста выявлены в Канаде. Наиболее крупные из них – Аллард-Лейк, Лейк-Тио, Миллс, Пьюиджелон и другие, расположены в провинции Квебек. В России месторождения титаномагнетитовых руд известны в Карелии (Пудожгорское, Койкарское), в пределах габброидного пояса западного склона Южного Урала (Кусинское, Медведевское, Копанское и другие месторождения).

Раннепалеозойская эпоха была неблагоприятной для образования промышленных месторождений титана. Сравнительно небольшие месторождения известны на Урале, в Северной Европе и Южной Африке.

В позднепалеозойскую эпоху сформировалось весьма ограниченное количество промышленных месторождений. К ним относится Ярегское месторождение в Республике Коми. Источником производства титановых концентратов могут также стать апатит-нефелиновые руды Хибинского месторождения.

В мезозойскую эпоху промышленные месторождения титана практически не образовывались.

Кайнозойская эпоха ознаменовалась формированием крупных аллювиальных и прибрежно-морских россыпей титана. Они обычно содержат в значительных концентрациях ильменит, рутил, циркон, магнетит, титаномагнетит и лейкоксен, реже монацит и колумбит. Особенно широко россыпи распространены в Индии, Австралии, США и ЮАР. В Индии наиболее крупные россыпи сосредоточены на Траванкурском побережье в юго-западной части полуострова Индостан. Вдоль побережья россыпи («черные пески») прослеживаются в полосе протяжением 160 км, при средней ширине 150 м и мощности до 7,5 м. В Австралии разрабатываются прибрежные морские россыпи, протягивающиеся в виде полосы длиной более 1200 км от о. Фрезерс в штате Квинсленд до г. Сиднея (штат Новый Южный Уэльс). Среднее содержание минералов в тяжелой фракции составляет (%): рутила 20–45, ильменита 14–50, циркона 26–53, монацита 0,2–2,0. Общие запасы этих минералов, подсчитанные по 16 наиболее крупным месторождениям, оцениваются в 2,4 млн т, в том числе рутила 750 тыс. т и ильменита 660 тыс. т.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. Среди промышленных месторождений титана выделяются: 1) магматические, 2) россыпные, 3) выветривания, 4) осадочно-вулканоген-ные, 5) метаморфогенные.

Магматические месторождения по составу материнских пород делятся на два класса: 1) связанные с основными и ультраосновными массивами и 2) с комплексами щелочных пород. Крупные месторождения титаномагнетитовых руд широко распространены в пределах Южно-Африканского, Канадского, Балтийского и Индостанского щитов. Типичными являются месторождения, залегающие в норитах Бушвельдского комплекса. Здесь пластообразные рудные тела мощностью 0,3–0,6 м прослеживаются по простиранию на многие километры. Они содержат 51–60 % Fe и 12–20 % Ti. В России типичным титаномагнетитовым месторождением, связанным с габбро, является Кусинское, а приуроченное к пироксенитам среди габбро – Качканарское.

Кусинское месторождение (Южный Урал) залегает в дайкообразном массиве основных пород, внедрившихся по контакту карбонатных пород саткинской свиты и гранитогнейсов. Габброидный массив, вмещающий рудные тела, сильно дифференцирован. Среди пород массива наиболее широко развиты габбро (обычно полосчатые габбро), состоящие из лейкократовых и меланократовых полос; подчиненное значение имеют горнблендиты и пироксениты, а также анортозиты и габбро-пегматиты.

Большинство рудных тел Кусинского месторождения имеет жилообразную форму и располагается в центральной части рудоносной полосы. Простирание рудных жил соответствует общему направлению рудоносной полосы, т. е. примерно северо-восточное (40–50º). Главные рудные жилы прослеживаются на 2–2,5 км. Мощность их изменяется от 0,5 до 10 м (в среднем 3,5 м); падение жил юго-восточное под углом 70–80º, местами вертикальное. Руды сложены магнетитом (60–70 %) и ильменитом (20–30 %) с незначительной примесью борнита, халькопирита, хлорита, пироксенов, гематита, пирита и др. Они содержат 50–57 % Fe, 10–20 % TiO 2 , 1–2 % Cr 2 O 3 , 0,12 % S, а также заметные количества V. Ванадий связан с магнетитом и присутствует в виде изоморфной примеси, а также входит в состав ванадийсодержащего магнетита – кульсонита.

Россыпные месторождения. Среди них различают два класса: прибрежно-морские и континентальные. Главное значение имеют прибрежно-морские ильменит-рутил-цирконовые россыпи. Из современных прибрежно-морских россыпей рутил и ильменит добывают в Австралии, Индии, Шри-Ланка, Сьерра-Леоне, Бразилии и США. Наиболее интересны в промышленном отношении пляжевые россыпи Австралии в центральной части восточного побережья, где они с перерывами прослеживаются более чем на 75 км. Ширина их достигает 800 м, мощность продуктивного пласта – 1,8 м. Содержание рутила 18–20 кг/м 3 , ильменита 15–16 кг/м 3 .

Древние прибрежно-морские россыпи представлены слабо сцементированными или уплотненными рудными песками мезо-кайнозойского возраста. Типичным представителем являются Средне-Днепровские месторождения циркон-рутил-ильменитовых песков Украины. Они образовались за счет размыва мощной мезозойской коры выветривания метаморфических пород Украинского кристаллического щита, последующей сортировки и переотложения продуктов выветривания на бортах Днепровско-Донецкой и Причерноморской впадин в третичный период.

Континентальные россыпи распространены преимущественно в аллювии, элювии и пролювии четвертичных, палеогеновых и нижнемеловых отложений. Рудные тела аллювиальных россыпей, как правило, имеют форму лентовидных залежей, приуроченных к долинам рек. По минеральному составу континентальные россыпи обычно полимиктовые (ильменит, кварц, полевой шпат, каолинит и др.). Размеры зерен ильменита 0,1–0,25 мм и более. Окатанность их слабая. Содержание ильменита в промышленных континентальных россыпях варьирует от 20–30 до 200–500 кг/м 3 .

Месторождения выветривания. Эти месторождения возникают в условиях жаркого и влажного климата при выветривании габбро-анортозитовых и метаморфических пород, содержащих повышенные концентрации ильменита и рутила. При этом зерна рудных минералов сохраняют первичную форму кристаллов (они не окатаны). Мощность кор выветривания достигает нескольких десятков метров. Типичным примером может служить Стремигородское месторождение, образовавшееся при выветривании габбро-анортозитового массива на Волыни (Украина). Кора выветривания здесь обогащена только ильменитом, содержание которого достигает 300–500 кг/м 3 . На Кундыбаевском месторождении в Казахстане , образовавшемся в процессе выветривания метаморфических пород, в коре выветривания содержится до 180 кг/м 3 ильменита и до 75 кг/м 3 рутила.

Осадочно-вулканогенные месторождения. Они тесно связаны с титаноносными вулканогенно-осадочными образованиями и встречаются сравнительно редко. Наиболее типичным представителем является месторождение Нижний Мамон , расположенное в Воронежской области. Район месторождения сложен осадочными и вулканогенно-осадочными породами палеозоя, мезозоя и кайнозоя, залегающими на докембрийском кристаллическом фундаменте. Продуктивными являются отложения ястребовского горизонта девона. Глубина залегания его 50–70 м. Мощность вулканогенно-осадочных образований варьирует от 2–3 до 35 м. Наибольшее количество ильменита приурочено к грубообломочным туфам, туффитам и туфопесчаникам, в которых эффузивные обломки представлены преимущественно породами основного состава. Цементом служит магнезиально-железистый хлорит. Наиболее обогащены ильменитом (иногда до 50 % массы) грубообломочные разности туфогенных пород. Размеры зерен ильменита составляют, как правило, 0,25–0,30 мм. Образование вулканогенных пород, содержащих ильменит, по-видимому, происходило в мелководном морском бассейне вследствие проявления подводной вулканической деятельности.

Метаморфогенные месторождения. Среди них различают метаморфизованные и метаморфические месторождения титана.

Метаморфизованные месторождения возникли в результате метаморфизма продуктивных песков и превращения их в песчаники и кварциты. Они известны в пестроцветных лейкоксен-кварцевых песчаниках девонских отложений Тимана. Здесь наиболее крупным является Ярегское месторождение, представляющие собой погребенную метаморфизованную девонскую россыпь. Развиты два рудоносных горизонта: нижний сложен грубо- и крупнозернистыми кварцевыми песчаниками с прослоями алевролитов и аргиллитов, верхний – полимиктовыми конгломератами и разнозернистыми кварцевыми песками. Рудные минералы представлены полуокатанными зернами лейкоксена и единичными зернами ильменита. Из зарубежных метаморфизованных месторождений наиболее известно Робинзон Коп в США (штат Виргиния). Здесь среди песчаников кембрия встречаются линзообразные тела, обогащенные рутилом и ильменитом, составляющими в сумме до 50 % объема этих тел.

Метаморфические месторождения титана приурочены к древним кристаллическим сланцам, гнейсам, эклогитам и амфиболитам. Образуются они в результате метаморфизма различных пород, обогащенных титаном. К этому классу относятся: месторождение Харворд (США), где продуктивными являются докембрийские хлоритовые сланцы, содержащие до 20 % рутила; месторождение Плюмо-Идальго в Мексике (докембрийские гнейсы с содержанием рутила до 25 %); месторождения Среднего Урала (Кузнечихинское), Кольского полуострова и др.

МЕСТОРОЖДЕНИЯ И РУДОПРОЯВЛЕНИЯ В БЕЛАРУСИ . В Беларуси в 1966 г. открыто сравнительно небольшое по запасам Новоселковское месторождение ильменит-магнетитовых руд, связанное с интрузией габбро. В рудах содержание TiO 2 составляет 4,2–6,0 %. По данным института «Гипприрода» (Санкт-Петербург) с железными рудами месторождения связано 4,06 млн т TiO 2 .

Известно пять рудопроявлений титана и циркония, приуроченных к кварц-глауконитовым пескам палеогена: Микашевичское, Житковичское, Кобринское, Ковыжевское и Глушкевичское. Микашевичское проявление тяготеет к Микашевичско-Житковичскому выступу пород кристаллического фундамента. Зона ископаемых россыпей шириной 4–5 км простирается в субширотном направлении на 23 км. Продуктивные песчаные горизонты киевской свиты залегают в интервале глубин 45–53 м. Средние и максимальные содержания составляют соответственно (кг/м 3): ильменита 7,08 и 8,46, циркона – 2,11 и 2,48.

Марганец встречается в природе в форме минералов. Более 300 наименований минералов содержат какое-то количество марганца, но лишь незначительное число минералов содержит его в большом количестве и эти минералы являются основным компонентом перспективных для разработки руд. Минералогия марганца сложна, поскольку марганец встречается в двухвалетной, трехвалетной и четырехвалентной форме. Наиболее часто встречающимися марганцевыми минералами являются оксиды, карбонаты, а также более редкие силикаты и сульфиды. Другие минералы также присутствуют в руде, например фосфаты, арсенаты, бораты и т.д. В связи с различной степенью окисления, часть оксидов марганца включает крупные щелочные и щелочноземельные ионы (K + , Ba 2+) в своей пространственной решетке. В результате этого, промышленные руды содержат большое количество примесей и нежелательных элементов. Некоторые элементы невозможно удалить при добыче и обогащении руды.

В большинстве руд марганец находится в четырехвалентном состоянии в качестве оксидов и гидроокисей. При их образовании происходит поглощение кислорода из воздуха и, в связи с этим, расположение месторождений этого типа руд привязано к определенным геологическим явлениям, которые происходят вблизи земной поверхности, такими как эрозия, осаждение и вулканизм. Пиролюзит (MnO 2) и криптомелан (KMn 8 O ie) являются наиболее важными из четырехвалентных марганцевых минералов. Далее следует псиломелан (=романешит). Это аморфный гидроксид со смешанной валентностью марганца, а также с варьируемым содержанием оксидов бария и калия.

Описание марганцевых минералов, залежи которых достаточны для промышленной разработки и пригодны к дальнейшей переработке представлены в таблице 3.1. Браунит и браунит II являются широко распространенными силикатными минералами, встречающимися вместе с биксбиитом, гаусманитом и пиролюзитом в таких месторождениях как Постмасбург (Postmasburg) и месторождение Калахари в Южной Африке, где браунит является основным марганцевым минералом. Родохрозит (марганцевый шпат) является типичным углеродосодержащим минералом в различных рудах.

Месторождения марганцевых руд

В мире существует ограниченное количество разрабатываемых месторождений марганцевых руд.

Осадочные отложения являются основным источником промышленно добываемого марганца. Минералы формируются в результате химических процессов, происходящими в процессе формирования морских отложений. Марганец откладывается в виде оксида, гидроокиси или карбоната марганца. Карбонатные отложения ассоциируются с углеродистыми и графитными скалами, которые формируются в восстановительной среде. Напротив, оксидные депозиты, в основном, ассоциируются с более грубыми кластическими (обломочными) отложениями, формирующимися под влиянием высококислотной среды в присутствии свободной циркуляции воды. Оксидные отложения обычно имеют более высокое качество руды, они встречаются чаще, чем карбонатные месторождения. Считается, что во многих оксидных и карбонатных залежах качество (сорт) руды повышается в зависимости от концентрации отложений.

Самыми крупными марганцевыми месторождениями осадочного типа являются Никопольский район в Украине, Чиатурский район в Грузии, район Калахари в Южной Африке и район Грут Эйланд в Австралии. В основном, это оксидные залежи, хотя некоторые из них имеют и карбонатные фации. Месторождение Моланго в Мексике является примером крупного карбонатного депозита.

Во влажных тропических регионах находят скопления отложений и латериты, в которых интенсивное выветривание очистило первичные марганцевые формирования от примесей, что способствовало образованию высококачественных оксидных отложений. Часто первичные отложения образуются в виде углеродистого марганца; примером таких месторождений являются Бразильское Серро до Навио района Амапа, Нсута в Гане и Моанда в Габоне.

Самые большие в мире марганцевые отложения были найдены на дне моря, которые залегают в виде марганцевых конкреций. Впервые они были обнаружены в 1870 году, но только в последнее время их стали рассматривать в качестве пригодных к разработке. Марганцевые конкреции имеют диаметр 0.5-20 cм, в них содержится приблизительно 15-30% Mn и 5-10% Fe. В дополнение, они содержат небольшое, но коммерчески привлекательное количество Ni, Cu и Co, а также другие элементы. Несколько организаций активно занялись разработкой этих ресурсов, однако им все еще предстоит разрешить ряд технологических и юридических проблем.

Самые крупные из наземных залежей марганцевой руды находятся в Южной Африке, Австралии, Габоне, Бразилии, Китае, Индии, Украине, Казахстане и Грузии.

Южная Африка : Месторождение Калахари содержит 78% мировых наземных запасов марганцевой руды. Основные залежи расположены в районах Постмасбург и Куруман-Калахар, в тысяче киллометров от ближайших портов. В многочисленных шахтах, таких как Маматван и Весселз добываются различные виды металлургических или железистых руд. Эти шахты управляются компанией Саманкор Манганиз (Samancor Manganese) (владельцы – компании BHP Billiton и Anglo American). У этих шахт разная минералогия. Руда Маматвана богата карбонатами, в основном, кальцитом и доломитом, в то время как основным марганецсодержащим минералом является браунит. Руда шахты Весселз состоит, главным образом, из оксидов, в основном браунита и браунита II, а также в ней присутствуют гаусманит, биксбиит, и гематит. Соотношение Mn/Fe в руде Маматванской шахты выше, частично по причине того, что браунит содержит значительно меньше железа чем браунит II. Шахты в Нозерн Кейп, Нчванинг и Глории (Northern Cape, Nchwaning, Gloria) управляются компанией Ассманг Манганиз Дивижн (Assmang Manganese Division) (владельцы — Anglowal и Assore). Руды в этих шахтах имеют высокую основность и высокое содержание углеродистых материалов.

Австралия : Грут Ейландское месторождение, находящееся в управлении компанией Джемко (Gemco), расположено на острове в заливе Карпентария на севере Австралии. Джемко, в свою очередь, подчиняется компании Саманкор Манганиз (Samancor Manganese), являющейся одним из подразделений компании BHP Billiton’s and Anglo American’s и ее глобального марганцевого бизнеса. Руда богата пиролюзитом и криптомеланом, встречаются также и другие четырехвалентные оксиды марганца, например псиломелан (=романешит) и голландит, что обуславливает присутствие бария. Содержание калия приблизительно пропорционально содержанию криптомелана. Руда также содержит глинистые минералы, в особенности каолинит (Al 2 Si 2 O 5 (OH)4), являющийся еще одним источником воды в руде помимо криптомелана. Значительное количество руды проходит обогащение.

Габон : Месторождение Моанда расположено в районе Франсвиля. Это очень значительное месторождение руды высокого качества. Минералогия сходна с минералогией Грут Ейландского месторождения, однако руда более пориста. Владелец шахты – Эрамет Манганиз (Eramet Manganese), торговая марка — Comilog.

Бразилия : В Бразилии несколько марганцевых месторождений, но основное производство было начато в 2001 году на шахтах Игарап Азул и Урукум. Обе шахты принадлежат компании Companhia Vale do Rio Doce (CVRD). Игарап Азул Igarape является шахтой открытой разработки, она расположена в тропическом лесу, в 25 км от Карахаса, штат Пара на северо-востоке Бразилии. Руда состоит из криптомелана, тодорокита и пиролюзита. Другая шахта, Урукум, расположенная вблизи Боливийской границы, является шахтой закрытого типа. Другая известная шахта – Амапа – была закрыта в конце 1997 года в результате полной выработки руды.

Китай : обладает самой большой добычей марганцевой руды в мире (Таблица 3.3 и Схема 3.2). Разведанные запасы составляют 13% общемировых. За последние 30 лет произошло существенное увеличение добычи марганцевой руды. Около 60 китайских месторождений имеют запасы в количестве 2 миллионов тонн каждое. В дополнение к этому, имеется некоторое количество месторождений меньшего размера. Рудные депозиты преимущественно располагаются в трех провинциях: Гуанкжи, Хунан, Гуижу. Из всех месторождений, только одно (Guangxi Xialei) имеет запасы превышающие 100 миллионов тонн, а на 6 других запасы превышают 20 мил. тонн. Среднее содержание марганца в китайских месторождениях 22%, высоким также является содержание фосфора и железа.

Индия : В индийских штатах Орисса, Карнатака, Мадхья Прадеж, Махараштра и других имеются многочисленные небольшие месторождения марганца. В 2000 эксплуатировалось 135 марганцевых шахт. Большая часть добываемой руды является низко и среднесортной с достаточно низким содержанием марганца. Когда-то Индия была одним из главных экспортеров марганцевой руды. В связи с выработкой месторождений, в настоящее время от 80 до 90% металлургических руд используется на внутреннем рынке производства ферросплавов. Остальная часть, в основном это руды со средним содержанием марганца, экспортируется за границу.

Украина : Никопольское месторождение является самым крупным на территории бывшего Советского Союза. В 2003 году на территории этого месторождения работало 11 шахт. Никопольские руды состоят на 75% из карбонатного типа с содержанием марганца 20%, около 17% оксидного типа, в которых содержится 28.5% марганца, и около 8% оксидных и карбонатных руд с содержанием марганца 25.1%.

Казахстан : располагает несколькими месторождениями. С середины 1990 годов добыча руды значительно возросла (Таблица 3.3). Приблизительно 70% руд карбонатно-силикатно-оксидного типа с содержанием марганца около 20% и около 20% руд являются оксидными с содержанием марганца порядка 23%. Хотя в Казахских рудах низкое содержание марганца, в них содержится мало таких вредных примесей как фосфор, сера и другие. Большинство добываемых руд используется для внутреннего производства силикомарганца.

Грузия : Чиатурское месторождение имело большое значение для бывшего Советского Союза, где добывалось 25% от общего количества марганца. В настоящий момент оно малорентабельно (Таблица 3.3). Содержание марганца низко и составляет 17-25%. Руды с высоким содержанием марганца почти полностью выработаны. В настоящее время руда добывается преимущественно для внутреннего производства ферросплавов.

Марганцевые руды пригодные для коммерческого использования

Марганцевые руды разделяются по содержанию марганца, железа и различных примесей. Основными типами являются:

Металлургические руды – содержат более 35% марганца, некоторые до 50%. Руды высокого сорта содержат более 48% марганца.
Железистые руды –содержат 15-35% марганца и большое количество железа.
Марганцовистые руды –по сути, это железные руды с 5-10% содержанием Mn.

Металлургические руды чаще всего используются для производства высокоуглеродистого ферромарганца и силикомарганца., а остальные 2 типа руд, в основном, применяются в домнах для регулирования количества марганца при производстве чугуна.

Металлургические руды добываются как в открытых, так и закрытых месторождениях при помощи обычных методов разработки. Поскольку количество высокосортных руд сократилось, степень переработки руд увеличилась. На практике все металлургические руды подвергаются обогащению. Руды дробятся,
просеиваются и промываются (в случае необходимости); иногда используется обогащение в тяжелой среде для руд с высоким содержанием кремния и алюминия. Среднее количество марганца, которое удается восстановить в результате этой операции составляет между 60% и 75%.

Металлургические руды содержат от 40% до 50% марганца. Другим важным параметром является соотношение марганца к железу. Для производства стандартного ферромарганцевого сплава с содержанием марганца 78% требуется весовое соотношение Mn/Fe=7.5. Также есть ограничения по количеству примесей кремния и алюминия, поскольку чрезмерное образование шлака в печи увеличивает потребление электроэнергии. Руды, содержащие более 10% SiO 2 пригодны для производства силикомарганца. Поскольку большая часть фосфора (P), содержащегося в руде, переходит в готовый продукт, количество фосфора в исходном материале является ключевым параметром при выборе марганцевой руды. Руде может быть присвоен высший сорт при содержании фосфора менее 0.1%. Марганцевые руды из Южной Африки отличаются низким содержанием фосфора. Важны и другие физические и химические свойства, такие как содержание летучих веществ и избыточного кислорода. Сера не представляет проблемы ни для металлургического процесса, ни для окружающей среды поскольку образует сульфид марганца, который выходит вместе со шлаком.

Большинство шахт имеют предприятия по агломерации руд, на которых мелкие фракции подвергаются агломерации. Такие материалы находят широкое применение в железномарганцевых печах, поскольку они механически прочны и термически устойчивы, что позволяет газу равномерно распределяться в зоне
предварительного нагрева и восстановления. Агломерация также способствует экономии электроэнергии в случае с карбонатными рудами. Если же агломерируются оксидные руды, большая часть полезного тепла, выделяющегося в результате экзотермического предвосстановления, теряется и потребление энергии возрастает.

В тех случаях, когда марганцевые ферросплавы производятся либо в электродуговых печах с погруженной дугой, либо в домнах, используется смесь разных типов руд. Выбор руд зависит как от хим и физического состава, так и от экономических соображений. Часто производители марганцевых ферросплавов используют компьютерные программы для определения оптимальной комбинации руд. Таблица 3.2 показывает усредненный анализ некоторых из используемых смесей металлургических руд. Из таблицы видно, что между рудами есть существенные различия в хим составе.

Торговля марганцевой рудой

В 1944 году производство марганцевой руды составляло всего 2.8 миллиона тонн. На протяжении последующих 40 лет производство увеличилось до 25 миллионов тонн в 1985 г. В среднем производство возрастало на 5.5% в год. В последующие годы производство несколько сократилось и составило 21.5 миллиона тонн в 2001 г.. В эти годы не происходил рост добычи марганцевых руд. Это было связано с тем, что были осуществлены технологические инновации в производстве стали. В последние годы опять наблюдается рост добычи руды. В 2004 производство достигло 29 млн. тонн. В таблице 3.3 представлены объемы добычи руды с 1970 по странам. Запасы высококачественных руд с содержанием марганца более 44%, в основном, сосредоточены в Австралии, Бразилии, Габоне и Южной Африке и составляют более 90% от общемировых. Значительное увеличение добычи произошло в Австралии начиная с 1970 г., в то время как добыча в Южной Африке, Бразилии и Габоне оставалось на одном уровне. Гана и Индия, в прошлом крупные поставщики руды в Западные страны, в настоящее время экспортируют ограниченное количество бедных руд и руд среднего качества. В Мексике руда добывается, в основном, для внутреннего пользования.

В 1970 г. Страны бывшего СССР поставляли одну треть от мирового производства марганцевых руд. В настоящее время в этих странах остались лишь месторождения низкомарочных руд, которые требуют обогащения перед коммерческим использованием.

Украина, Грузия и Казахстан производят меньше половины того количества, которое приходилось на СССР. Лишь ограниченное количество руды экспортируется и ожидается, что экспорт будет сокращаться. В Китае нет высококачественной руды, в результате чего ее приходится импортировать из Ганы, Габона и Австралии и смешивать с местной рудой.

В 2003 году мировая добыча марганцевой руды осуществлялась следующими странами: Южной Африкой, Австралией, Бразилией, Украиной, Габоном, Китаем, Индией, Казахстаном и, в меньшей степени, Ганой и Мексикой (рис 3.)

По добыче в марганцевом исчислении на первом месте находилась Южная Африка, по общему тоннажу добываемой породы – Китай.

Все развитые страны полностью зависят от импорта руды для удовлетворения спроса в марганце. Частично они импортируют руду и частично ферромарганец. Австралия, Бразилия, Габон и Южная Африка вместе поставляют 90% всего импорта марганцевой руды Западными странами.

Из всех крупных стран-потребителей ферромарганца только Франция имеет производственные мощности, превышающие нужды внутреннего рынка и имеет возможность продавать большое количество на экспорт. Норвегия, используя свои большие возможности по выработке гидроэнергии, создала одну из наиболее значительных в мире промышленностей по производству ферросплавов. Норвегия является одним из крупнейших экспортеров ферромарганца.

Сейчас наметилась тенденция по переносу ферросплавной промышленности в страны с рудными месторождениями. Это можно объяснить желанием рудодобывающих стран перерабатывать сырье самим и, таким образом, увеличивать его стоимость. В дополнение к этому, рудодобывающие страны хотели бы воспользоваться низкой стоимостью местной электроэнергии. Скорее всего, эта тенденция сохранится в ближайшие годы.

Марганец широко встречается в различных кристаллических породах, в которых он, подобно железу, растворяется и вновь выделяется в виде окислов, гидроокисей или карбонатов. Первичные месторождения в виде силикатных минералов довольно велики, но они разлагаются водой во время ливней, особенно в тропиках.
Разработка марганцевых руд, находящихся в Бразилии и Индии, ведется большей частью открытыми работами; встречающиеся в этих местах марганцевые руды представляют собой в основном окислы в гидратной или дегидратной формах, в меньшей степени наблюдаются силикаты или карбонаты.
Пиролюзит (MnO2) - относительно мягкий серовато темный рудный минерал. Содержание марганца в чистом минерале 63,2%, удельный вес его - 4,8.
Псиломелан содержит 45-60% Mn, полагают, что этот минерал представляет собой коллоидную форму MnO2, в кото рой адсорбированы примеси- вода и окислы натрия, калия и бария. Минерал средней твердости, удельный вес его 3,7-4,7. Месторождения этих руд имеют массивную форму залегания.
Mанганит (Mn2O3*H2O) - минерал, содержит 62,4 % Mn, темно-серого цвета, переходящего в черный, имеет среднюю твердость и удельный вес - 4,2-4,4.
Браунит (SMn2O3*MnSiO3)-содержит 62% Mn и до 8-10% окиси кремния. Минерал твердый, удельный вес - 4,8.
Гаусманит (Mn3O4) - минерал встречается в руде первичных отложений, обычно в виде прожилок в вулканических породах, темно-коричневого цвета, твердый, удельный вес - 4,8.
Родохрозит, или диалогит (марганцевый шпат). Карбонат марганца с переменным содержанием железа, кальция и карбонатов магния. Содержание марганца может быть значительно увеличено путем предварительного обжига, ведущего к разложению карбонатов.
Родонит представляет собой силикат марганца; содержание в нем марганца 42%.
Бементит - гидрат силиката, содержащий 31% Mn и 5% окиси кремния.
Кроме упомянутых выше руд, имеющих определенный состав, встречаются руды переменного состава:
Марганцовисто-железиые руды имеют переменный состав; обычно они содержат до 40% Fe и 5% Mn.
Черная охра - землянистая, аморфная смесь, состоящая из окислов марганца, окислов железа, воды и других веществ, обычно мягкая и легкая, удельный вес 3,0-4,2.
Наконец, марганцовисто-железный цинк и серебряные руды также содержат значительное количество марганца; так, в США некоторая часть марганца производилась из марганцовистожелезного цинкового осадка, являющегося продуктом дистилляции цинка из марганцовисто-железной цинковой руды, так называемого франклинита (Fe, Zn, Mn) О, (Fe, Мn)2O3. Этот осадок содержит 14-15% Mn и около 40% Fe и является подходящим сырьем для производства шпигеля (зеркального чугуна).

Классификация марганцевых руд

Марганцевые руды отличаются непостоянством состава, особенно по содержанию марганца и железа. Так как 95% всей добываемой марганцевой руды используется в металлургической промышленности, руды классифицируются по содержанию марганца и по типу ферросплава, для производства которого они должны быть использованы.
Обычная классификация такова:
Марганцевые руды, содержащие более 35% Mn. Они пригодны для производства различных сортов ферромарганца.
Железисто-марганцевые, или шпигельные, руды, содержащие 10-35% Mn, используемые для производства шпигеля (зеркального чугуна).
Марганцовисто-железные руды, содержащие 5-10% Mn, используемые для производства марганцовистого чугуна.

Месторождения марганцевых руд, их разработка и обогащение

Большинство марганцевых руд обнаружено в виде вторичных отложений. Марганец по мере растворения из кристаллических пород вновь осаждается в форме карбонатов, окисей или гидрата окисей.
Вторичные отложения являются осадочными или образуются в результате разложения других пород. Наиболее часто встречаются черная охра, браунит, манганит, пиролюзит или псиломелан.
Имеются также некоторые первичные месторождения марганцевой руды, представленные силикатными минералами.
Они приобрели значение в экономике таких стран, как Индия, Бразилия и Гана, где силикаты разложились на поверхности при действии на них воды во время тропических ливней. Разрабатываются такие месторождения обычно открытыми способами, хотя в России имеются штольневые разработки на склонах гор; в Индии и Бразилии также иногда встречаются подземные разработки.
Руда обычно поступает к потребителю в необработанном (сыром) виде после небольшой сортировки, проводимой вручную. Однако некоторые руды, особенно руды низкого качества, требуют дробления, сортировки и промывки, часто необходимой для удаления пустой породы. На рис. 1 показано, как производятся промывка и ручная сортировка марганцевых руд при разработке месторождения Бхандара (Центральная Индия).

В США практикуется обогащение руды низкого качества флотационными методами, которые используются обычно применительно к карбонатным и окисленным рудам. Согласно данным Дина, де Ванея и Когхилла, фирма Анаконда использует флотацию для получения низкофосфористых марганцевых концентратов из руд низкого качества месторождения Бьютт в Монтане. После агломерации концентрат содержит 60-62% Mn и около 7% окиси кремния. Мельчер сообщает, что среднее содержание марганца в руде, полученной этим способом в 1950 г., было равно 58,9%. Методы, используемые в США для обработки руд низкого качества (т. е. промывка и обогащение), детально описаны в работе Крейна. В центральных штатах Индии проводят также обогащение в тяжелых суспензиях.

Использование марганцевых руд

Использование в металлургии. Марганец в основном используется при производстве обычных углеродистых и специальных сталей с высоким содержанием этого элемента. Потребление марганцевой руды определяется колебаниями мирового производства стали. Это положение иллюстрируется графиками рис. 2, на котором приводятся данные о мировом производстве стали в 1920-1936 гг. и о мировой добыче марганцевой руды, отдельно даны сведения по странам британского влияния. При производстве стали марганец чаще всего используется в качестве раскислителя и десульфуратора. Действуя как раскислитель, марганец восстанавливает окислы железа и соединяется со свободным кислородом, способствуя таким образом получению относительно плотных слитков с меньшим количеством газовых пузырей. Взаимодействие марганца с серой предотвращает образование сульфидов железа, повышенное количество которых служит причиной хрупкости, особенно при горячей механической обработке. Окислы и сульфиды марганца образуют сравнительно жидкотекучий шлак, легко отделяемый от металла. Марганец добавляют в количествах, превышающих необходимое для раскисления и десульфурации, и таким образом происходит легирование стали марганцем, что обеспечивает ее повышенную прочность.

Марганец вводят в сталь также в виде ферросплавов, наиболее распространенный из которых - 80%-ный ферромарганец. Шпигель (зеркальный чугун) и чушковый марганцевый чугун используют в очень небольших количествах. В 1950 г., согласно данным Мельчера, американская промышленность израсходовала 703945 т ферромарганца и только 69201 т шпигеля. Обычный ферромарганец содержит 78-82% Mn; для специальных целей получают ферромарганец с более высоким содержанием марганца - до 95%. Шпигель обычно содержит 18-22% Mn. В электрических дуговых печах выплавляют также два других содержащих марганец сплава - силикомарганец и силикошпигель. Типичный химический состав этих сплавов следующий: а) силикомарганец: 55% Mn; 19% Fe; 25% Si; б) силикошпигель: 22% Mn; 65% Fe; 11% Si. Марганцевый чугун содержит 4-10% Mn.
Подсчитано, что с 1911 по 1930 г. расход марганца на каждую производимую тонну стали составил 5,68 кг. Это количество, согласно данным Гровса, продолжает увеличиваться, так как в практике сталеварения общепринятым является введение ферромарганца не в ковш, а в ванну, хотя при этом имеются большие потери марганца (переход его в шлак). Расход марганца увеличивается также в связи с расширением номенклатуры сталей, легируемых марганцем, и особенно специальных сталей с высоким содержанием этого элемента.
В Англии железнодорожные рельсы изготовляют из стали, содержащей 0,9-1,2% Mn, причем существующая практика предусматривает ежегодное производство рельсов в количестве нескольких сотен тысяч тони. Машиностроительная сталь, от которой требуется высокая прочность, обычно содержит 1,3-1,6% Mn в сочетании с другими элементами. Замечательными свойствами обладает высокомарганцовистая сталь, содержащая около 15% Mn и 1,25% С. Эта сталь была открыта Гадфильдом и обычно известна под названием стали Гадфильда. Сталь имеет аустенитную структуру и, следовательно, почти немагнигна, обладает высоким пределом прочности на растяжение после соответствующей термической обработки (96-112 кг/мм2) и прекрасным удлинением (50-70%). Сталь обнаруживает хорошую износостойкость в условиях работы на удар и используется в значительной степени для изготовления деталей экскаваторов и землечерпательных машин, железнодорожных крестовин и других деталей, работающих на износ в условиях ударных нагрузок, которым сталь также хорошо противостоит. Большое значение приобретает использование марганца в сплавах на нежелезной основе. Сплавы меди с марганцем нашли применение для изготовления турбинных лопаток, марганцовистые бронзы используются при производстве пропеллеров и других деталей, где необходимо сочетание прочности и коррозионной устойчивости. Почти все промышленные алюминиевые и магниевые сплавы обычно содержат некоторое количество марганца. Сплавы никеля с марганцем используются для ряда специальных назначений, например при изготовлении запальных свечей.
Использование марганца вне металлургической промышленности. Наиболее важное применение нашли окислы марганца при изготовлении электрических батарей. Для этих целей требуется пиролюзит высокого качества, который стоит гораздо дороже обычной руды, используемой для металлургических целей.
Двуокись марганца служит деполяризатором в гальваническом элементе типа Лекланше. Следовательно, руда должна иметь по возможности высокое содержание окисла и быть свободной от примесей, которые могут быть вредными для работы элемента. Растворимые примеси, электроотрицательные по отношению к цинку, такие, как медь, никель, кобальт и мышьяк, особенно вредны, так как при растворении они осаждаются на цинке, вызывают коррозию и порчу элемента. В этом отношении особенно вредна медь. Если примеси присутствуют в нерастворимой форме, то они с указанной выше точки зрения не вредны, но тем не менее приводят к увеличению сопротивления элемента, что также нежелательно. Окись железа инертна и допускается в качестве примеси в количествах до 3-4%; присутствие металлического железа нежелательно. Поэтому марганцевая руда для аккумуляторов проходит магнитную сепарацию для удаления железа. Пористые руды, имеющие большую удельную поверхность, предпочтительнее твердых и плотных, хотя последние в ряде случаев могут иметь повышенное содержание кислорода.
Обычно считают, что марганцевая руда для гальванических элементов должна содержать не меньше 84% двуокиси марганца; чаше всего содержание ее находится в пределах 85-90%. Однако руду с более низким содержанием двуокиси марганца также можно использовать в некоторых электрических устройствах; так, Мельчер указывает, что руда для батарей, привезенная из Монтана, содержит в среднем 66% двуокиси марганца. Советские руды (Кавказ) содержат до 90% двуокиси марганца и 0,5% железа и имеют более высокое качество. Полагают, что перекисная руда Ганы может быть использована для батарей, несмотря на то, что она обычно содержит 2-3% окиси железа.
Марганцевая руда используется также при производстве стекла и в керамической промышленности. При изготовлении стекла марганец применяют для уменьшения вредного действия железа, обычно присутствующего в применяемых песках. Вследствие наличия железа образуется силикат железа, который придает стеклу зеленый оттенок. Этот оттенок можно удалить, добавляя к стеклу двуокись марганца. Аналогичное действие оказывают соединения никеля, кобальта или селена, но предпочитают двуокись марганца из-за ее относительной дешевизны. Количество двуокиси марганца, вводимой в стекло, зависит от содержания железа в сырых материалах; обычно оно колеблется от 900 г до 6.7 кг на 450 кг песка. Марганцевая руда, используемая при производстве стекла, обычно содержит 85-90% двуокиси марганца и менее 1% железа; для получения стекла высокого качества иногда требуется руда с содержанием больше 90% двуокиси марганца и меньше 0,5% железа.
В случае, если двуокись марганца добавляют с избытком, стекло приобретает желтовато-зеленый цвет. При еще большем избытке двуокиси марганца стекло приобретает черный цвет; это свойство используют для получения темных и непрозрачных стекол, применяемых в декоративных целях. Такие стекла содержат около 3% двуокиси марганца.
В керамической промышленности двуокись марганца применяют для производства коричневых, темно-красных и черных глазурей, а также для изготовления цветного кафеля и кирпича.
Окислы марганца, его соли и органические соединения нашли значительное применение в красильной и полиграфической промышленности, где их используют в качестве маслопоглотителей.
Наконец, марганцевые соединения используют как красящие вещества, для производства иода, в химической промышленности, в качестве окислителя при производстве органических соединений и в сельском хозяйстве, так как марганец является важным элементом для питания растений. Ho данным Гровса, марганцовистые сульфаты интенсивного применялись в США, особенно в Техасе и на юге Флориды для стимуляции роста растений.
Ниже приводятся данные о потреблении марганцевой руды различными отраслями промышленности США в 1950 г. (по данным Мельхера, Горное бюро США), г:

Как видно из приведенных данных, потребление марганцевой руды в металлургии составляет больше 95%.

Примеси в марганцевых рудах

Обычно различают четыре типа примесей:
1) металлы;
2) пустая порода;
3) летучие;
4) прочие примеси.
Металлическими примесями, помимо железа, являются свинец, цинк и серебро, а в некоторых рудах - вольфрам, никель и медь. Все примеси, за исключением цинка, восстанавливаются вместе с марганцем во время плавки и остаются в металле. Цинк улетучивается во время плавки, но в тех случаях, когда он присутствует в больших количествах, он может мешать процессу восстановления из-за конденсации в дымоходах; поэтому дымоходы следует периодически очищать.
Серебро является нежелательной примесью при производстве стали. В некоторых марганцевых рудах содержание серебра таково, что они представляют в этом отношении определенную ценность и используются при выплавке свинца. В этом случае марганцевая руда применяется как флюс, и при рафинировании свинца происходит извлечение серебра. Железо присутствует в руде в виде окиси и удаляется с трудом.
Для того чтобы руду можно было использовать для производства ферромарганца, отношение марганца к нему должно быть в пределах 9:1. Как уже указывалось, железо представляет собой нежелательную примесь также в том случае, если руда используется для производства гальванических элементов и бесцветного стекла.
Примеси в пустой породе являются шлакообразующими, причем шлак может быть как основным (CaO, MgO или BaO), так и кислым (SiO2 или Al2O3). Определенное количество марганца всегда переходит при плавке в шлак, причем это. количество увеличивается с ростом основности шлака, его температуры и объема. При кислой пустой породе требуется вводить, большое количество основных шлакообразующих добавок (известняка или доломита). Таким образом, общее количество шлака увеличивается в случае кислой пустой породы, поэтому основная пустая порода более желательна. Марганцевые руды, содержащие железо, редко имеют в своем составе более 8% окиси кремния или окиси алюминия.
Летучие примеси могут удаляться в процессе плавления, но это нежелательно, поскольку требует дополнительного количества тепла и связано с потерей марганца при улетучивании. Карбонатные руды, такие как родохрозит (марганцевый шпат), разлагаются при плавке с образованием летучей двуокиси углерода. Полагают, что наличие большого количества двуокиси углерода нежелательно, так как при этом нарушается равновесие между CO2 и CO, что препятствует восстановлению окислов в верхней части печи. Теоретическое содержание двуокиси углерода в родохрозите составляет 38,3%, и она должна быть удалена в процессе предварительного обжига. Эта операция целесообразна также в том отношении, что она снижает стоимость перевозки марганцевой руды, если обжиг проводится на месте разработок, перед погрузкой.
Прочие примеси. Фосфор и сера представляют собой нежелательные примеси в марганцевой руде. Однако, несомненно, что сера является менее вредной примесью, чем фосфор, так как при производстве ферромарганца она почти полностью переходит в шлак, соединяясь с марганцем или кальцием, и только следы ее переходят в сплав. Фосфор переходит в сплав полностью. По техническим условиям содержание фосфора в стали обычно меньше 0,05%, а максимально возможное содержание его в содержащих железо марганцевых рудах составляет 0,20-0,25%. Фосфор в руде находится в таком соединении, что он не может быть удален или содержание его не может быть уменьшено обычными методами обогащения.