Черные и легирующие металлы

Железо образует свыше 450 минералов, но промышленное значение имеют немногие оксиды: мартит и гематит - Fe₂O₃; магнетит - Fe₃O₄; сидерит - FeСO₃; гидрогетит (лимонит) - НFeO₂ и некоторые другие. Содержание железа в промышленных рудах изменяется от 15 до 70%. Руды, содержащие 45% железа, считаются богатыми, менее 45% - бедными, нуждающимися в обогащении.

Железные руды - основа черной металлургии. Главные продукты металлургического производства - чугун, сталь и железо, которые отличаются друг от друга содержанием углерода и различными технологическими свойствами. Около 90% чугуна является «передельным» и переплавляется в сталь в мартеновских печах или конвертерах.

Месторождения железных руд встречаются практически во всех генетических группах. Основной промышленный тип - метаморфогенные месторождения. Второе место занимают скарновые месторождения (эндогенные), третье - осадочные (экзогенные).

Метаморфогенные месторождения представлены залежами железистых кварцитов и богатых магнетитовых руд, образовавшихся в коре выветривания железистых кварцитов. Месторождения залегают в метаморфизованных морских осадочных толщах докембрийских геосинклиналей, составляющих кристаллические щиты и складчатый фундамент древних платформ. Типичным представителем является железорудный бассейн Курской магнитной аномалии, включающий несколько месторождений железистых кварцитов - Михайловское, Лебединское, Стойленское, Яковлевское и др. Главными рудными минералами в кварцитах являются магнетит, гематит, кварц. Среднее содержание железа в кварцитах - 32-36%. Богатые мартитовые и железно-слюдково-мартитовые железные руды коры выветривания содержат 64-69% железа.

Кроме месторождений КМА известны метаморфогенные месторождения железа в Карелии (Оленегорское и др.), на Ю.Урале (Тарабашское) и за рубежом — Криворожский бассейн на Украине, Кормакпайское в Казахстане, Минас-Жерайс в Бразилии, Хамерсли - в Австралии.

Скарновые (эндогенные) месторождения возникают на контакте карбонатных пород с гранитоидами и другими породами. Содержание железа в магнетитовых рудах достигает 20-70%. Такие месторождения имеются на Урале (Магнитогорское), Хакасии (Абаканское), в Кустанайской области (Сарбайское, Качарское и др.).

К осадочным месторождениям железных руд относятся морские и континентальные. Морские месторождения - объекты крупные, на их долю приходится до 30% мировой добычи железных руд. Они приурочены к мелководным прибрежным участкам древних морских бассейнов. Выделяются пластовые тела гематитовых, гидрогетитовых и сидеритовых руд; содержание железа 20-50%. Известны Бакальское месторождения на Ю.Урале (в протерозойских сланцево-карбонатных отложениях). Керченский железорудный бассейн (Украина). Оолитовые руды приурочены здесь к крупным мульдам и прогибам в зоне развития грязевого вулканизма. На Западе - это Лотарингский железорудный бассейн, локализованный в пяти мульдах.

Осадочные континентальные месторождения железа озерно-болотного типа, в древних речных отложениях из-за низких содержаний железа (30-40%) не имеют большого промышленного значения.

Кроме перечисленных, известны и другие типы месторождений железа.

Марганец. Известно более 150 минералов, содержащих марганец. Промышленные минералы - пиролюзит МnО₃, браунит - Мn₂O₇, гаусманит -Мn₂O₄, манганит - МnООН и др. Содержание марганца в них достигает 72%. В металлургии используют руды с содержанием 30-36% марганца Основным потребителем марганцевых руд является металлургическая промышленность (производство ферромарганцев). Около 5% руд используются в цветной, электротехнической, керамической промышленности.

Промышленные типы месторождений представлены: 1 - осадочными; 2 -вулканогенно-осадочными; 3 - выветривания; 4 - метаморфогенными. Практическое значение имеют, в основном, осадочные месторождения.

Эти месторождения образуются в мелководных зонах морских бассейнов. По мере углубления бассейна происходят фациальные изменения в составе марганценосных осадков: вблизи береговой линии образуются богатые руды, а по мере углубления содержание марганца уменьшается. Промышленное значение имеют окисленные карбонатные руды, содержащие Мn - 30-40% Наиболее богата кварц-глауконитовая песчано-глинистая формация - Никопольское (Украина), Чиатурское (Грузия), Мангышлакское (Казахстан) и другие месторождения.

Метаморфогенные месторождения возникают в результате регионального и контактного метаморфизма на первично-осадочные и вулканогенно-осадочные месторождения марганца. Это богатые руды марганца (30-52%) в Казахстане (Джездинское), Индии, Бразилии, на Урале (Кусимовское) и др.

Хром. Известны более 25 минералов, содержащих хром. Наиболее распространенные разновидности хромита - магнохромит - (Mg,Fe)CrO₄, хромиа-патит - (Mg,Fe)(Cr,Al)204, алюмохромит - (Fe,Mg)(Cr,AL)204. Содержание хрома в них составляет до 65%.

Среди руд хрома выделяются богатые (Cr₂O₃ - 37-47%) и бедные (12% и выше). Половина хромитов используется в черной металлургии. Наибольшую ценность среди руд хрома представляет магнохромит.

Среди месторождений хрома выделяются следующие типы: 1 - магматические; 2 - россыпные. Магматические месторождения связаны с комплексами ультрамафитов и мафитов.

К магматическим относят раннемагматические месторождения - Бушвельдский массив в ЮАР и месторождения в Зимбабве, и позднемагматические на Кавказе, в Сибири, на Чукотке и, главным образом, на Урале.

Элювиально-делювиальные россыпи хромитов образуются вследствие выветривания коренных магматических месторождений, например, валунчатые руды Сарановского месторождения (Средний Урал), элювиальные месторождения Алапаевского и Варшавского месторождений Урала и др.

Титан. Титановые руды служат источником получения титана, которые используется как непосредственно, так и в качестве легирующего металла. Промышленные минералы титана - ильменит FеТiO₃, рутил и ТiO₃ - анатаз, лейкоксен (продукт изменения ильменита). Минерал титана - титаномагнетит -существует только при высоких температурах, а затем распадается на магнетит и ильменит.

Среди основных месторождений титана выделяют следующие типы: 1 - магматические в основных (реже в щелочных) породах; 2 - россыпные; 3 - метаморфогенные.

К магматическим относятся ильменит-титаномагнетитовые руды Малото-гульского месторождения (Иркутская обл.), месторождения в США (Лак-Тио, Тегавус). На Качканарском месторождении титаномагнетит используют как железную руду с попутным извлечением ванадия.

Среди россыпных месторождений титана известны прибрежно-морские россыпи (рутил и ильменит) в Австралии, Индии, США, и в России -Ставропольское поднятие. Западная Сибирь, Иркутский угленосный бассейн и другие.

Ванадий. Главным сырьем для производства ванадия в России служат титано-магнетитовые руды. Известны около 70 минералов, содержащих ванадий. Промышленный интерес представляют минералы: роскоэлит КV₂АlSi₃О₁₀(ОН)₂, карнотит - К₂V₂(VO₄)₂3Н₂О и др. В основном ванадий используется в металлургической промышленности для легирования чугуна и стали.

К промышленным месторождениям ванадия принадлежат: 1 - магматические; 2 - скарновые; 3 - осадочные; 4 - метаморфогенные образования. Примером магматических месторождений является Качканарское железорудное месторождений на Урале. Скарновые месторождения известны в Чили и в России - Осокино-Александровское на Урале. Ванадиевоносные зоны окисления полиметаллических месторождений известны в Африке, США, Австралии, Каратау (Казахстан).

К осадочным принадлежат ванадийсодержащие сланцы Прибалтики, небольшие россыпи на Курилах. Метаморфизованные месторождения - ильменит-магнетитовые руды Финляндии, США, Кусинское месторождение на Урале, Кольском полуострове (Цагинское месторождение).

Никель и кобальт. Потребителем никеля и кобальта является металлургическая промышленность. Оба элемента имеют близкие геохимические свойства. Они встречаются в никель-кобальтовых, кобальт-никель-серебряных и др. рудах. На магматическом этапе никель и кобальт концентрируются в генетической связи с ультраосновными и основными магмами. В экзогенных условиях никель накапливается в коре выветривания, а кобальт - в зоне выветривания гипербазитовых массивов. Минералами сульфидных руд никеля являются пентландит (Fe, Ni)₉S₈, миллерит NiS и др., в силикатных рудах - гарниерит - Ni₄(SiO)₁₀^.H₂O, нелуит - 12NiО₂3ScО₂2H₂0, в зонах окисления мышьякосодержащих руд - аннабергит - NiAsO₈8H₂O и др. Кобальт входит в состав арсенидов, сульфидов, карбонатов. В России преобладают магматические медно-никелевые месторождения, плутоногенные гидротермальные месторождения коры выветривания и др. Крупнейшие - Талнахское и Октябрьское месторождения сульфидно-медно-никелевых руд (ликвационные). Из зарубежных - Содбери, Гомпсон (Канада). Плутоногенные гидротермальные месторождения - в Туве, в Марокко. Месторождения выветривания — Кемпирсайское на Урале, на о.Новая Каледония, Индонезии, Кубе и др.

Вольфрам и молибден зачастую встречаются в постмагматических месторождениях совместно. Вольфрам и молибден используются в металлургии. Вольфрам в чистом виде используется в электротехнике для получения твердых сплавов и др. Молибден также используется в металлургии, для получения тугоплавких металлов. Основные промышленные минералы вольфрама - вольфрамит - (Mn,Fe)WО₄, шеелит - CaWО₄, ферберит - FeWО₄ и др.; минералы молибдена - молибденит - MoS₂ молибденошеелит Ca(W,Mo)О₄ и др. Месторождения вольфрама и молибдена относятся к двум генетическим типам: гидротермальному и скарновому. Примером первого типа является Джидинское месторождение в Бурятии, там же имеются аллювиальные россыпи шеелита. Примером скарнового месторождения молибдено-вольфрамовых руд является Тырныауз (На Кавказе).