Свойства и применение железа

Чёрные металлы

Месторождения железа

Свойства и применение железа

Ковкий металл с высокой магнитностью.

Т_{плавления}=1534°С, Т_{кипения}=3200°С

Плотность 7,88 г/см³.

Образует сплавы.

Железо добывается порядка 3000 лет, всего выплавлено 20 млрд. т.

 

Геохимические особенности железа

Fe – по таблице Д. И. Менделеева находится в 8-й группе (порядковый номер 26, атомная масса 55,85). Наиболее устойчивый изотоп ⁵⁶Fe (91,68% природного железа).

Самородное железо редко. Обычно в минералах окислено (+2 и +3).

Это халькофильный и литофильный элемент, но проявляет и сидерофильные свойства.

Содержание Fe в 3К – 4,65%.

В магматических расплавах железо содержиться в двухвалентной форме. При кристаллизации ультраосновных и основных пород выпадает первым (оливин, пироксен, амфиболы).

Месторождения железа позднемагматические, скарновые, гидротермальные.

При экзогенных процессах образуются месторождения кор выветривания.

В озёрных, болотных и прибрежно-морских условиях образуются осадочные месторождения. В результате подводной вулканической деятельности формируются вулканогенно-осадочные месторождения.

Железо является также важным биогенным элементом, содержится в крови человека и животных.

С процессами регионального метаморфизма связаны крупные метаморфогенные месторождения железа.

 

Промышленные минералы и типы руд

Известно более 170 минералов. Среди них промышленные минералы:

Магнетит FeFe₂O₄

Гематит Fe₂O₃

Гётит HFeO₂

Гидрогетит HFeO₂·nH₂O

Лепидокрокит FeOOH

Сидерит FeCO₃

Шамозит Fe₄Al[AlSi₃O₁₀][OH]₆·nH₂O

Тюрингит

Типы руд:

Магнетитовые

Магнетит-железисто-кварцитовые

Апатит-магнетитовые

Гематит-мартитовые

Гидроксидные

Сидеритовые и др.

Руды: богатые (Fe > 50%);

средние (Fe = 40-50%);

бедные(Fe = 20-40%);

убогие(Fe < 17%).

Вредные примеси: S, P, Zn, Pb, As, Cu.

Ценные элементы-примеси: Ni, Co, Mn, Ti, Cr, V.

Из рудных концентратов (Fe = 64-66%) получают окатыши.

В бывшем СССР добывались руды с содержанием Fe = 14-65%.

 

Металлогения

В геосинклиналях или глубинных подвижных зонах в раннюю стадию образуются вулканогенно-осадочные месторождения.

С габброидами связаны титаномагнетитовые месторождения. С вулкано-плутоническими комплексами – скарново-магнетитовые месторождения.

На платформах развиты осадочные месторождения и в корах выветривания.

Каждые тектонические циклы выделяются своими типами месторождений.

1) Архей – ранний протерозой:

Метаморфогенные месторождения железистых кварцитов (Канадский щит, район оз. Верхнего, Бразильский щит, Кривой Рог и КМА).

2) Поздний протерозой:

Прибрежно-морские осадочные месторождения: Ангаро-Питский бассейн (Россия), Калифорния (США) и др.

3) Каледонский и герцинский циклы:

Титаномагнетитовые и скарново-магнетитовые месторождения (Сев. Казахстан, Урал, Зап. Сибирь).

4) Мезозойский цикл:

Осадочные морские и континентальные речные и озёрные месторождения (Аятский бассейн в Казахстане, Керченский бассейн, Лотарингский, Франция).

 

Промышленные типы месторождений

1) Месторождения железистых кварцитов

КМА, Криворожский, район оз. Верхнего (США, Канада), железорудная провинция Хамерсли (Австралия), район Минас-Жерайс (Бразилия).

2) Осадочные месторождения

Лотарингский бассейн, Франция, Керченский бассейн, Лисаковское (Казахстан).

3) Скарновые

Соколовское, Качарское (Казахстан), Гора Благодать, Магнитогорское, Таштагольское (Россия).

4) Апатит-магнетитовые жилообразные

Кирунавара (Швеция).

5) Титаномагнетитовые комплексные

Качканар (Урал), месторождения Канады и Норвегии.

Главным промышленным типом являются:

1) метаморфогенные месторождения железистых кварцитов (78% всех запасов и 66% добычи железных руд в капиталистических странах). В бывшем СССР соответственно 61,1 и 69,3%;

2) осадочные месторождения сидерит-хлорит-гидрогенитовых руд (в капиталистических странах).

В СССР – скарновые месторождения.

В Казахстане:

1) скарновые месторождения;

2) вуканогенные железомарганцевые;

3) осадочные месторождения сидеритовых руд (Аятское, Лисаковское) и бурых железняков (Бескемпир).

Пример:

Криворожский железорудный бассейн. Это полоса меридианального простирания длиной 150 км и шириной 1- 7 км. Представлено метаморфическими породами криворожской серии протерозоя. Сложена тремя свитами:

а) нижняя подрудная аркозово-филлитовая (100 – 250 м);

б) средняя рудная – железистые кварциты и джеспиллиты в сланцах. Мощность свиты 1300 м, в ней 7 железистых горизонтов.

в) верхняя надрудная – углисто-серниитовые и амфиболовые сланцы.

Рудные тела – пластообразные залежи магнетитовых кварцитов (мощность 10 – 40 м, длина 200 – 800 м, глубина до 2 км).

Содержание Fe 31- 40 %.

Запасы – 18,2 млрд. т. Извлечение Fe до 75 %. Главные запасы богатых руд заключены в гематит-мартитовых рудах.

 

Запасы, добыча и потребление железных руд

Разведанные запасы в капиталистических странах – 84,3 млрд. т. (Австралия, Канада, Бразилия и др.).

Годовая добыча в этих странах – 600 млн. т.

СССР занимал первое место в мире по разведанным запасам – 60 млрд. т., добывалось до 250 млн. т. в год.

В Казахстане запасы 9 млрд. т. (третье место в СНГ). Крупнейшие горно-обогатительные комбинаты:

Соколовско-Сарбайский

Качарский

Лисаковский

Атасуйский

Категории запасов:

Месторождения – мелкие (до 50 млн. т.)

средние (50 – 250 млн. т.)

крупные (250 – 1000 млн. т.)

очень крупные (> 1 млрд. т.).

 

Месторождения марганца

Свойства и применения марганца

Светло-серый и серебристый металл.

Т_{плавления}=1244°С, Т_{кипения}= 2027° С.

Плотность – 7,21 – 7,46 г/см³.

Применение:

а) металлургическая промышленность;

б) производство сухих батарей;

в) химическая промышленность;

г) керамическое и стекольное производство.

 

Геохимические особенности

В таблице Д. И. Менделеева рядом с Fe (25 место).

Атомная масса – 54,94.

Стабильный изотоп – ⁵⁵Мn.

Распространены соединения со степенью окисления +2 и +4.

Содержание Мn в 3K по А. П. Виноградову – 0,1%, больше всего в основных породах – 0,22%.

В магматических расплавах рассеивается в силикатах (в виде изоморфной примеси в FeO и CaO).

В постмагматических процессах Mn концентрируется в скарновых и гидротермальных месторождениях.

В экзогенных условиях Mn выносится и накапливается в морях и океанах (в виде гидроксидов и карбонатов).

В морских условиях также устанавливается вулканический источник Mn.

Кроме того, Mn концентрируется в корах выветривания и при метаморфизме.

Промышленные минералы и типы руд

Известно > 150 минералов. Главные из них:

Пиролюзит - MnO₂

Браунит - Mn₂O₃

Гаусманит - Mn₃O₄

Псиломелан - mMnOЧMnO₂ЧnH₂O

Родохрозит - MnCO₃ и др.

Типы руд: оксидные, карбонатно-оксидные и оксидные железо-марганцевые (содержание Mn 20 – 50%).

Для выплавки ферромарганца пригодны руды: Mn > 50%, SiO₂ до 9%, Mn:Fe = 6 – 7, P < 0,20%.

 

Металлогения

Концентрация Mn связана с ранними стадиями развития геосинклиналей или глубинных подвижных зон (вулканогенно-осадочные месторождения в кремнистых и карбонатных фациях).

На платформах – осадочные месторождения в песчано-глинистых толщах и корах выветривания.

Возрастная позиция месторождений:

Архей – протерозой

Метаморфогенные марганцевые и железисто-кварцитовые марганецсодержащие месторождения. В корах выветривания по ним – богатые залежи руд (Индия, Бразилия и др.).

Палеозой

Вулканогенно-осадочные месторождения (Урал, Казахстан и др.).

Мезозой – кайнозой

Осадочные месторождения, крупные (Украина, Грузия, Австралия).

Главные бассейны:

Мадхья – Прадеш (Индия);

Серра – ду – Навиу (Бразилия);

Груд – Айленд (Австралия);

Калахари (ЮАР);

Никополь (Украина);

Чиатурский

 

Промышленные типы месторождений

1) Родохрозит-гидроокисные осадочные месторождения в песчано-глинистых породах:

Чиатурское (Грузия)

Никопольское (Украина)

Больше-Токмакское

Груд-Айленд (Австралия)

Моанда (Габон)

Представляет 30% запасов капиталистических стран и почти все запасы в бывшем СССР.

2) Вулканогенно-осадочные железомарганцевые месторождения (оксидные):

Калахари (Индия)

Балагхат (Мадхья-Прадеш, Индия)

Атасуйский район (Казахстан).

Главный тип для капстран (54% запасов).

3) Силикатно-оксидные гондитовые месторождения:

Серра-ду-Навиу (Бразилия);

Месторождения Индии.

Составляют 11% добычи в зарубежье.

4) Латеритные гидрооксидные марганцевые месторождения:

Постмасбургское (ЮАР).

Добыча в зарубежных странах 8%.

Категории месторождений (по запасам):

Крупные (более 30 млн. т.)

Средние (10 – 30 млн. т.)

Мелкие (до 10 млн. т.).

Примеры месторождений:

Родохрозит-гидроокисные осадочные месторождения в песчано-глинистых породах.

Происхождение – осадочные прибрежно-морские.

Рудные пласты мощностью 2 – 5 м с пологим залеганием.

Зональное размещение гидроксидных, гидроксидных-родохрозитовых и родохрозитовых руд.

Текстуры руд – слоистые, массивные, оолитовые и вкрапленные.

Содержание Mn 20 – 50%.

Чиатурское месторождение (Грузия).

Разрабатывается с 1879 г.

Марганценосный горизонт размещается на известняках верхнего мела. Представлен тонкими прослоями (10 – 30 см) вкрапленных руд, между ними прослои рыхлых кремнистых пород. Общая мощность рудоносного горизонта 2 – 5 м.

По вертикали в нижней части месторождения преобладают оксидные руды, а в верхней – карбонатные.

Состав руд:

а) Первичноосадочные вкраплённые оолитовые: пиролюзит, псиломелан, манганит (» 47% всех запасов). В них содержание Mn – 25-38%, Fe до 1 – 1,5%. Руды легко обогашаются при промывке.

б) Карбонатные руды серовато-белые (оолитовые и массивные): родохрозит, манганокальцит. Среди них встречаются:

глауконит, пирит, барит,

марказит, гипс, мельковит.

Составляют 39% всех запасов.

Месторождения хрома

Свойства и применение хрома

Хром – серебристо-белый металл, устойчив от коррозии при комнатной температуре.

Т_{плавления}=1890°С, Т_{кипения}=2327°С.

Плотность – 7,19 г/см³.

Применение:

1) металлургическая промышленность (нержавеющая сталь и др.);

2) огнеупоры (до 2000°С);

3) химическая промышленность (получение хромпиков в качестве дубителя и красителя).

Металлогения

Месторождения хромитов сязаны с ультрабазитами различного происхождения и возраста (рифмогенные разломы, офиолитоподобные пояса, при активизации платформ).

 

ЛЕГИРУЮЩИЕ МЕТАЛЛЫ

Месторождения титана

Свойства и применение

Белого цвета с серебристым цветом.

Т_{плавления}=1660°С, Т_{кипения}>3000°C.

Небольшая прочность.

Сплавы (Al, Mg, Cr, Cu, Ni, Co, Fe, Mo, W и др.) применяются при производстве танков, орудий, самолётов, ракетных двигателей.

TiO₂ – для производства белил, наполнитель в бумажной, резиновой промышленности, для производства линолеума, эмалей, пластмасс и др.

 

Геохимические особенности

В таблице Д. И. Менделеева – 22-е место (атомная масса 47,9).

Образует 5 изотопов, ⁴⁸Ti – главный изотоп.

Присутствует во многих породах и минералах как литофильный элемент.

Изоморфно замещает ® Al, Mg, Zn, Fe.

Сам замещается Fe, Ta, Nb.

Содержание Ti: в 3К 0,44%;

в ультрабазитах 0,31%;

в основных 0,9%;

в кислых 0,23%;

в щелочных габброидах до 4%.

Концентрация титана связана с породами основного и щелочного состава. Накапливается в остаточных расплавах (с Ta, Nb, Zr, Tr), образует позднемагматические месторождения.

В гранитах только акцессории (ильменит, сфен, рутил).

В зоне гипергенеза образуются россыпи (рутил, ильменит).

При метаморфизме горных пород, богатых Ti, возникают новообразования рутила и ильменита.

 

Металлогения

Месторождения титана формировались в ранние стадии эвгеосинклиналей и связаны с габбро-пироксенит-дунитовой формацией.

На активизированных платформах крупные месторождения связаны с гарбургит-ортопироксенит-норитовых массивах.

Месторождения меньших масштабов залегают в ультраосновных щелочных массивах и щелочных массивах центрального типа.

По возрасту местородждения формировались в докембрийский, каледонский, герцинский и альтийский циклы.

Россыпи – прибрежно-морские, аллювиальные и др. известны в Австралии, Индии, Бразилии, на Украине, Казахстане.

 

Месторождения ванадия

Свойства и применение

Чистый ванадий – серебристый ковкий металл.

Т_{плавления}=1900°С, Т_{кипения}=3400°С.

Плотность – 5,96 г/см³.

Применение: а) чёрная металлургия (для легирования чугуна и стали);

б) получение сплавов с Cu, Au;

в) чистый V – в атомной механике, в химической, стекольной и керамической промышленности.

 

Геохимические особенности

В таблице Д. И. Менделеева 23-е место, атомная масса 50,94, расположен между Ti и Cr.

Степени окисления +2, +3, +4, +5.

Литофильный элемент, но имеет разнообразные химические свойства.

Содержание V: 3К по А. П. Виноградову [] 0,015%;

ультраосновные породы - 0,014%;

основные - 0,020%;

средние - 0,010%;

кислые - 0,004%.

1) Промышленные концентрации связаны с основными породами. Накопление в остаточных расплавах вместе с Fe и Ti, а концентрация в ильмените позднемагматических месторождений.

2) Гидротернмальный процесс. В первичных рудах отсутствует, накопление в окисленных рудах (%).

3) В гипергенных условиях образуются комплексные соединения и ванадийорганические соединения.

4) В осадочном процессе концентрируется в ильменитовых россыпях, осадочных рудах железа и марганца, углях, фосфоритах, «чёрных» ванадиеносных сланцах.

5) Инфильтрационные концентрации связаны с медистыми песчанниками, ураноносными песчаниками, нефтью и твёрдыми битумами.

 

Металлогения

1) В геосинклиналях накапливается:

а) в рудах титаномагнетитовых месторождений;

б) в осадочных углеродисто-кремнистых чёрных сланцах и фосфоритах.

2) На платформенном чехле:

а) осадочные руды железа;

б) бурые угли;

в) песчаники;

г) нефти и альфальтиты;

д) россыпи титаномагнетита.

3) Продуктивные металлогенические эпохи:

а) протерозойская; (титаномагнетитовые

б) каледонская; месторождения)

в) раннегерцинская; (чёрные сланцы)

г) мезозой-кайнозойская. (осадочные руды железа,

ванадиеносные песчаники)

Наиболее крупные провинции:

Бушвельд (ЮАР);

Канадский и Балтийский щиты;

Индия;

Австралия;

СССР и др.

 

Месторождения никеля

Свойства и применение

Серебристо-белый металл, не тускнеет на воздухе. Твёрдый, тугоплавкий, легко полируется.

Т_{плавления}=1455°С, Т_{кипения}=2990°С.

Плотность – 8,9 г/см³.

Применение: Более 75% для производства сталей и сплавов (антикоррозионные, жароупорные и сверхтвёрдые).

Сплавы применяются в машиностроениии, для бытовых изделий, медицинского оборудования и др.

Геохимические особенности

В таблице Д. И. Менделеева – 28-е место.

Атомная масса – 58,71.

Известно 5 природных изотопов.

Степень окисляемости +2, реже +3.

Сидерофильный элемент, но обладает халькофильными и литофильными свойствами.

Среднее содержание: в 3К по А. П. Виноградову [] - 0,0058%;

в ультраосновных породах - 0,2%;

основных - 0,016%;

средних - 0,0055%;

кислых - 0,0008%.

В ультраосновных породах Ni концентрируется в оливине и пироксенах. При ликвации образуются сульфидные Cu-Ni месторождения.

В гидротермальном процессе образуются мелкие месторождения (с Co, Ag, Cu, Bi, As и др.).

В гипергенных процессах по ультраосновным и основным породам в корах выветривания образуются силикатные местoрождения Ni (c Co).

 

Металлогения

1) Архейские зелёнокаменные пояса в Австралии содержат сульфидные Cu-Ni месторождения. Руды среди вулканогенных пород.

2) В орогенную стадию геосинклиналей образуются комплексные Ni-Co месторождения в связи с грантоидами.

3) На активизированных платформах и щитах известны крупные сульфидные Cu-Ni месторождения, связанные с расслоёнными ультраосновными и основными породами, а также с трапповым вулканизмом.

Основные эпохи оруднения:

1. Архейская (Зап. Австралия);

2. Протерозойская (Канадский и Балтийский щиты, Южная Африка);

3. Мезозойская (Сибирская платформа).

Важные рудные районы:

Сёдбери и Томпсон (Канада);

Камбалда (Зап. Австралия);

Кольский полуостров и Норильский район.

Силикатно-никелевые месторождения (Урал, Куба, Новая Каледония, Филлипины и др.).

 

Пирротин

Халькопирит

Кубанит

Пентландит

Второстепенные:

Борнит

Пирит

Миллерит

Виоларит

Бравоит

Сфалерит

Галенит и др.

Типы промышленных руд:

1) медно-никелевые (сплошные богатые);

2) медистые, развитые во вмещающих осадочных породах;

3) вкраплённые в интрузивных породах.

 

Месторождения кобальта

Геохимические особенности

В таблице Д. И. Менделеева – 27 место (между Fe и Ni).

Атомная масса – 58,93.

Имеет 2 степени валентности: +2 и +3.

Обладает свойствами сидерофильного, халькофильного и литофильного элемента.

Среднее содержание в 3К – 0,0018% [].

В эндогенных процессах имеет свойства Ni и накапливается в магматически-ликвационных и гидротермальных рудах. Кроме того, отмечается в скарновых месторождениях Fe и Cu.

При гипергенезе имеет большую подвижность и концентрируется в корах выветривания ультраосновных и основных пород.

В зоне окисления образуются арсенаты, карбонаты, молибдаты и селенаты Co, Ni, и Fe. Главный минерал Co – асболан.

Асболан встречается также в осадочных рудах марганца и железо-марганцевых конкрециях.

 

Никелин

и др.

Промышленные типы руд:

1) сульфидные медно-никелевые (содержание Со доли %, получают попутно с Сu и Ni);

2) кор выветривания ультраосновных пород, включающих:

а) собственно кобальтовые асболановые руды (Со до 3%);

б) кобальт – железо – никелевые (Со – 0,1-0,2%);

в) силикатные никелевые кобальтсодержащие (Со сотые доли %).

3) медистые песчаники (Заира и Замбии).

Металлогения

Во многом близка к металлогении никеля. Но на ранних и средних стадиях развития эвгеосинклиналей Со наплывается также в колчеданных и скарновых (Fe, Cu) рудах, и его больше в гидротермальных месторождениях.

В платформенный этап:

а) крупные месторождения кобальтсодержащих медистых песчанников и сланцев;

б) месторождения коры выветривания ультрабазитовых массивов.

Рудные районы:

Заир и Замбия;

Канада (Сёдбери и Кобальт);

Новая Каледония;

Австралия и др.

 

Халькопирит

Халькозин

Кобальтоносный пирит

Второстепенные:

Борнит

Карролит

Линнеит

Каттиерит и др.

Зона окисления: (глубиной 160 м):

Сферокобальтит

Кобальтсодержащий кальцит

Гетерогенит

Асболаны

Месторождение Камото.

Два пластообразных рудных тела (длиной 1,6 км, мощность по 12), между ними пустая порода 15 м. До глубины 600 м залегают вертикально.

Запасы: Со – 280 тыс. т. при среднем содержании 0,28%.

Запасы Cu – 3250 тыс. т. при содержании 3,25%.

Зона окисления до глубины 120 м.

 

Месторождения молибдена

Геохимические особенности

В таблице Д. И. Менделеева - № 42.

Атомная масса 95,95.

Распространённая валентность +4 и +6.

Форма концентрации в 3К – сульфидные.

Среднее содержание в 3К – 0,00011% [].

Главная масса в гранитодах – в полевых шпатах, в меньшей мере – в акцессориях.

При магматической дифферециации гранитоидных расплавов накапливается в остаточных растворах (с W, U).

Осаждается в грейзенах и кварцевых жилах (Мо-W, Mo-W-Be, Mo-Cu и др.).

Концентрируется в скарнах.

В зоне гипергенеза - это подвижный элемент.

При осадконакоплении концентрируется в углях, чёрных сланцах, шунгитах, нефти, фосфоритах.

Металлогения

1) Ранняя стадия геосинклинального процесса Мо накапливается в углеродисто-кремнистых сланцах.

2) Средняя стадия. Образуются медно-молибденовые порфириевые месторождения (в связи с вулкано-плутоническими комплексами).

3) Поздняя стадия. Эндогенные постмагматические месторождения в связи с гранитами (скарновые, грейзеновые и гидротермальные).

4) Платформенный этап. Мо накапливается в углях и углеродисто-кремнистых сланцах.

По возрасту:

а) каледонские (Кузнецкий Алатау);

б) герцинские (Казахстан);

в) киммерийские и альпийские (Кавказ, Вост. Забайкалье, США, Канада).

Главные рудные районы:

Колорадский порфировый пояс (США)

Эндако (Канада)

Андский пояс (Южная Америка)

Центральный Казахстан

Вост. Забайкалье

Промышленные типы

1) молибденовые штокверковые – Клаймакс (США), Эндако (Канада), Жирекенское и Бугдаинское (Россия).

2) медно-молибденовые штокверковые Каджаранское, Сорское и др. (Россия), и медно-порфировые молибденсодержащие.

3) скарновые комплексные Тырмаауз, Каратас I (Россия), Пайн-Крик (США).

Скарновые и жильные месторождения второстепенные.

Категории месторождений:

Крупные (> 50 тыс. т.);

Средние (20 – 50 тыс. т.);

Мелкие (до 20 тыс. т.).

Примеры месторождений:

Тип первый. Молибденовые штокверковые месторождения.

Уникальные месторождения в США, приуроченные к Колорадскому порфировому поясу. Расположены в интрузиях кислого состава.

Размеры штокверков большие (300ґ1500 м), на глубину до 1 км. Они сложены кварцмолибденитовыми жилами и прожилками нескольких систем.

Главные рудные минералы:

Молибденит, пирит, иногда гюбнерит.

Второстепенные:

Халькопирит, галенит, сфалерит и др.

Среднее содержание Mo – 0,1-0,3%.

Месторождение Клаймас – крупнеёшее в мире. За 55 лет получено:

Mo – 1,5 млн. т.;

W - 8 тыс. т.;

Sn – 500 т.;

Монацита – 300 т.

Интрузивный массив центрального типа. Сложен кварц-моноцитовыми порфирами, аплит-порфирами и гранит-порфирами.

Форма интрузивных тел – штоки и дайки. Каждая фаза сопровождалась своей минерализацией и оруднением.

Форма рудных тел – в виде шляпы над интрузиями. Их размеры– диаметр 0,8-1,5 км, вертикальная мощность 200-300 м, глубина – до 1,2 км.

Руды прожилково-вкраплённые, многостадийные. Для I стадии - кварц, молибденит; II - пирит, гюбнерит и др.; III - сфалерит, галенит, флюорит и др.

 

Месторождения вольфрама

Геохимические особенности

В таблице Д. И. Менделеева № 74.

Атомная масса - 183,92.

Способен к комплексообразованию.

Имеет большое сродство с кислородом.

Среднее содержание в 3К 2Ч10^-4% [].

В гранитах накапливается в основном в кварце и полевом шпатах, а самые высокие концентрации в акцессориях (сфене, ильмените и магнетите).

Концентрируется в остаточных постмагматических растворах, переносится в форме хлоридов или комплексных соединений.

Рудоотложение связаносо скарновым, греёнезеновым и гидротермальным процессами. В зоне окисления по вольфрамиту и шеелиту развиваются тунгстит и ферритунгстит.

Устойчивый минерал, образует россыпи.

 

Металлогения

Постмагматические месторождения формируются в срогенную стадию или в областях тектоно-магматической активизации.

От древних к более молодым циклам увеличивалась масштабность оруднения.

Каледонских месторождений мало.

Герцинские развиты в Казахстане, Средней Азии.

Киммерийские и альпийские самые крупные в Тихоокеанском поясе (Кордильеры Северной Америки, Боливийский пояс, КНР, Южная Корея и др.).

 

Пироксен Волластонит

Гранат Везувиан

Кварц Флюорит

Плагиоклаз Амфибол

Кальцит Эльвант

Промышленные минералы:

Шеелит Молибденит

Молибдошеелит Повеллит

Выделяются три этапа рудообразования.

1) герцинский (шеелитоносные скарны в связи с гранитами).

2) позднеюрский (молибденовое оруденение в связи с лейкогранитами).

3) кайнозойский (шеелитоносные гранат-магнетитовые и пирротиновые тела).

В зоне окисления (до глубины 200-250 м) отмечается повеллит.

Основные рудные элементы:

W+Mo, попутные Cu+Bi. Руды труднообогатимы (за счёт молибдошеелита и повеллита).

 

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Месторождения аллюминия

Свойства и применение

Серебристо-белый. Плотность - 2,7 г/см³.

Т_{плавления}=659,8°С, Т_{кипения}=2500°С.

Вытягивается в проволоку, изготовление тонких листов.

Основное применение - сплавы.

Дюралюмины (Al+Cu+Mg)

Силумины (Al+Si)

Магналий (Al+Mg)

Они используются в ракетной технике, приборостроении, изготовлении посуды и др.

Получение: из глинозёма Al₂O₃ (бокситы).

 

Геохимические особенности

В таблице Д. И. Менделеева – 23-е место.

Атомная масса 26,98.

Валентность +3.

Среднее содержание в 3К – 8,05% [].

Высокие содержания в породах щелочного ряда. Основная масса заключена в полевых шпатах.

В щелочных нефелиновых сиенитах Al₂O₃ 22-25%.

В гидротермальном процессе образуются цеолиты, алунит.

При гипергенезе образуются гидроксиды Al (бёмит, гидраргилит, диаспор), формируются бокситовые месторождения.

В процессе метаморфизма возникают дистен-андалузит-силиманитовые сланцы.

 

Месторождения магния

Свойства и применение

Mg – серебристо-белый, очень лёгкий.

Плотность 1,73 г/см³, что в 4 раза меньше плотности стали.

Сплавы Mg (Al, Mn, Zn, Pэ) очень прочные (но в воде их низкая стойкость).

Применение:

1) в электрометаллургии (при производстве Ti, U, Zr, B, V, Be);

2) минералы магнезит, тальк, хризотил-асбест используется в промышленности.

 

Геохимические особенности

Атомная масса 24,31.

Номер в таблице Д. И. Менделеева – 12.

Степень окисления +2.

Среднее содержание в: 3К 1,87%;

ультраосновных 25,9%;

основных 4,5%;

средних 2,18%;

кислых 0,56%.

Геохимическая история:

1) в ультраосновных и основных расплавах Mg образует силикаты и алюмосиликаты в основной массе породы;

2) при постмагматических процессах формируются крупные гидротермальные месторождения магнезита;

3) магнезиальные скарны возникают в контакте гранитоидов и доломитов;

4) в коре выветривания образуются промышленные скопления магнезита;

5) осадочные месторождения магнезита (вместе с галоидами, боратами и сульфатами).

Промышленные минералы

Доломит СaMg[CO₃]₂

Магнезит MgCO₃

Карналлит KClЧMgCl₂ЧH₂O

Бишофит MgCl₂Ч6H₂O

 

Промышленные типы

1) осадочные доломитовые (пластовые);

2) осадочные карналлитовые и карналлит-бишофитовые (СССР, ФРГ и др.);

3) магнезитовые преимущественно пластообразные месторождения (Саткинское, Савинское, СССР);

4) подземные рассолы, рапа соляных озёр и морская вода (источник магния).

Основные типы месторождений.

1 тип. Доломитовые пластовые. Доломит представлен тремя типами:

а) первичный седиментационный;

б) диагенетические, образованные при доломитизации известковистого осадка;

в) эпигенетические, в результате воздействия поверхностных и подземных вод на известняки.

Доломит (для получения Mg по силикотермическому методу) должен соответствовать следующим требованиям:

CaO:MgO не более 1,54%;

R₂O₃+SiO₂= не более 2,5%;

R=(Fe,Al)

Оксиды щелочных металлов - не более 0,3%.

 

Производство и потребление

Ежегодное производство около 300 тыс. т. (США, Норвегия и др). Так, в США четыре завода, из них три электролизных (на морской воде, подземных рассолах и рапе Большого Солёного озера).

Потребители: США, Западная Европа, Япония и др.

 

Месторождения меди

Свойства и применение меди

Медь - тягучий металл, светло-розового цвета, легко прокатывается в листы.

Хорошо проводит тепло и электрический ток.

Т_{плавления}=1083°С, Т_{кипения}= 2360°С.

Плотность 8,95 г/см³.

Применение:

а) изготовление проводов и кабелей;

б) электротехника;

в) сплавы: латунь (Сu+Zn), мельхиор (Сu+Ni), бронза (Cu+Sn,Al,Pb и др.).

 

Геохимические особенности

В таблице Д. И. Менделеева № 29, атомная масса 63,54.

Изотопы: ⁶³Сu (69%) и ⁶⁵Cu (31%).

Степень окисления: +1, +2 и +3.

Медь имеет сродство с серой, образует много кислородных соединений. Встречается в самородном виде.

Среднее содержание в 3К - 0,01%.

Происхождение:

1) позднемагматическое (Ni, Co, Pt и др.);

2) скарновые месторождения;

3) гидротермальные;

4) карбонатитовые в ультраосновных-щелочных породах;

5) вулканогенные медно-колчеданные;

6) в зоне гипергенеза Cu мигрирует, образуется зона вторичного сульфидного обогащения (медно-порфировые месторождения и др.);

7) инфильтрационные месторождения (в песчаниках).

 

Металлогения

а) ранняя стадия геосинклиналей - медно-колчеданные вулканогенные месторождения и в связи с плагиогранитами - Cu+Fe;

б) средняя стадия - медно-порфировые месторождения в связи с гранитоидами, а в молассах - стратиформные месторождения медистых песчаников;

в) в чехле платформ - медистые песчаники и сланцы;

г) этап активизации платформ - расслоенные медно-никелевые месторождения в связи с ультрабазитами, габброидами и с трапповым магматизмом.

Металлогенические циклы и эпохи:

Протерозой (медистые песчаники Центральной Африки и Сибирской платформы).

Каледонский и герцинский циклы:

1) медно-колчеданные месторождения (Урал, Рудный Алтай, Сев. Кавказ, Среднеземноморский пояс и др.);

2) медно-порфировые месторождения (Казахстан, Средняя Азия);

3) медистые песчаники (Казахстан).

Мезозой (медно-никелевые месторождения Сибирской платформы).

Промышленные типы

1) медно-порфировые молибденсодержащие - Чукиката (Чили), Бингем (США) 60% запасов, Коунрадское, Алмалыкское (Казахстан) 60% добычи;

2) стратиформные месторождения медистых песчаников (20% запасов и 20% добычи) - Удоканское (Россия), Джезказганское (Казахстан);

3) медно-колчеданные - Гайское (Урал), месторождения Японии;

4) медно-никелевые сульфидные месторождения.

Категории месторождений:

Крупные (> 700 тыс. т.);

Средние (200 - 700 тыс. т.);

Мелкие (< 200 тыс. т.).

Примеры месторождений:

Первый тип. Медно-порфировые месторождения.

Приурочены к вулкано-плутоническим поясам (Южная и Северная Америка, Юго-Восточная Азия, Казахстан и др.).

Гидротермальные изменения (калишпатизация, пиритизация, кварц-серицитовые и аргиллизитовые метасоматиты).

Форма месторождений - штокверки больших размеров (глубиной до 1 км).

Главные минералы - пирит, халькопирит, борнит;

Второстепенные - блеклая руда, энаргит, халькозин, магнетит и др.

Зона окисленных руд и зона вторичного сульфидного обогащения - 100-200 м.

Содержание в первичных рудах:

Cu - 0,6-0,7%; Mo - 0,015-0,02%; Au - 0,1-0,9 г/т.

Месторождение Бингем (США). С 1904 г. добыто 11 млн. т. (Cu - 0,75%, Mo - 0,025%). Карьер глубиной 800 м.

Приурочено к штокообразному интрузивному массиву эоцена, который находится среди толщ верхнего палеозоя [ ]. Рудоносный штокверк (площадью 3 км) имеет зональное строение (снизу вверх):

1) кварцевое ядро;

2) обтекается молибденовой зоной;

3) внешняя зона - медная;

4) ореол медно-порфировой минерализации (убогой).

Свойства и применение

Свинец - голубовато-белый металл.

Плотность 11,34 г/см³.

Т_{плавления}=327,4°С, Т_{кипения}=1700°С.

Ковок, прокатывается в тонкие листы, разбавленная НСl и H₂SO₄ слабо действуют на Pb. Используется:

а) сплавы (баббит, типографский и др.);

б) аккумуляторы;

в) защита от радиационного излучения;

г) изготовление пуль.

Цинк - голубовато-серебристый металл, плотность 7,13 г/см³.

Т_{плавления}=419,5°С, Т_{кипения}=906°С.

На воздухе покрывается плёнкой (оксид карбоната).

Применение:

а) отливки в автомобильной промышленности;

б) покрытие железа;

в) сплавы (латунь и бронза);

г) цинковые белила и др.

 

Геохимические особенности

Свинец. Атомная масса 207,2. Четыре изотопа: ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, Pb²⁰⁸. Распространены сульфидные и кислородные соединения.

Zn. Атомная масса 65,37.

Степень окисления +2.

Среднее содержание в 3К:

Pb 0,0016%;

Zn 0,0083%.

Кларки Zn в 5 раз больше свинца. Содержание Zn от основных к кислым породам уменьшается, а Pb - увеличивается.

Эти металлы концентрируются в постмагматических растворах, образуя вулканогенные и скарновые месторождения.

Руды полиметаллические сложного состава, основные минералы - сульфиды и сульфосоли.

При гипергенезе сульфидные руды окисляются:

Галенит ® англезит ® церуссит, образуется также много других минералов.

Сфалерит в карбонатной среде переходит в смитсонит, возникают многие другие цинковые минералы.

В зоне выветривания Pb и Zn освобождаются и мигрируют.

Металлогения