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.