Промышленные типы месторождений титана

Промышленные типы месторождений титана

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТИТАНА

МОСКВА, 2001

Открытый в 1791 г. английским химиком Уильямом Грегором титан

лишь в ХХ в. нашел широкое применение как металл, обладающий уникальными

свойствами. Температура его плавления (1725 °С) выше, чем у железа и

никеля, а плотность – почти вдвое меньше. Титан отличается высокой

прочностью и коррозионной стойкостью.

Титановые сплавы применяются как конструктивный металл в

космической технике, авиационной, автомобильной, судостроительной,

энергомашиностроительной, гидролизной, пищевой, медицинской отраслях

промышленности, железнодорожном транспорте и отрасли цветной металлургии,

где они надежно и длительно эксплуатируются во многих агрессивных средах

в диапазоне температур от сверхнизких до +500-600 °С и выше. Главнейшее

значение имеют титанованадиевые сплавы, отличающиеся высокой прочностью,

ковкостью и свариваемостью; карбид титана применяется для изготовления

сверхтвердых сплавов, двуокись титана – для производства стойких

титановых белил, пластмасс и в целлюлозно-бумажной отрасли

промышленности.

Общие запасы двуокиси титана в 20 зарубежных странах оцениваются

в 420 млн. т. (3/4 – ильменита, 1/4 – рутила). Около 90% этих запасов

сосредоточено на Украине, в Бразилии, ЮАР, Австралии, Индии, Китае,

Норвегии и Канаде. Производство титановых концентратов в зарубежных

странах составляет 5,2 млн. т. (в том числе 88% ильменитового и 12%

рутилового концентратов). Основные производители титанового концентрата –

Австралия, ЮАР, Канада и Норвегия. В Австралии, США, Индии и Японии

производят синтетический рутил из ильменита. Производство металлического

титана налажено в России, США, Великобритании и Японии. Цены на

ильменитовый концентрат составляют 80-90, а на рутиловый – 600-650 дол/т.

Уникальные коренные месторождения обладают запасами более 50 млн.

т., крупные – от 30 до 50, средние – от 10 до 30, мелкие – менее 10 млн.

т. двуокиси титана. Для россыпных месторождений порядок цифр вдвое меньше.

Промышленными месторождениями считаются те, которые содержат в рудах более

10% TiO2 в коренных месторождениях и более 10% ильменита или 1,5% рутила –

в россыпях. Вредные примеси в металлургическом сырье – сера и фосфор, для

производства белил – хром.

МИНЕРАЛОГИЯ ТИТАНА

В настоящее время известно около 70 минералов титана. Во многие из

них титан входит в качестве примеси. Промышленное извлечение титана в

основном производится из ильменита – FeTiO3 (31,6%) и рутила – TiO2 (60%).

В ильмените и рутиле присутствуют ванадий, скандий, тантал и ниобий.

Извлечение ильменита из титаномагнетита возможно, если поперечный размер

зерен ильменита больше 0,3 мм. Частично титан извлекают из лейкоксена –

конечного продукта изменения ильменита и сфена (в лейкоксене по ильмениту

– 96%, по сфену – 67% TiO2) и лопарита (Na, Ce) TiO3 (26,6% Ti).

ТИПЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Среди промышленных месторождений титана выделяются: магматические,

выветривания, россыпные, вулканогенно-осадочные и метаморфические.

Магматические месторождения:

Наиболее значительные магматические месторождения титана приурочены

к крупным массивам анортозитовой формации площадью в сотни и тысячи

квадратных километров. В России к ним принадлежат месторождения Восточного

Саяна (Мало-Тагульское, Лысанское, Кручининское), в Канаде – Лак-Тио, в США

– Тегавус.

Мало-Тагульское месторождение ильменит-титаномагнетитовых руд

приурочено к одноименному массиву габбро-анортозитов площадью более

200квадратных километров (Иркутская область). На месторождении выявлено

шесть рудных участков, в пределах которых встречены рудные тела с

промышленным содержанием железа и титана. В плане рудные залежи имеют

размеры от 50х100 до 130х850 м. Падение их крутое, прослежены до глубины

300 м. Содержание железа в рудах 20-33%, TiO2 в титаномагнетитовых

концентратах – 12-16%.

Месторождение Лак-Тио находится в провинции Квебек и обладает

запасами в 125 млн. т. Оно дает около 80% добычи ильменитовых концентратов

Канады, содержащих 35% TiO2 и 40% железа. Месторождение залегает в

анортозитовом массиве, имеющем овальную форму размером 150х50 км, и состоит

из трех рудных тел пластообразной формы, полого подающих согласно со

структурой массива. Главное рудное тело площадью 1 квадратный километр

имеет мощность до 90 м. В рудных телах наблюдаются многочисленные ксенолиты

анортозита. Богатые руды сложены ильменитом (75%) и гематитом (25%).

Сопутствующие минералы представлены сульфидами (пиритом, халькопиритом,

пирротином), полевыми шпатами, пироксенами и местами биотитом. Содержание в

богатых рудах TiO2 – 32-36%, Fe – 39-43%. Месторождение относится к

позднемагматическим образованиям, связанным с процессами накопления

остаточного рудного расплава и его внедрением в тектонически ослабленные

зоны анортозитовых пород (трещинные интрузии).

Месторождения выветривания:

Современные и погребенные титаноносные коры выветривания образуются

на габбро–анортозитах (Волынский массив) и метаморфических породах

(Украинский щит, Казахстан). При выносе щелочных элементов и образовании

глинистых минералов группы каолинита в коре происходит накопление более

стойких акцессорных минералов, в том числе ильменита и рутила. При этом

зерна рудных минералов сохраняют первоначальную форму кристаллов, не

окатаны. Мощность кор выветривания достигает нескольких десятков метров.

Содержание ильменита может достигать нескольких сотен, а рутила –

нескольких десятков килограммов на кубический метр.

Минеральный состав коренных пород существенно влияет на качественный

и количественный состав рудных минералов в корах выветривания. Для

Волынского габбро-анортозитового массива Украины, например, характерны

коры, обогащенные только ильменитом (300-500 кг/м3), что связано с

отсутствием рутила в коренных породах. На Кундыбаевском месторождении в

Казахстане в корах выветривания, образовавшихся на метаморфических породах,

содержится до 180 кг/м3 ильменита и до 74 – рутила.

Россыпные месторождения:

Среди россыпных месторождений титана различаются две разновидности:

прибрежно-морские и континентальные. Главными являются прибрежно-морские

комплексные ильменит-рутил-цирконовые россыпи; меньшее значение имеют

континентальные аллювиально-делювиальные россыпи ильменита. Из современных

прибрежно-морских россыпей рутил и ильменит добывают в Западной Австралии,

Индии, Шри-Ланке, Сьерра-Леоне, частично в Бразилии и США. Крупные запасы

ильменитовых песков выявлены у северного побережья Гренландии, на восточном

побережье Мадагаскара, вдоль берегов озера Малави на побережье Мозамбика и

Новой Зеландии.

В России главное значение имеют древние прибрежно-морские россыпи,

распространенные в отложениях неогена и палеогена Ставропольского поднятия,

палеогена Зауралья, Северного Приаралья, Северного Устюрта, юго-западной

части Западно-Сибирской плиты, палеогена и мезозоя Чулымо-Енисейской и

Амуро-Зейской впадин, мезозойских депрессий Уральской складчатой системы,

Приенисейской части Западно-Сибирской плиты, Иркутского угленосного

бассейна, палеозоя Тиманского и Томь-Колыванского поднятий.

Прибрежно-морские ильменит-рутил-цирконовые комплексные россыпи

отличаются большими размерами и крупными запасами. Для них характерны

пласто- или линзообразные залежи, мощность которых достигает десятков

метров, а протяженность – нескольких десятков километров при ширине до

километра. По составу прибрежно-морские россыпи обычно олигомиктовые.

Главный породообразующий минерал россыпи – кварц, меньшее значение имеет

каолинит. Пески обычно тонко- и мелкозернистые. Промышленное содержание в

россыпях ильменита и рутила – от десятков до сотен килограммов на

кубический метр. Источником прибрежно-морских россыпей служили коры

выветривания континентов – кристаллические породы, покровы эффузивов,

массивы гранитных и других пород.

Континентальные россыпи ильменита распространены преимущественно в

аллювии, элювии и пролювии четвертичных, палеогеновых и нижнемеловых

отложений. Рудные тела аллювиальных россыпей имеют обычно лентовидную форму

и приурочены к долинам рек. Рудные минералы накапливаются в нижних

горизонтах, в наиболее грубообломочном материале, представленным

крупнозернистым песком, гравием или мелким галечником. По минеральному

составу континентальные россыпи обычно полимиктовые (кварц, полевой шпат,

каолинит). Размеры зерен ильменита 0,1-0,25 мм и более; окатанность их

слабая. Содержание ильменита в промышленных континентальных россыпях

изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен килограммов на

кубический метр.

Примером прибрежно-морской погребенной россыпи может служить

Правобережное месторождение Приднестровского района, а континентальной –

Иршинское месторождение Володарско-Волынского района.

Правобережное месторождение. Прибрежно-морские россыпи этого

месторождения приурочены к полтавским и сарматским песчано-глинистым

отложениям мощностью от 10 до 60 м, перекрытых лессами, лессовидными

суглинками и глинами неогенового и четвертичного возраста. Рудные залежи

имеют пластообразную форму при резком преобладании длины над шириной и

отличаются значительной мощностью продуктивных песков. Отчетливо

горизонтальная или пологонаклонная (2-10°) слоистость рудных песков

подчеркивается скоплением тяжелых минералов (до 70-90%), преимущественно

титановых и цирконовых. Рудные минералы в полтавских песках располагаются в

верхней части, а в сарматских – по всему разрезу.

Рудоносные пески обоих возрастов имеют близкий минеральный состав:

лейкоксенизированный ильменит (44%), рутил (16%), циркон, дистен,

силлиманит, турмалин (около 10% каждого). В небольших количествах

встречаются хромит, анатаз, брукит, корунд, ксенотим и др. Минералы, как

правило, мелкие (0,1-0,2%), хорошо окатанные. Продуктивные отложения

сарматского возраста залегают на обогащенных тяжелыми минералами песках

полтавской серии. Они сформированы за счет переотложения последних в

прибрежно-пляжевой зоне среднесарматского моря.

Иршинское месторождение образовано при перемыве каолиновых кор

выветривания Володарско-Волынского габбро-анортозитового массива. Россыпи

четвертичного возраста обычно залегают в подморенных песках на междуречьях

и террасах р. Ирши. Мощность их 1-1,5 м, а содержание ильменита измеряется

от десятков до 100-200 кг/м3.

Вулканогенно-осадочные месторождения:

Месторождение Нижний Мамон приурочено к титаноносным вулканогенно-

осадочным образованиям на юге Воронежской области в районе с. Нижний Мамон.

Месторождение сложено осадочными и вулканогенно-осадочными породами

палеозоя, мезозоя и кайнозоя, согласно залегающими на докембрийском

фундаменте. Отложения ястребовского горизонта девонского возраста имеют

мощность от нескольких до 35 м. Глубина залегания 50-70 м. Общая

протяженность находящихся в его составе вулканогенно-осадочных пород

примерно 100 км при ширине 20-40 км. Основное направление их простирания

совпадает с зоной разлома, с которой связана вулканическая деятельность.

Наибольшее количество ильменита приурочено к грубообломочным туфам, туфитам

и туфопесчаникам, в которых эффузивные обломки представлены преимущественно

породами основного состава. Терригенного материала в туфах менее 10%, в

туфопесчаниках – около 90. Цементом служит магнезиально-железистый хлорит.

Наиболее обогащены ильменитом (иногда до 50% объема) грубообломочные

разности туфогенных пород, размеры зерен ильменита в среднем 0,25-0,3 мм.

Количество ильменита резко уменьшается с увеличением в толще терригенного

материала. Образование вулканогенных пород, обогащенных ильменитом,

вероятно, происходило в мелководном морском бассейне и явилось следствием

подводной вулканогенной деятельности.

Метаморфические месторождения:

В этой серии выделяются месторождения титана метаморфизованной и

метаморфогенной групп.

Метаморфизованные месторождения титана образуются при метаморфизме

древних россыпей и коренных первично-магматических руд.

Верхнепротерозойские метоморфизованные россыпи в пределах Башкирского

поднятия приурочены к песчаникам зильмердакской свиты, где встречены

прослои мощностью до 2.5 м, обогащенные ильменитом (до 250-400 кг/т) и

цирконом (до 30 кг/т).

Высококачественные ильменит-магнетитовые массивные и вкрапленные

ильменитовые руды образуются при региональном метаморфизме первично-

магматических руд. Примером промышленных месторождений этого типа является

Отомняки в Финляндии, приуроченное к амфиболитам, образовавшимися в

результате метаморфизма рудоносного габбро. Богатые руды этого

месторождения в среднем содержат 12% TiO2.

Ярегское месторождение лейкоксена (Южный Тимман) – необычный

представитель этой группы и представляет собой погребенную

метаморфизованную девонскую россыпь, приуроченную к песчаникам эйфельского

и живетского ярусов. Продуктивные горизонты залегают на метаморфических

сланцах рифея. Нижний рудный горизонт сложен грубо- и крупнозернистыми

кварцевыми песчаниками с прослоями алевролитов и аргиллитов, верхний –

полимиктовыми конгломератами и разнозернистыми кварцевыми песчаниками.

Рудные минералы представлены полуокатанными зернами лейкоксена размером 0,2-

1,5 мм и единичными зернами ильменита. В богатых пробах рудоносного

песчаника содержится 8-10% TiO2. Месторождение образовалось, очевидно, в

результате размыва кор выветривания метаморфических сланцев рифея.

Метаморфогенные месторождения титана приурочены к древним

кристаллическим сланцам, гнейсам, эклогитам и амфиболитам. Образуются в

результате метаморфизма интрузивных, эффузивных и осадочных пород,

обогащенным титаном. К этому типу относятся докембрийские хлоритовые

сланцы, содержащие до 20% рутила (месторождение Харворд, США) и

докембрийские гнейсы с рутилом – до 25% (месторождение Плюмо Идальго в

Мексике).

На Кузнечихинском месторождении (Средний Урал) в амфиболитах

содержится около 1,5% рутила, а в эклогитах Шубинского месторождения (Южный

Урал) – 4,5.

Металлогения

Месторождения титана формировались преимущественно на ранней стадии

геосинклинального этапа в связи с хорошо дифференцированными интрузиями

пород габбро-пироксенит-дунитовой формации. Среди них И. Малышев выделил

две главные группы: 1) месторождения в антрозитах с ильменитовыми и рутил-

ильменитовыми рудами; 2) месторождения в габбро с ильменит-магнетитовыми

рудами. Переход от ильменитовых руд к магнетит-ильменитовым связывается с

нарастающей степенью окисления при кристаллизации магматического расплава.

С зонами активации древних платформ связано образование многофазных

плутонов щелочного и ультраосновного состава с лопаритовым, перовскитовым и

титаномагнетитовым оруденением. В результате разрушения пород, содержащих

ильменит, рутил и анатаз, формировались прибрежно-морские, пролювиальные и

аллювиальные россыпи, среди которых известны как древние (ископаемые)

палеозойского, мезозойского, палеогенового и неогенового возраста, так и

современные образования.

Титановые месторождения принадлежат к продуктам различных эпох:

докембрийской (Балтийский щит, Канадский щит, Индия, Южная Африка и др.),

каледонской (Южная Африка, Норвегия, Урал), герцинской (Урал) и альпийской

(Северная и Южная Америка).