Запасы марганца. Месторождения марганцевых руд

В мире нет недостатка в марганцевой руде: обеспеченность подтвержденными запасами марганцевых руд составляет 130-150 лет. Однако размещение их месторождений отличается крайней неравномерностью. Главными продуцентами товарных марганцевых руд в мире являются лишь семь стран, обладающих наибольшими запасами: КНР, ЮАР, Украина, Бразилия, Габон, Индия, Австралия. Ими было произведено около 89 % всего объема товарных марганцевых руд. Эти же страны, а также страны с развитой экономикой - Япония, Франция, Норвегия и др. - являются ведущими потребителями товарных марганцевых руд.

По разведанным запасам (3133 млн. т) и добыче в конце 80-х - начале 90-х годов Советский Союз занимал первое место в мире. Более 75 % запасов и свыше 86 % добычи было сосредоточено на Украине, соответственно 7 и 11,2 % - в Грузии и 13 и 2,7% - в Казахстане.

Марганцевые руды в России относятся сейчас к группе особо дефицитных видов полезных ископаемых. На территории страны к настоящему времени не выявлено крупных богатых месторождений марганца. Государственным балансом запасов по состоянию па 01.01.2000 г. учитываются 14 небольших и средних по запасам месторождений, расположенных на Урале, в Западной Сибири, Прибайкалье, Республике Коми. Самым крупным из них является Усинское месторождение в Кемеровской области с запасами 98,5 млн. т бедных, труднообогатимых карбонатных руд. Кроме того, в России имеются месторождения марганцевых руд, которые из-за недостаточной их изученности пока не учитываются Государственным балансом. Среди них наибольший интерес представляет Порожинское месторождение в Красноярском крае.

Разведанные запасы марганцевых руд в 1991-1999 гг. оставались практически неизменными, составив на 01.01.2000 г. 148,1 млн. т. Среди них преобладают (около 90 %) труднообогатимые карбонатные руды. Среднее содержание марганца в разведанных запасах России составляет 20 %, тогда как в месторождениях основных зарубежных продуцентов товарных марганцевых руд оно достигает 41-50 %. На начало 2000 г. пролицензировано 15,9 % фонда разведанных запасов марганцевых руд. Добыча марганцевых руд в опытно-производственном режиме периодически проводилась на ряде небольших месторождений с селективной выемкой оксидных руд более высокого качества. Объемы добычи в разные годы варьировали от 186 (1996 г.) до 48 тыс. т (1999 г.). Потребность России в марганцевых рудах (3,8-4,8 млн. т сырой руды в год) по-прежнему удовлетворялась за счет импорта ферромарганца и товарной марганцевой руды в основном из Украины, а также из Казахстана и Грузии.

Наиболее крупное из известных месторождений - Усинское в Кемеровской области - отнесено к группе резервных, остальные месторождения не намечаются к освоению. Преобладающим типом руд является трудно-обогатимый карбонатный, на долю которого приходится около 91 % балансовых запасов, остальная часть - легкообогатимые окисные и окисленные руды.

Вторым наиболее крупным объектом является Порожинское месторождение в Красноярском крае, в пределах которого в 2000 г. была завершена детальная разведка и выполнен подсчет запасов оксидных марганцевых руд по кат. С 1 + С 2 . в сумме 78 млн. т и карбонатных руд - 75 млн. т. В 2001 г. намечается утвердить их в ГКЗ МПР России. Кроме того, на этом месторождении подсчитаны прогнозные ресурсы марганцевых руд по кат. Р 2 - 108,3 млн. т, в том числе оксидных руд - 45,4 млн. т.

В результате геологоразведочных работ, проведенных на этом крупном объекте, прирост запасов марганцевых руд в стране составит в начале XXI в.153 млн. т (100 %), что позволит России подняться с девятого па четвертое место в мире. В то же время доля России в разведанных запасах и потреблении марганцевого сырья среди стран СНГ достигнет соответственно 10 и 22 %, и она сможет занять третье место после Казахстана.

При определении максимальной потребности России в марганцевой руде следует учитывать также то обстоятельство, что потребность черной металлургии и прочих потребителей (машиностроение, химия, электротехника и др.) в марганцевых сплавах удовлетворяется за счет собственного производства менее чем на 30 %. По данным Гипростали, дефицит оценивается в 570 тыс. т в год (в пересчете на 100 % марганца), в том числе 517 тыс. т в марганцевых сплавах, в основном в виде силикомарганца, и 53 тыс. т в форме металлического марганца и среднеуглеродистого ферромарганца.

Проблема разведки и освоения малых месторождений марганца приобретает особо большую значимость для России. В настоящее время МПР России выдано более 20 лицензий на доизучение мелких месторождений с последующей их отработкой. В соответствии с ними все рудники должны выйти в 2000-2005 гг. на проектную производительность по марганцевым рудам - 900 тыс. т в год. На данном этапе осваиваются только три месторождения: Тыньинское (Северный Урал), Николаевское (Иркутская область) и Громовское (Читинская область), а на других мелких месторождениях Урала, а также на Дурновском (Кемеровская область) добываются марганцевые руды в небольшом количестве (до 10 тыс. т). Разработка этих месторождений производится неэффективно из-за низкой технической оснащенности мелких добывающих компаний и акционерных обществ.

В результате проведения геологоразведочных работ на ряде мелких месторождений потребность российской экономики в марганцевых рудах для существующих мощностей, составляющая 3,8 млн. т или 1,45 млн. т марганцевых концентратов, может быть удовлетворена только на 25 %. При этом реальная обеспеченность промышленными запасами марганцевых руд мелких месторождений составляет 5-7 лет.

При условии ввода в эксплуатацию Усинского и Положненского месторождений в 2005 г. добыча марганцевых руд может составить 3,1 млн. т и производство концентратов - 1,37 млн. т, а вместе с добычей на мелких месторождениях может достигнуть 4 млн. т сырой руды или 1,8 млн. т марганцевого концентрата.

Строительство рудников и горно-обогатительных комбинатов на крупных месторождениях позволит практически полностью удовлетворить потребности металлургических предприятий Российской Федерации в марганцевом сырье в течение многих десятилетий XXI века.

Таким образом, решение проблемы российского марганца позволит снизить зависимость от других стран к 2010г. как минимум на 80 %, а в дальнейшем полностью перейти на отечественное сырье.

В настоящее время Россия импортирует товарные марганцевые руды с содержанием 32-36 % Мn и ферросплавы на сумму более 200 млн. долл. ежегодно.

Альтернативным источником марганца континентальных месторождений могут стать океанические залежи железомарганцевых конкреций (ЖМК) и корок. До недавнего времени они изучались в основном с позиций их кобальто- и никеленосности. Плотность конкреций на океаническом дне может достигать первых десятков кг/м 2 , а содержание марганца - многих десятков % (при попутных никеле, кобальте и других концентраций более 1 %). Доказана практическая возможность добычи ЖМК и извлечения из них всех ценных компонентов. По данным ВИЭМСа, себестоимость добычи океанического и континентального марганца будет соизмерима. В условиях острого дефицита марганца в РФ следует усилить работы по закреплению за нашей страной площади Тихого океана, где сосредоточены многомиллионные запасы ЖМК.

Для производства марганцевой продукции (ферромарганца, оксидов, различных солей и т.п.) используются марганцевые руды. Средние содержания металла в них составляют от 17 до 53%. Наиболее "вредной" примесью марганцевого сырья является фосфор. Желательно, чтобы его содержание в руде не превышало 0,2% от количества марганца. Уникальные марганцевые месторождения содержат запасы руды, превышающие один миллиард тонн, крупные – сотни миллионов, а средние и мелкие – десятки миллионов тонн.

Ресурсы марганцевых руд установлены в 56 странах мира и оцениваются в 21,3 млрд. тонн. В силу того, что достоверные оценки мировых прогнозных ресурсов марганца составляют коммерческую тайну, обнаружение среднемасштабных месторождений ещё возможно в пределах относительно слабо изученных территорий. К таковым можно отнести отдельные районы Австралии, Аргентины, Боливии, Бразилии, Ботсваны, Буркина-Фасо, Габона, Демократической Республики Конго, Индии, Ирана, Марокко, Перу, Турции и Чили. Суммарные прогнозные ресурсы этих стран оцениваются в 2500 млн. тонн.

Основные производители марганцево-рудной продукции (2000 год)

Более 95% мировых общих запасов локализованы в 13 странах (в порядке убывания): ЮАР, Украина, Казахстан, Габон, Бразилия, Китай, Австралия, Боливия, Грузия, Мексика, Болгария, Российская Федерация и Индия. Высокосортными рудами обладают лишь ЮАР, Габон, Австралия и Бразилия, в остальных странах руды среднего и низкого качества.

Ежегодный экспорт товарной марганцевой руды (2001 год)

Добыча марганцевых руд и производство концентратов осуществляется в 30 странах мира. Основной объём товарных марганцевых руд используется в производстве марганцевых сплавов (ферромарганца, силикомарганца, ферросилиция и др.), а также марганца-металла. Главными мировыми производителями сплавов являются страны, ведущие основную добычу марганцевых руд (ЮАР, Украина, Китай), а также обладающие технологическим потенциалом и достаточно дешевой электроэнергией для её переработки (Япония, Франция, Норвегия). Они формируют лидирующую шестерку мира по производству марганцевых сплавов.

С годами доля экспорта руд по отношению к экспорту сплавов постепенно уменьшается. Основными потребителями импортной марганцевой продукции, богатой руды и концентратов, являются Япония, США, ФРГ, Франция, Китай, Норвегия, Южная Корея и другие страны с развитой чёрной металлургией, не обладающие достаточным ресурсом собственного сырья.

Больше по географии:

Пещера Шульган-Таш (Капова)
Пещера Шульган-Таш и озеро Шульган издревле являлись для народов Южного Урала объектом постоянного поклонения. Уже сейчас имеется достаточно доказательств того, что пещера Шульган-Таш являлась для местного населения своеобразным святилищем, где совершались разнообразные обряды посвящения (например, ...

АПК: понятие, структура, значение
Агропромышленный комплекс (АПК) - совокупность связанных между собой общественным разделением труда отраслей экономики, обеспечивающих воспроизводство продуктов питания и промышленных предметов потребления из сельскохозяйственного сырья в соответствии с потребностями общества и спросом населения. В...

Государственный строй
После падения монархии Пехлеви в феврале 1979 г. в стране была провозглашена Исламская Республика. Народ путем свободного голосования отдал 99,8 % голосов за установление исламской республики. Государственный строй - исламская республика. Дата установления исламской республики – 22 бахмана 1357 г. ...

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.

Ма́рганец - элемент побочной подгруппы седьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 25. Обозначается символом Mn (лат. Manganum , ма́нганум , в составе формул по-русски читается как марганец , например, KMnO4 - калий марганец о четыре ; но нередко читают и как манган ). Простое вещество марганец (CAS-номер: 7439-96-5) - металл серебристо-белого цвета. Известны пять аллотропных модификаций марганца - четыре с кубической и одна с тетрагональной кристаллической решёткой.

Один из основных материалов марганца - пиролюзит - был известен в древности как черная магнезия и использовался при варке стекла для его осветления. Его считали разновидностью магнитного железняка, а тот факт, что он не притягивается магнитом, Плиний Старший объяснил женским полом черной магнезии, к которому магнит «равнодушен». В 1774 г. шведский химик К. Шееле показал, что в руде содержится неизвестный металл. Он послал образцы руды своему другу химику Ю. Гану, который, нагревая в печке пиролюзит с углем, получил металлический марганец. В начале XIX века для него было принято название «манганум» (от немецкого Manganerz - марганцевая руда).

Марганец твердый хрупкий металл. Известны четыре кубические модификации металлического марганца. При температурах от комнатной и до 710°C устойчив a-Mn, параметр решетки а = 0,89125 нм, плотность 7,44 кг/дм3. В интервале температур 710-1090°C существует b-Mn, параметр решетки а = 0,6300 нм; при температурах 1090-1137°C - g-Mn, параметр решетки а = 0,38550 нм. Наконец, при температуре от 1137°C и до температуры плавления (1244°C) устойчив d-Mn с параметром решетки а = 0,30750 нм. Модификации a, b, и d хрупкие, g-Mn пластичен. Температура кипения марганца около 2080°C.

На воздухе марганец окисляется, в результате чего его поверхность покрывается плотной оксидной пленкой, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. При прокаливании на воздухе выше 800°C марганец покрывается окалиной, состоящей из внешнего слоя Mn3O4 и внутреннего слоя состава MnO.

Марганец образует несколько оксидов: MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 и Mn2O7. Все они, кроме Mn2O7, представляющего собой при комнатной температуре маслянистую зеленую жидкость с температурой плавления 5,9°C, твердые кристаллические вещества.

Монооксид марганца MnO образуется при разложении солей двухвалентного марганца (карбоната и других) при температуре около 300°C в инертной атмосфере:

MnCO3 = MnO + CO2

Этот оксид обладает полупроводниковыми свойствами. При разложении MnOОН можно получить Mn2O3. Этот же оксид марганца образуется при нагревании MnO2 на воздухе при температуре примерно 600°C:

4MnO2 = 2Mn2O3 + O2

Оксид Mn2O3 восстанавливается водородом до MnO, а под действием разбавленных серной и азотной кислот переходит в диоксид марганца MnO2.

Если MnO2 прокаливать при температуре около 950°C, то наблюдается отщепление кислорода и образование оксида марганца состава Mn3O4:

3MnO2 = Mn3O4 + O2

Этот оксид можно представить как MnO·Mn2О3, и по свойствам Mn3О4 соответствует смеси этих оксидов.

Диоксид марганца MnO2 - наиболее распространенное природное соединение марганца в природе, существующее в нескольких полиморфных формах. Так называемая b-модификация MnO2 - это уже упоминавшийся минерал пиролюзит. Ромбическая модификация диоксида марганца, g-MnO2 также встречается в природе. Это - минерал рамсделит (другое название - полианит).

Диоксид марганца нестехиометричен, в его решетке всегда наблюдается дефицит кислорода. Если оксиды марганца, отвечающие его более низким степеням окисления, чем +4, - основные, то диоксид марганца обладает амфотерными свойствами. При 170°C MnO2 можно восстановить водородом до MnO.

Если к перманганату калия KMnO4 добавить концентрированную серную кислоту, то образуется кислотный оксид Mn2O7, обладающий сильными окислительными свойствами:

2KMnO4 + 2H3SO4 = 2KHSO4 + Mn2O7 + H3O.

Mn2O7 - кислотный оксид, ему отвечает сильная, не существующая в свободном состоянии марганцовая кислота НMnO4.

При взаимодействии марганца с галогенами образуются дигалогениды MnHal2. В случае фтора возможно также образование фторидов состава MnF3 и MnF4, а в случае хлора - также трихлорида MnCl3. Реакции марганца с серой приводят к образованию сульфидов составов MnS (существует в трех полиморфных формах) и MnS2. Известна целая группа нитридов марганца: MnN6, Mn5N2, Mn4N, MnN, Mn6N5, Mn3N2.

С фосфором марганец образует фосфиды составов MnР, MnP3, Mn2P, Mn3P, Mn3P2 и Mn4P. Известно несколько карбидов и силицидов марганца.

С холодной водой марганец реагирует очень медленно, но при нагревании скорость реакции значительно возрастает, образуется Mn(OH)2 и выделяется водород. При взаимодействии марганца с кислотами образуются соли марганца (II):

Mn + 2HCl = MnCl2 + H3.

Из растворов солей Mn2+ можно осадить плохо растворимое в воде основание средней силы Mn(OH)2:

Mn(NO3)2 + 2NaOH = Mn(OH)2 + 2NaNO3

Марганцу отвечает несколько кислот, из которых наиболее важны сильные неустойчивые марганцоватая кислота H3MnO4 и марганцовая кислота HMnO4, соли которых - соответственно, манганаты (например, манганат натрия Na2MnO4) и перманганаты (например, перманганат калия KMnO4).

Манганаты (известны манганаты только щелочных металлов и бария) могут проявлять свойства как окислителей (чаще)

2NaI + Na 2MnO 4 + 2H 2O = MnO 2 + I 2 + 4NaOH ,

так и восстановителей

2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl.

В водных растворах манганаты диспропорционируют на соединения марганца (+4) и марганца (+7):

3K2MnO4 + 3Н2О = 2KMnO4 + MnO2·Н2О + 4КОН.

При этом окраска раствора из зеленой переходит в синюю, затем в фиолетовую и малиновую. За способность изменять окраску своих растворов К. Шееле назвал манганат калия минеральным хамелеоном.

Перманганаты - сильные окислители. Например, перманганат калия KMnO4 в кислой среде окисляет сернистый газ SO2 до сульфата:

2KMnO4 + 5SO2 +2H3O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H3SO4.

При давлении около 10 МПа безводный MnCl2 в присутствии металлоорганических соединений реагирует с оксидом углерода (II) CO с образованием биядерного карбонила Mn2(CO)10.

Промышленное получение марганца начинается с добычи и обогащения руд. Если используют карбонатную руду марганца, то ее предварительно подвергают обжигу. В некоторых случаях руду далее подвергают сернокислотному выщелачиванию. Затем обычно марганец в полученном концентрате восстанавливают с помощью кокса (карботермическое восстановление). Иногда в качестве восстановителя используют алюминий или кремний. Для практических целей чаще всего используют ферромарганец, полученный в доменном процессе при восстановлении руд железа и марганца коксом. В ферромарганце содержание углерода составляет 6-8 % по массе.

Чистый марганец получают электролизом водных растворов сульфата марганца MnSO4, который проводят в присутствии сульфата аммония (NH4)2SO4. более 90% производимого марганца идет в черную металлургию. Марганец используют как добавку к сталям для их раскисления, десульфурации (при этом происходит удаление из стали нежелательных примесей - кислорода, серы и других), а также для легирования сталей, т. е. улучшения их механических и коррозионных свойств. Марганец применяется также в медных, алюминиевых и магниевых сплавах. Покрытия из марганца на металлических поверхностях обеспечивают их антикоррозионную защиту. Для нанесения тонких покрытий из марганца используют легко летучий и термически нестабильный биядерный декакарбонил Mn2(CO)10.

Соединения марганца (карбонат, оксиды и другие) используют при производстве ферритных материалов, они служат катализаторами многих химических реакций, входят в состав микроудобрений. Перманганат калия применяют для отбеливания льна и шерсти, обесцвечивания технологических растворов, как окислитель органических веществ. В медицине применяют некоторые соли марганца. Например, перманганат калия используют как антисептическое средство в виде водного раствора, в некоторых случаях раствор применяют при отравлении алкалоидами и цианидами.

3. Марганец - 14-й элемент по распространенности на земле, а после железа второй тяжелый металл, содержащийся в земной коре (около 0.1% по массе или 0.03% от общего числа атомов земной коры). Весовое количество марганца увеличивается от кислых (600 г/т) к основным породам (2,2 кг/т). Сопутствует железу во многих его РУДАХ, однако встречаются и самостоятельные месторождения марганца. Общее число марганцевых минералов, встречающихся в природе, превышает 150. Однако широко распространенных и содержащих повышенное количество Мп минералов немного.

Наиболее распространенные минералы марганца:

пиролюзит MnO2 ·x H3O, самый распространённый минерал (содержит 63,2 % марганца);

манганит (бурая манганцевая руда) MnO(OH) (62,5 % марганца);

браунит 3Mn2O3·MnSi O3 (69,5 % марганца);

гаусманит (MnIIMn2III)O4

родохрозит (марганцевый шпат, малиновый шпат) MnCO3 (47,8 % марганца);

псиломелан m MnO MnO2 n H3O (45-60 % марганца);

пурпурит (Mn3+), 36,65 % марганца.

4. Ресурсы марганцевых руд выявлены в 56 странах мира и составляют 21,27 млрд. г, в том числе в Африке - 14,33 млрд. т (67,4 % мировых) и Европе - 3,44 млрд. т (16,2 %). Запасы марганцевых руд известны также в 56 странах. Подтвержденные запасы марганцевых руд составляют 5,4 млрд. т. До 90 % общемировых подтвержденных запасов марганца заключено в стратиформных месторождениях, около 8 % в корах выветривания и 2 % - в месторождениях гидротермального типа. Главными держателями запасов марганца являются 11 стран, владеющих примерно 95 % мировых подтвержденных запасов (5,1 млрд. т). Это Украина, ЮАР, Казахстан, Габон, Грузия, Австралия, Бразилия, Китай, Россия, Болгария, Индия. 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.

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 % Мп). 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. Металлогения и эпохи рудообразования. 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: первично-оксидные 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. Марганцевые руды пластообразной формы согласно залегают среди известняков, песчаников и сланцев силурийского возраста. Мощность залежей около 1 м. Основные минералы псиломелан и пиролюзит. Наибольший интерес представляют участки вторично обогащенных руд, в которых среднее содержание марганца варьирует от 43,2 до 46,7% и кремнезема от 8,2 до 11,9%. 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-Ш. На месторождении Ушкатын-Ш выявлено 14 марганцевых и 8 железорудных тел. Запасы подсчитаны в четырех рудных телах. Среднее содержание Мп 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. Генетические типы промышленных производств. 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. 8). 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 марганца 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 %), СаО 3- 13 %, Si02 10-50 %. Руды труднообогатимые. В оксидных рудах среднее содержание Мп - 28,2 %, Fe - 2- 3 %, Р - 0,25 %, Si02 - около 30 %. Они легко обогащаются простыми гравитационными способами. Смешанные руды содержат в среднем около 25 % Мп. Преобладают фосфоридные 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 «шкреций - 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 (%): Мп 25-30; Fe 10- 12; Ni 1-2; Со 0,3-1,5 и Си 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, Мп, Si02, Си, Zn, Ва, РЬ 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 браунит-гаусманитовым составом первичных руд и псиломелан-вернадитовыми рудами в корах выветривания. Мощность рудных тел обычно 1-10 м, содержание в них основных компонентов (%): Мп 40-55; Si02 менее 10; Р 0,03-0,06. К этому типу принадлежат месторождения Атасуйско-го и Джездинского районов Центрального Казахстана, а в России месторождения Примагнитогорской группы, Ир-Нилийское в Приохотье, связанные со спилиткератофир-кремнистой формацией, а также месторождения Салаирского кряжа, приуроченные к порфирово-кремнистой формации. Месторождения кор выветривания. В результате проявления процессов выветривания в зоне гипергенеза происходит интенсивное разложение марганцевых руд и марганепсодержащих 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 (%): Мп 30-50; Si02 до 12; Fe до 14. Рдо 0,2, иногда до 2. Они распространены на глубинах 10-70 м. Наиболее крупные месторождения выявлены Е центральных и южных штатах Индии (Мадхья-Прадеш. Раджастан, Гуджарат, Орисса и др.). В гипергенных рудах, образовавшихся по марганецсо-держащим доломитам, концентрация Мп составляет 30-53 %, Si02 и Fe до 3 %, Р до 0,1 %. Они, в отличие от рул возникших по силикатным породам, характеризуются низким содержанием Si02 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 месторожде ний 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 гидроксидами н 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 метаморфизованными 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 биксбиит 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 марганца 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), Мад-хья-Прадеш (Рамрара, Стапатар) и Махараштра (Бузург, Донгри и др.). Гондиты и кодуриты в настоящее время не отрабатываются.

Промышленные месторождения марганцевых руд на Урале относятся к двум генетическим типам: осадочному и вулканогенному гидротермально-осадочному.

Осадочные месторождения марганцевых руд располагаются на четырех стратиграфических уровнях: 1 – ордовикском, 2 – нижнекаменноугольном, 3 – верхнепермском, 4 – мел-палеогеновом (Е.С.Контарь, К.П.Савельева, 1998).

Марганцевые месторождения в ордовикских отложениях выявлены в Предуральской зоне Северного и Полярного Урала. К ним относятся Парнокское месторождение в Республике Коми и Чувальская группа месторождений в Пермской области.

Парнокское железо-марганцевое месторождение выявлено в 1987 г. Воркутинской геологической экспедицией. Оно расположено в 70 км к юго-востоку от города Инта, в предгорьях Полярного Урала, в среднем течении р.Парнока-Ю (восточного притока р.Лемвы).

Парнокское месторождение приурочено к толще ордовикских известняков, к границе между известняками и углисто-глинистыми сланцами. Пластообразные рудные тела залегают согласно с вмещающими породами, имея юго-восточное падение под углом 10–45%. Они распространены на площади 4,6х5,6 км, где выделяются несколько рудоносных участков: Магнитный 1, Магнитный 2, Пачвожский, Восточный, Дальний (М.А.Шишкин, Н.Н.Герасимов, 1995). Мощность отдельных рудных пластов изменяется от 0,5 до 5,8 м. Суммарная мощность нескольких сближенных пластов местами достигает 15 м.

На месторождении выделяются три типа руд: марганцевые карбонатные, марганцевые окисленные, магнетитовые. Марганцевые карбонатные руды бурого и кремового цвета являются первичными; они состоят в основном из родохрозита, манганокальцита, родонита. Среднее содержание марганца в них составляет 24%. На верхних горизонтах месторождения, до глубины 30–70 м, под действием процессов выветривания карбонатные руды преобразованы в черные окисленные руды, состоящие из псиломелана, гаусманита, пиролюзита. По категории С2 балансом учтены запасы окисленных руд в количестве 3885 тыс. т, а прогнозные ресурсы марганцевых руд Парнокского месторождения оцениваются в 20 млн т (Н.П.Юшкин, А.М.Пыстин, 1997). С 1993 г. на Парнокском месторождении начата опытная добыча окисленных марганцевых руд.

Верхне-Чувальские месторождения в Пермской области изучены только на верхних горизонтах в зоне окисления, где развиты черные и бурые железомарганцевые руды. Эти месторождения эксплуатировались ранее как железорудные. Предполагается, что на глубине залегают первичные карбонатные руды. Е.С.Контарь (устное сообщение) предполагает, что группа Чувальских марганцевых месторождений может иметь значительные размеры.

Осадочные марганцевые месторождения раннекаменноугольного возраста распространены в основном в Тагило-Магнитогорской зоне Восточного склона Урала. Здесь выявлены Кипчакское месторождение в Челябинской области и Аккермановское месторождение в Оренбургской области, а также ряд рудопроявлений (Клевакинское, Амамбайское, Орское и др.). Более крупное Аккермановское месторождение, расположенно в 20 км к юго-западу от г.Орска. На этом месторождении рудное тело мощностью 4–5 м залегает среди известняков и круто, под углом 70–80о, падает на запад. Оно прослежено по простиранию на 2 км. Руды состоят из пиролюзита, псиломелана, лимонита и гетита. Среднее содержание марганца в рудах составляет (в %) 16,3, железа – 6,0, кремнезема – около 50. Разведанные запасы руд оценены в 3793 тыс. т (Н.П.Варламов, Г.И.Водорезов, С.Х.Туманов, 1966). Во время Великой Отечественной войны месторождение разрабатывалось для нужд Магнитогорского металлургического комбината.

Верхнепермские осадочные марганцевые руды представлены месторождением Улу-Теляк, расположенным в 70 км к востоку от г.Уфы. На этом месторождении разведано субгоризонтально лежащее тело светло-коричневых марганцовистых из-вестняков мощностью от 1 до 18 м. Марганцовистые известняки сохранились на возвышенных местах, а на их склонах и в долинах распространены переотложенные руды, образовавшиеся в результате разрушения первичных руд - марганцовистых известняков и перемещения их в виде обломочного материала в пониженные участки рельефа. Первичные руды состоят из марганецсодержащего кальцита, а переотложенные руды сложены псиломеланом, вернадитом, опалом, халцедоном. Содержание марганца в марганцовистых известняках составляет 8-10%, в переотложенных рудах 11-17%. Разведанные запасы руды на Улутелякском месторождении составляют около 6, 5 млн т (Н. М. Благовещенская, 1966). В связи с низкими содержаниями марганца Улутелякское месторождение не эксплуатируется.

Мел-палеогеновые осадочные марганцевые месторождения расположены в Свердловской области, на Восточном склоне Северного Урала, где выделяется Северо-Уральский марганцеворудный бассейн. Он простирается на 300 км к северу от широты г. Серова вдоль западной границы мезозойско-кайнозойских отложений. В настоящее время этот бассейн обладает наибольшими запасами разведанных марганцевых руд и только здесь осуществляется промышленная добыча марганцеворудного сырья на Урале. На площади Северо-Уральского марганцеворудного бассейна выявлены более 15 промышленных месторождений, из которых 9 детально изучены: Березовское, Ново-Березовское, Южно-Березовское, Екатерининское, Марсятское, Юркинское, Лозьвинское, Ивдельское, Тыньинское; а одно месторождение -Полуночное - уже выработано.

Марганцевые руды Северо-Уральского бассейна залегают в виде пластов среди рыхлых и полусцементированных слоев глин, песков, галечников, алевролитов, песчаников. В восточной части бассейна рудные залежи имеют преимущественно субгоризонтальное залегание, а в западной его части, вблизи разломов, смяты в складки и разорваны. Пласты марганцевых руд имеют протяженность с юга на север от 1,5 до 7,5 км, при ширине 100-800 м и мощности 0,5-5,0 м. Они прослежены скважинами до глубины около 300 м. Первичные марганцевые руды имеют существенно карбонатный состав. Главными рудными минералами являются родохрозит и манганокальцит. На верхних горизонтах месторождений под воздействием процессов выветривания карбонатные руды превращены в окисленные, состоящие из пиролюзита, псиломелана, манганита и песчано-глинистого материала. Содержание марганца в первичных рудах составляет 15-20%, а в окисленных 25-30%.

Одним из более изученных объектов Северо-Уральского бассейна является Полуночное марганцевое месторождение, расположенное в 23 км к северу от г.Ивделя. Месторождение открыто в 1920 г., а в 1942 г. начата его эксплуатация, которая продолжалась до 1965 г.

Рудная залежь Полуночного месторождения залегает на размытой поверхности палеозойских порфиритов на палеогеновых кварц-глауконитовых песках. Она простирается на 1500 м с юга на север при ширине 600 м. Залежь наклонена на восток под углом 7-10°. На глубине около 100 м она выклинивается. В первичных карбонатных рудах Полуночного месторождения среднее содержание составляет (%): марганца 20,7, железа – 3,6, фосфора – 0,19. В окисленных рудах содержание марганца более высокое – в среднем 27,5%.

В настоящее время эксплуатируются Тыньинское, Ново-Березовское, Березовское и Южно-Березовское месторождения. Общие разведанные запасы марганцевых руд Северо-Уральского бассейна составляют 41,9 млн т (А.В.Сурганов и др., 1997). Объем добычи марганцевых руд пока небольшой, но, по расчетам проектных институтов, через 5 лет эксплуатации он может достичь 350 тыс. т в год.

Осадочные месторождения марганца сформировались в прибрежных зонах древних морей. При выветривании горных пород на прилегающей суше содержавшийся в них марганец растворялся в воде и выносился реками и ручьями в море. Смешение сравнительно кислых вод, принесенных с суши, с морскими щелочными водами вызывало осаждение марганца в прибрежных зонах, достигая в благоприятных условиях промышленных концентраций. Высказано также мнение об эндогенных источниках марганца. Так, для Парнокского месторождения предполагается привнос марганца с больших глубин по разломам в земной коре, т.е. гидротермально-осадочный генезис части марганцевых руд (М.А.Шишкин, Н.Н.Герасимов, 1995).

Вулканогенные гидротермально-осадочные месторождения марганцевых руд распространены в Тагило-Магнитогорской зоне, где в силурийском и девонском периодах, т.е. 354–434 млн лет назад, происходил активный вулканизм преимущественно в подводно-морских условиях. Горячие воды, выделяющиеся из вулканов и окружающих их фумаролл, содержали марганец, кремний, железо и другие химические элементы. Эти элементы в виде карбонатных, силикатных и оксидных соединений осаждались вблизи вулканов на дне морских бассейнов, образуя местами промышленные кремнисто-марганцевые месторождения.

На Южном Урале, в основном на территории Баймакского, Абзелиловского и Учалинского районов Республики Башкортостан, выявлены многочисленные кремнисто-марганцевые месторождения, приуроченные к горизонту сургучно-красных бугулыгырских яшм и другим слоям кремнистых пород. Более значительными объектами такого типа являются Файзуллинское, Янзигитовское, Алимбетовское, Ниазгуловское, Кусимовское, Кожаевское, Уразовское месторождения. Рудные тела этих месторождений имеют форму пластов и линз, переслаивающихся с яшмами и алевролитами. Руды сложены родонитом, бустамитом, браунитом, псиломеланом, пиролюзитом, кварцем. Содержание марганца в кремнисто-марганцевых рудах составляет 10–25%, кремнезема 20–50%. Добыча этих руд была начата еще в 1880 г. на Уразовском месторождении для нужд Златоустовского и Белорецкого металлургических заводов. Позднее, в связи со строительством Магнитогорского металлургического комбината, были разведаны многие близрасположенные марганцевые месторождения. Во время Великой Отечественной войны они эксплуатировались, а руды поставлялись на Магнитогорский металлургический комбинат. Разведанные запасы кремнисто-марганцевых руд Южного Урала составляют 2,8 млн т. Однако в связи с малыми размерами месторождений и низким качеством руд в настоящее время они не эксплуатируются.

На Среднем Урале вулканогенные гидротермально-осадочные марганцевые месторождения известны в Нижнетагильском рудном районе. Здесь изучались Сапальское, Липовское, Казанское месторождения. Рудные тела этих месторождений залегают обычно на границе известняков со сланцами и туфопесчаниками. Они имеют форму неправильных линз. В геологическом строении месторождений участвуют вулканические породы – трахиты и интрузивные породы – сиениты.

Сапальское месторождение, расположенное в 6 км к северу от г.Нижнего Тагила, открыто в 1867 г. Руды этого месторождения состоят из гаусманита, браунита, псиломелана, родохрозита, манганокальцита. Содержание марганца в рудах составляет 30–42%. К настоящему времени оно выработано. Липовское и Казанское месторождения обладают малыми размерами и низким качеством руд. Присутствие на марганцевых месторождениях Нижнетагильского района интрузивных пород позволяет предполагать также гидротермальный генезис руд, связанный с внедрением сиенитов.

Небольшие объемы добычи марганцевых руд на месторождениях Северо-Уральского бассейна не обеспечивают потребности Уральского экономического района. Новые промышленные осадочные месторождения марганцевых руд могут быть выявлены в ордовикских отложениях западного склона Северного и Приполярного Урала, в раннекаменноугольных осадочных породах западного и восточного склонов Южного Урала, в палеогеновых отложениях восточного склона Северного Урала. Обеспечение потребностей Урала в марганцевых рудах за счет разработки Парнокского месторождения в Республике Коми, будет возможно после проведения железной дороги в этот район.

5.Марганец – важный и, безусловно, необходимый элемент в жизни человека. Заменить его нечем. Сейчас в России ощущается нехватка добычи марганца. Поэтому сегодня наиболее актуальны и разработка новых месторождений, даже подводных, и тщательное изучение свойств этого металла и его соединений.

Марганцевые руды ; 5 – оксидно-карбонатные марганцевые руды ; 6 – карбонатные марганцевые руды . В осадочных морских месторождениях... были известны только окисные руды , а карбонатные марганцевые руды открыты сравнительно недавно. ...

Марганец - металл серого цвета со стальным отблеском, имеющий высокий показатель твёрдости. Добыча марганцевой руды имеет большое значение, ведь она применяется практически во всех отраслях промышленности.

История появления

Марганец невозможно найти в природе в чистом виде. Основной минерал, в котором он содержится, называется пиролюзит. В древности его использовали в качестве осветлителя стекла при варке, а также для окрашивания тканей.

В конце XVIII века шведские химики К. Шееле и Ю. Ган обнаружили, что в руде содержится металл, по внешнему виду напоминающий железо. Он получил название «манганум», которое позже преобразовалось в «марганец».

Где ещё содержится?

Марганец - элемент, который содержится в растениях и во всех живых организмах, в т. ч. в человеческом.

Его дефицит негативно сказывается на работе всех органов и систем человека.

Трудно переоценить важность марганца, ведь он:

• укрепляет нервную и сердечно-сосудистую системы;
• нормализует деятельность щитовидной железы;
• положительно влияет на репродуктивную функцию;
• регулирует уровень сахара в крови;
• ускоряет обмен веществ;
• поддерживает необходимый уровень холестерина в крови;
• укрепляет иммунную систему.

Свойства металла

Марганец является одним из самых распространённых элементов в природе. Чаще всего встречается в пиролюзите и железных рудах (его показатели твёрдости намного выше, чем у железа). В зависимости от количественного преобладания металла, залежи имеют название «железно-марганцевая руда» или «марганцево-железная».

Электронная формула марганца: 3d5 4s2.

Формула марганца в пиролюзите: MnO2xH2O.

Широкое применение марганца обусловлено его высокой химической активностью - он способен вступать в реакцию с большим количеством элементов, образуя сплавы. Он также хорошо взаимодействует с кислородом, углеродом, азотом и прочими неметаллами.

Находясь в вакууме, металл при нагревании способен испариться из любого сплава, он растворяется в кислотах, вступает в реакцию с водой.

Применение марганца в металлургической промышленности

Данный металл содержится практически во всех сплавах, значительно улучшая их физические свойства. Полученные сплавы отличаются долговечностью, прочностью и устойчивостью к коррозии. Марганец добавляется в них в сочетании с железом (ферросплав).

При изготовлении стального металлопроката марганец незаменим - он выступает легирующим элементом, удаляет из сплава серу и кислород.

Улучшенные свойства металлопроката позволяют его использовать в производстве стойкой к износу техники и различных механизмов в военной, строительной, авиационной промышленности.

Применение в медицине

В медицинской отрасли марганец применяется в виде перманганата калия. Его водный раствор (до 5 % содержания марганца) обладает антисептическим, кровоостанавливающим, адсорбирующими свойствами.

Раствор не имеет противопоказаний, он разрешён даже для ухода за пупочной раной младенцев. Но важно помнить, что сильно концентрированный раствор может вызвать тяжёлые ожоги.

Методы добычи марганцевой руды

Ежегодно в мире добывается порядка 25 млн тонн марганцевой руды. Работы ведутся в основном открытым способом, реже - подземным.

Карьерные разработки используются, если месторождения марганцевых руд неглубоко залегают под землёй. В зависимости от площади месторождения, роются котлованы различных размеров.

Разработка карьера осуществляется следующим образом:

• при помощи спецтехники (чаще всего бульдозеров) вскрывается и убирается верхний слой земли, покрывающий залежи ископаемого;
• марганцевая руда подвергается дроблению;
• руда грузится на самосвалы и отправляется на завод для переработки.
• после завершения работ карьер снова покрывается пластом земли, проводится рекультивация.

При подземном способе добычи главной задачей является подъём руды на поверхность.

Процесс заключается в следующем:

• на территории месторождения роются горизонтальные (штольни) или вертикальные проходы (шахты);
• под землёй осуществляется дробление руды при помощи оборудования;
• руда грузится на конвейер и доставляется на поверхность.

Подземный способ добычи марганцевой руды более затратный в финансовом отношении, нежели открытый. Он требует большего количества современной спецтехники и рабочих. Но руда, добываемая под землёй, считается более качественной, вложения окупаются при её реализации.

Вместе с тем при открытом способе добычи не требуется большая численность рабочих, техника более простая и экономичная в использовании.

Главными достоинствами открытой разработки являются:

• высокий показатель производительности труда;
• относительная безопасность процесса (вероятность возникновения несчастных случаев намного меньше, чем при подземных работах).

Данные преимущества компенсируют отрицательное воздействие погодных условий и необходимость обработки большого участка земли.

Категории месторождений марганцевой руды

В зависимости от сложности геологического строения, формы и размера руды, все месторождения подразделяют на 3 вида (установленных соответствующим приказом «О классификации запасов марганцевых руд» от 11.12.2006 г.):

• 1-я группа сложности - залежи с несложным геологическим строением; руда представлена крупными пластами, в которых марганец распределён равномерно;
• 2-я группа сложности - залежи со сложным геологическим строением; руда представлена крупными пластами, в которых марганец распределён неравномерно;
• 3-я группа сложности - залежи со сложным геологическим строением; руда представлена мелкими пластами, в которых марганец распределён неравномерно, а его количество крайне мало.

Способы извлечения марганца из руды

Чаще всего чистый марганец получают из руды методом выщелачивания. В процессе могут быть использованы различные химические вещества, например сернистая кислота, железистый сульфат, аммония сульфат и пр. Их разнообразие обусловлено тем, что марганец имеет множество соединений и модификаций, каждый из которых по-разному вступает в химические реакции.

Несмотря на то что не существует определённой классификации методов извлечения металла из марганцевой руды, все они имеют схожий процесс:

• руда измельчается до степени, обеспечивающей максимальную скорость реакции при взаимодействии с различными веществами;
• запускается процесс выщелачивания, в результате которого марганец принимает вид раствора;
• полученный раствор очищается от примесей;
• при воздействии на него реагентом или при его выпаривании марганец выпадает в осадок в чистом виде.

С помощью химических реагентов можно извлечь марганец из шламов, бедных руд, отходов промышленного производства.

Где добывают марганцевые руды? Страны - лидеры

На сегодняшний день лидером по добыче марганцевых руд является Россия, она занимает ведущее место уже несколько десятилетий. В других государствах нет разведанных крупных и богатых месторождений, их поиск ведётся постоянно. Широкое применение марганца в металлургической промышленности обеспечило ему экономическую привлекательность.

Небольшие месторождения имеются в следующих странах: Болгария, Румыния, Китай, Украина, Казахстан, Чехия, Германия, ЮАР, Бразилия, Индия, Австралия, Япония, Индонезия, Мексика. В большинстве из них сконцентрированы залежи руды, не отличающейся высоким качеством. Потребности этих стран удовлетворяются за счёт импортируемой руды.

Страны с высоким уровнем развития металлургической промышленности (США, Франция, Бельгия и пр.) активно ведут поиски крупных месторождений в целях сокращения объёмов импорта. Это позволит им удовлетворять внутренние потребности государства за счёт собственных ресурсов.

Повышенный интерес США направлен на извлечение и дальнейшее использование в промышленности железно-марганцевой руды, сосредоточенной на дне Мирового океана.

Добыча марганцевой руды в России

Несмотря на лидирующую позицию, Россия испытывает значительные проблемы в области добычи марганца. Распад Советского Союза ознаменовался началом крайней степени дефицита металла высокого качества. Основная часть работ по его добыче велась на месторождениях, которые отныне территориально принадлежат другим государствам.

Такое положение вынудило Россию приобретать марганец высокого качества в зарубежных странах по ценам импорта, чтобы покрыть потребности металлургической промышленности. Данная ситуация сохраняется по сей день.

В настоящее время добыча марганцевой руды в России осуществляется на следующих месторождениях:

• Парнокское (Республика Коми);
• Дурновское (Кемеровская область);
• Громовское (Читинская область).

Они являются крупнейшими, всего же в России имеется 16 месторождений.

На сегодняшний день основная деятельность направлена на снижение объёмов импорта, для этого активно ведётся поиск и разработка новых месторождений. Одним из самых перспективных районов считается Улу-Теляк.

Это небольшое село в Башкирии, со времён СССР известное значительными запасами марганцовистого известняка. Главная особенность этого соединения заключается в том, что он сочетает в себе все свойства обоих элементов, выполняя в металлургической промышленности также 2 роли.

В марганцовистом известняке Улу-Теляка марганца немного - до 9 %, но его использование в данном сочетании привлекательно для чёрной металлургии. Основная сложность заключается в отсутствии чётких технологий производства с использованием нового ископаемого.

С появлением отлаженного процесса появится возможность значительно экономить финансовые средства за счёт сокращения использования ферросплава, новый материал имеет все шансы стать ему достойной заменой.

Перспективы отрасли

Металлургическая промышленность, стремительно набирающая обороты развития во всём мире, вынуждает страны заниматься активным поиском месторождений марганцевых руд. С каждым годом совершенствуются технологии, ведутся разработки перспективных территорий. Главной целью любого государства является снижение объёма импорта, чтобы удовлетворение внутренних потребностей происходило, в основном за счёт собственных ресурсов.