Содержание к диссертации
Введение
1. Географо-экономическая характеристика района исследований 12
2. Очерк истории геологического изучения месторождения 15
3. Геологическое строение докаинозоиских образований и рельеф 27
3.1. Стратиграфия 27
3.2. Магматические породы 29
3.2.1. Щелочные пикриты 29
3.2.2. Брекчии щелочных пикритов 33
3.2.3. Карбонатиты 34
3.3. Тектоника 41
3.4. Геоморфологическая характеристика центральной части Чадобецкого поднятия 45
4. Строение профиля коры выветривания 51
4.1. Строение профиля выветривания осадочных пород 51
4.2. Строение профиля выветривания ультраосновных щелочных пород 52
4.3. Строение профиля выветривания редкометалльных карбонатитов 53
5. Редкометалльное оруденение .. 64
5.1. Распределение редкометалльного оруденения и сопутствующих компонентов 64
5.2. Вещественный состав руд 68
5.3. Обогатимость и технологическая характеристика руд 86
5.4. Статистическая обработка данных группового опробования 96
6. Запасы и ресурсы редких металлов и сопутствующих полезных ископаемых 107
6.1. Ниобий и редкоземельные металлы 107
6.2. Железо 114
6.3. Фосфор и марганец 114
6.4. Алюминий 116
Заключение 123
Литература 126
Приложение А
- Магматические породы
- Строение профиля выветривания ультраосновных щелочных пород
- Вещественный состав руд
- Железо
Введение к работе
Состояние вопроса и актуальность работы
Ниобий и редкоземельные металлы во многом определяют развитие новых технологий и научно-технический потенциал стран. В настоящее время в мире объемы использования этих металлов стали одним из показателей уровня экономического развития государств в целом. Отставание России от мирового хозяйства в области производства и потребления редких и редкоземельных металлов достаточно велико.
По экспертным оценкам [6, 40, 44, 54] уровень потребления ниобиевой продукции в России снизился по сравнению с 1991 г. в 10 раз и составляет в пересчете на металл 100-200 т в год. При этом в США использование ниобия в разных формах составляет 5,5 тыс. т в год, в европейских странах — 5 тыс. т, в Японии - 3 тыс. т, а в целом в мире — 16 тыс. т.
Перспективы роста потребления ниобия в России связаны с развитием производства качественных сталей и на его основе - машиностроения, судостроения, трубной промышленности, самолетостроения, атомной энергетики и оборонной промышленности. Потребности этих отраслей на 2005 г. оцениваются в 1,1 тыс. т. ниобия.
Маркетинговые исследования «Гиредмета», проведенные в 2000 г., показали, что до 2005 г. суммарная потребность России и других стран СНГ в редкоземельной продукции будет возрастать за счет использования нитратных растворов для нефтехимии, расширения выпуска постоянных магнитов, никель-металлогидридных батарей, каталитических фильтров-нейтрализаторов выхлопных газов, полирующих паст, использования редкоземельных металлов (РЗМ) для легирования, раскисления и десульфурации сталей. Таким образом, в 2005 г. уровень потребления редкоземельной продукции может достичь 8 тыс. т в пересчете на редкоземельные оксиды (РЗО) [40].
В настоящее время в России редкометалльной промышленности как комплексного единого производства нет, перерабатывающие производства расположены в странах ближнего зарубежья. Сегодня основным источником ниобие вого и редкоземельного сырья в России является Ловозерское месторождение, в рудах которого около 1 % РЗО и 0,24 % Nb205. Получаемые из них лопарито-вые концентраты содержат примерно 30-31 % РЗО и 7-8 % Nb205. Максимальный объем производимого концентрата - 10-12 тыс. т в год. В конце 2001 г. ОАО «Стальмаг» (Татарское месторождение, Красноярский край) приступило к выпуску пирохлорового концентрата но, несмотря на это, внутренний российский рынок испытывает острый дефицит в отечественной редкометалльной продукции и практически полностью зависит от зарубежной конъюнктуры. По мнению специалистов [4, 21, 34, 35, 46] Красноярский край располагает значительными преимуществами перед другими территориями по своим ресурсным возможностям не только как сырьевая и перерабатывающая база ниобия и редкоземельных металлов, но и по своей инвестиционной привлекательности.
Как следует из таблицы, в перечне из восьми наиболее перспективных редкометалльных объектов три, в том числе и Чуктуконское, находятся в Красноярском крае. Диссертационная работа посвящена геологии и редкометалль-ному оруденению Чуктуконского месторождения, которое является одним из наиболее перспективных для ввода в эксплуатацию редкометалльных объектов Красноярского края.
Постоянная Комиссия по природным ресурсам, экологии и природоохранной деятельности Законодательного Собрания Красноярского края в апреле 2003 г. приняла решение о формировании редкометалльной промышленности в Красноярском крае.
На базе Горно-химического комбината (ГХК) в г. Железногорске заканчивается создание опытного производства Металлургического завода (МЗ) по переработке руд, содержащих ниобий и редкоземельные элементы. Эти работы являются одним из главных конверсионных направлений ГХК. В дальнейшем завод может стать основным продуцентом редкометалльной продукции в России.
Чуктуконское месторождение является одним из наиболее перспективных объектов для создания сырьевой базы Металлургического завода. В настоящее время на месторождении еще не завершена оценочная стадия работ, не выяснены структурно—геологические условия локализации редкометалльного оруде-нения. Параметры кондиций не установлены, хотя подсчет ресурсов, проведенный при участии автора, апробирован в ИМГРЭ и утвержден в МПР России. Технологические свойства полезного ископаемого изучены лишь на лабораторных пробах.
Цель работы:
На основе созданной базы данных и системного анализа имеющегося фактического материала по геологии и редкометалльному оруденению разработать геолого-геохимическую модель и дать оценку геологическим и технологическим параметрам Чуктуконского комплексного месторождения, определяющим перспективы его промышленного освоения как редкометалльного объекта.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе реша лисьосновные задачи:
- уточнение геологического строения и разработка геолого- геохимической модели Чуктуконского месторождения;
- анализ состава и зональности профиля коры выветривания;
- выяснение характера распределения ниобиевого и редкоземельного оруденения, а также сопутствующих компонентов по площади и на глубину возможной открытой отработки;
- выделение природных типов руд;
- вариантный подсчет ресурсов руд с различными бортовыми содержаниями суммы ND2O5,и TR2O3;
- изучение вещественного состава руд, форм нахождения и баланса распределения Nb, РЗМ, Fe, Мп и Р в рудах;
- выявление корреляционных зависимостей между компонентами руд. Фактический материал и методы исследования
В работе использованы геологическая документация и данные химического опробования поисковых и разведочных скважин, пробуренных на Чукту-конском месторождении с 1971 по 1991 гг., а также данные анализов групповых проб. На их основе созданы компьютерные базы данных с привязкой проб по координатам х, у, z, в которые вошли более 3000 анализов рядовых керновых проб и 270 групповых проб. Использованный в работе каменный материал, представленный групповыми пробами и дубликатами керновых проб, был отобран работниками КНИИГиМСа в полевой сезон 1999 г. и любезно предоставлен автору В.Г. Ломаевым.
Для получения характеристик вещественного состава образований коры выветривания и слабо измененных интрузивных пород применялись следующие лабораторные методы: петрографический, гранулометрический, термический, рентгенографический, масс-спектрометрический с индуктивно-связанной плазмой .
Решаемые в работе задачи предопределили также целесообразность использования математических методов:
создание двухмерных и трехмерных моделей распределения полезных (Nb и РЗМ) и попутных компонентов руд с применением компьютерной программы Surfer;
вариантного подсчета ресурсов;
данные анализов группового опробования обработаны с помощью методов математической статистики, включая корреляционный и регрессионный анализ с использованием программ Excel, ASOD (КГАЦМиЗ).
Научная новизна полученных результатов
На основании выполненных исследований сделан вывод о преимущественной приуроченности участков наиболее богатого редкометалльного оруденения к зонам дизъюнктивных нарушений, контролировавших гипергенные преобразования вещества в коре выветривания карбонатитов.
Проведено моделирование оруденения центральной части месторождения по сечениям 300-250, 250-200, 200-150, 150-100 метров. Составлена геолого-геохимическая модель месторождения, оконтурены два наиболее богатых участка редкометалльного оруденения и прослежено их распространение на глубину 150 м до абсолютной отметки +100 м (на глубину предполагаемой открытой отработки).
Выделены два различных природных типа руд (редкоземельные и ниобий-редкоземельные).
В рудах обнаружена высокая корреляционная зависимость между содержаниями Nb и Fe, а также TR и Мп. Практическая значимость
Выполненные работы позволяют сосредоточить проведение дальнейших геологоразведочных работ оценочной стадии на площади богатых руд с максимально эффективным использованием ассигнований и объемов горных и буровых работ.
Проведен анализ редкометалльной ресурсной базы месторождения с учетом наличия двух типов руд. Выделенные участки с различными природными типами руд позволяют планировать селективную добычу редкоземельных и ниобий-редкоземельных руд.
Выведенные уравнения регрессии дают возможность на основе относительно недорогих и доступных анализов на марганец и железо оценивать примерное содержание в рудах оксидов редких земель и ниобия и производить оперативную разбраковку руд.
Автор принимала непосредственное участие в работе по теме «Обоснование технического задания для разработки ТЭО кондиций Чуктуконского ред-кометалльного месторождения» (2000 г.), в создании проекта и работе по теме «Полупромышленные технологические испытания руд Чуктуконского месторождения» (2001-2004 гг.).
Защищаемые положения
1. Геолого-структурными исследованиями установлено, что богатое ред-кометалльное оруденение связано с зонами дизъюнктивных нарушений PZ3-MZj возраста, контролирующими мощности продуктивных зон коры выветривания карбонатитов.
2. Модели распределения Nb205, TR203, Y203, MnO, Fe203, P205 и U, Th в интервалах абсолютных отметок 300-250, 250-200, 200-150 и 150-100 м позволяют выявить в коре выветривания карбонатитов зоны, наиболее обогащенные Nb и TR.
3. В рудах установлена сильная линейная корреляционная связь между TR и Мп, а также Nb и Fe, что позволяет производить предварительную оценку уровня концентрации TR и Nb по содержаниям в них Мп и Fe.
Реализация работы
Результаты работы были использованы АО «Красноярскгеология» при подсчете ресурсов по Чуктуконскому месторождению по состоянию на 01.01.2003 г. и при обосновании строительства металлургического завода в Красноярском крае.
Апробация работы
Защищаемые положения диссертации опубликованы в 11 работах, изло жены в производственном отчете, докладывались на Всероссийской научно-технической конференции по состоянию марганцево-рудной базы России (г. Красноярск, 2001 г.), Межрегиональной научно-практической конференции «Молодежь Сибири - науке России», (г. Красноярск, 2002 г.), Международной конференции «Металлургия цветных и редких металлов», (Красноярск, 2003 г.), совещаниях молодых научных сотрудников и аспирантов ГОУ ВПО КГАЦМиЗ в 2001-2002 г.г.
Ресурсы редкометалльных руд, охарактеризованные на площади 600x800 м с плотностью бурения 200x200 м (руда - 46,6 млн. т, оксиды Nb - 447 тыс. т, оксиды РЗМ - 2664 тыс. т), были апробированы в ИМГРЭ и утверждены НТС МПР России на 01.01.2003 г.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объем работы составляет 149 страниц, включая 27 рисунков и 25 таблиц и 12 приложений.
Работа выполнена в процессе очного обучения автора в аспирантуре при ГОУ ГУЦМиЗ и в рамках работы КНИИГиМС по краевой целевой программе № 16-01-51/21 «Геологическое изучение недр и развитие минерально-сырьевой базы Красноярского края». Научное руководство работой осуществлял профессор, доктор геол.-мин. наук A.M. Сазонов, которому автор приносит искреннюю благодарность за помощь при подготовке диссертационной работы.
Поскольку при решении поставленных задач использовался комплекс методов, многие исследования проводились совместно со специалистами в различных областях геологических наук.
Особую благодарность за помощь и поддержку автор выражает заведующему Лабораторией геологии цветных и редких металлов (КНИИГиМС) В.Г. Ломаеву и ведущему геологу лаборатории Н.В. Ломаевой.
При подготовке диссертации автор пользовался советами и помощью сотрудников КНИИГиМСа В.А. Кириленко, В.Н. Князева, Т.А. Бабкиной. Автор выражает им, а также всем сотрудникам КНИИГиМСа искреннюю признатель ность за поддержку в ходе написания работы.
Глубокую признательность автор выражает преподавателям ГУЦМиЗ -Р.А. Цыкину, СИ. Леонтьеву, заведующему лабораторией № 5 ИХХТ СО РАН В.И. Кузьмину за неоценимую помощь в проведении аналитических исследований и консультации.
Магматические породы
Существенную роль в структуре Чуктуконского месторождения играют ультраосновные щелочные породы, представленные щелочными пикритами и брекчиями щелочных пикритов (ебТ , и карбонатиты (хТі) чадобецкого комплекса, тела которых концентрируются в сводовой части Чуктуконской брахи-антиклинали. Возраст пород комплекса определен как позднетриасовый [101, 30], по определениям по флогопиту калий-аргоновым методом (Институт геохимии, г. Иркутск, Г.С. Плоский), возраст щелочных пикритов колеблется в пределах 299,0±9,0 - 255,1±7,7 млн. лет, для эксплозивных брекчий он составляет 219,7±6,6 млн. лет, карбонатитов - 260,1±7,8 - 183,3±5,3 млн. лет [82]. Все массивы, как выходящие на поверхность, так и перекрытые осадочным чехлом, переработаны процессами гипергенеза, что существенно затрудняет определение морфологии и размеров тел, а также изучение петрографической и петро-химической характеристик первичных пород.
По данным силикатного анализа щелочные пикриты месторождения характеризуются петрохимическими признаками, которые существенно отличают их от типичных ультраосновных пород. Для них характерно весьма низкое содержание кремнезема (20-35 %), присутствие флогопита. Содержание суммы щелочей (от 1,3 до 5-6 %) позволяет отнести породы к щелочным ультраосновным. Для этих пород характерна повышенная магнезиальность и железистость, резко повышенная кальциевая составляющая, а также отмечаются высокие содержания фосфора (как в жилах, так и в массивах) - 0,77-2,63 % [82]. По значениям важнейших петрохимических характеристик (Na20+K20;Na20/K20;al) в совокупности с минеральным составом, породы относятся к семейству умеренно щелочных пикритов. Подавляющее большинство массивов (более трех де сятков [107]) выделены лишь по данным геофизических исследований, при проведении поисковых работ на бокситы и на фосфат-редкометалльное оруде-нение, несмотря на то, что было пробурено более сотни скважин глубиной от 14 до 450 м и пройдены десятки шурфов. Это обусловлено повсеместным развитием мощной коры выветривания, а также проведением буровых работ без ориентировки на геофизические данные. Щелочные пикриты представлены как «слепыми» телами, так и выходящими на поверхность. Это мелкие штокообразные тела, реже жилы, в горизонтальном сечении овальной, полукольцевой, неправильной формы мощностью от первых до нескольких сотен метров. Залегают они, как правило, на периферии карбонатитовых массивов, хотя некоторые тела находятся внутри контура карбонатитов (скв. 61, 1992 г.). При наличии мощной коры выветривания контакты с вмещающими породами определяются нечетко, а находки неизмененных пород с поверхности крайне редки. Наиболее свежие щелочные пикриты вскрыты скважиной 13 (1985 г.). Макроскопически щелочные пикриты, слагающие штоки и жилы, представляют собой плотные, темные зеленовато-серые породы с мелкопорфировидной структурой, массивной и иногда брекчиевидной текстурой. Последняя наиболее ярко выражена в пикри-тах штоков, из-за чего глинистая и глинисто-щебнистая коры выветривания всегда имеют брекчиевидную текстуру. Пикриты довольно четко подразделяются на две разновидности: слюдистые щелочные пикриты (флогопит-пироксеновые, биотит-пироксеновые, биотит-флогопит-пироксеновые) и мели-лит-пироксеновые, нефелин-мелилит-пироксеновые щелочные пикриты. Слюдистые щелочные пикриты пользуются наибольшим распространением. В шлифах их минеральный состав представлен оливином 35-40 %, клинопироксе-ном до 25 %, флогопитом до 20-25 %, биотитом, редко нефелином 0-10 %. Из рудных и акцессорных диагностированы магнетит, титано-ильменит, пирит, хромит, барит, пирохлор, перовскит, галенит, сфен, циркон. Из вторичных -доломит, кальцит, серицит, роговая обманка и гидрооксиды железа. Порфировые вкрапленники представлены оливином и авгитом (1-5 мм). Мелилит-пироксеновые, нефелин-мелилит-пироксеновые щелочные пикриты характери зуются следующим минеральным составом: мелилит до 10-15 %, флогопит 15-20 %, оливин 20-30 %, клинопироксен до 5 %, нефелин 2-10 %, рудный минерал 1-2 %, акцесории — гранат, циркон, шпинель. В пределах описываемой площади они менее распространены.
Спектральным анализом в щелочных пикритах постоянно отмечается присутствие ниобия, при этом в наибольших содержаниях он присутствует в слюдистых разностях. Характерно постоянство содержаний таких элементов, как циркон, титан, марганец, хром, ванадий, кобальт, никель [82]. При анализе минерального состава было выявлено присутствие в слюдистых щелочных пикритах титанатов, фосфатов, апатита, перовскита, пирохлора, что определяет обогащенность их титаном, ниобием, фосфором, редкими элементами.
Под воздействием интенсивных гипергенных процессов пикриты в конечном итоге превращаются в рыхлые глинистые породы с реликтовой брек-чиевидной текстурой с обломками белого, желтого и буроватого цвета, которые представлены в основном слюдистыми пикритами. Обломки имеют сглаженные округлые контуры. В шлифах пикриты представляют собой интенсивно измененные вторичными процессами породы (рис. 3.1, 3.2). Мелилит нацело замещается глинистыми минералами, нефелин - канкринитом, карбонатами, оливин - петлями серпентина, сапонитом, карбонатом, хлоритом, пироксен - кальцитом, амфиболом, зеленовато-бурым изотропным серпентином. Флогопит (10-15 %), в большинстве случаев, остается почти неизменным, реже замещается хлоритом и кальцитом, представляет собой реликтовые порфиробласты в виде чешуек величиной 0,2 мм. Цементирующая обломки масса по составу отвечает измененному карбонатизированному пикриту, встречаются в различной степени раскристаллизованные участки стекловатого строения. Часто порода состоит из прилегающих друг к другу или разобщенных шаров-глобул диаметром 1,0-1,5 см. Образование глобул А.В.Лапин [101] объясняет разделением силикатной и карбонатной составляющих пикритового расплава. Глобулы в различной степени раскристаллизованы и содержат в ядре вкрапленники оливина.
Строение профиля выветривания ультраосновных щелочных пород
Кора выветривания ультраосновных щелочных пород вскрыта скважинами 9, 11, 13 [87]. Максимальная вскрытая мощность составляет 200 м. Продукты выветривания ультраосновных щелочных пород отличаются повышенным содержанием гетита, присутствием нонтронита, лейкоксенизированного перов-скита, флогопита. Макроскопически они зеленовато-бурые, в то время как существенно каолиновые образования коры выветривания терригенных пород имеют более светлую окраску. В геохимическом отношении они отличаются повышенными содержаниями хрома, никеля, кобальта и титана. В разрезе коры присутствуют все четыре зоны. В зоне дезинтеграции породы интенсивно трещиноватые, с реликтовой порфировой структурой. Трещины заполнены зеленовато-серой глиной. Цвет пород серовато-зеленый, желтый, буровато-желтый. Мощность зоны 6-8 м. Зона выщелачивания и гидратации представлена рыхлой зеленовато-бурой массой, часто гидрослюдистой, с сохранением текстурно-структурных признаков материнских пород. В этой зоне часть минералов полностью замешается гидрослюдой, в кимберлитоподобных породах наблюдается нонтронитизация. В больших количествах присутствуют гидрооксиды железа и марганца. Мощность зоны 12-20 м. Образования зоны гидролиза имеют мощность 60-110 м и представлены песчано-глинистым материалом зеленовато-серой, серовато-бурой окраски. Нередко сохраняются структурные признаки первичных пород. Образования отличаются повышенным содержанием лимо нита, гетита, каолинита, присутствием нонтронита, крупных выделений гидра-тированного флогопита. Гидрооксиды железа и марганца по трещинам образуются налеты и дендриты Зона конечного гидролиза представлена бурыми желе-зисто-каолинитовыми глинистыми образованиями. В составе преобладают гид-рогетит, каолинит, оксиды и гидрооксиды марганца, встречается гиббсит. Мощность зоны 10-15 м.
Следует отметить, что мел-палеогеновые бокситоносные образования, перекрывающие коры выветривания редкометалльных карбонатитов, относятся к скоплениям котловинного типа, субстратом для которых служили, вероятно, осадочные и щелочно-ультраосновные породы, на что указывают высокие содержания титана и магния в бокситах [94].
Вышеописанные коры выветривания существенно отличаются от коры выветривания по карбонатитам тем, что в элювиальном профиле первых не происходит значительного уменьшения объема исходных пород, а также нет существенного увеличения радиоактивности в продуктах выветривания по отношению к первичным породам. Карбонатиты - это гипогенные образования, в составе которых преобладают растворимые в зоне гипергенеза минералы, нерастворимого остатка (минералов кремния, алюминия и малых элементов) обычно менее 50 %, соответственно, процессы гидролиза при выветривании этих пород играют второстепенную роль. По этой причине профили выветривания карбонатитов специфичны. Здесь мы выделяем зоны 1) дезинтеграции, 2) выщелачивания и гидрогенной цементации, 3) бурых железняков и охр (конечных продуктов). Именовать такие продукты латеритными, как это сделал А.В. Лапин [32], неправомерно, так как латериты состоят в основном из гидрооксидов железа и алюминия и часто являются кондиционными бокситами [49, 72]. Продукты выветривания карбонатитов неизбежно испытывают усадку и прессовку, при этом, за счет увеличения содержаний железа и марганца, возрастает их объемный вес, резко увеличиваются также содержания элементов-гидролизатов (Nb, TR) с коэффициентом концентрации 4-6 [30, 100]. В отличие от «классических» кор выветривания, в карбонатитовых проявлены процессы нисходящей миграции части Si, Ва, Р, местами также Fe и Мп, что приводит к частичной цементации элювия в средней части профиля выветривания гидрогенными минералами (рис. 4.1).
Отличительной особенностью продуктов выветривания карбонатитов являются высокие содержания Fe, Мп, а также Nb и редких земель. В результате геохимических и минералого-технологических исследований [99] выявлен ряд типоморфных минералого-геохимических особенностей, свойственных продуктам выветривания карбонатитов. К таковым относятся относительно повышенные содержания Р, присутствие значительных количеств пирохлора, монацита, флоренсита, высокие концентрации Ва, Sr, Zn, Pb, значительно более низкие по сравнению с продуктами выветривания ультраосновных щелочных пород содержания алюминия, хрома, никеля, кобальта, наличие вторичного окремнения.
Площадь коры выветривания по карбонатитам сравнительно небольшая -около 16 км , но мощности её достигают 200-300 м закономерно увеличиваясь к сводовой части купольной структуры. Скважина 2 (глубина 459,2 м) [94] не вышла из выветрелых пород. Объем элювиальных образований на Чуктукон-ском куполе, по данным поискового бурения, превышает 1 млрд. м3, что подтверждается и геофизическими данными. Большая мощность профиля выветривания и глубокая степень проработки материала позволяют характеризовать кору выветривания как охристую. Границы коры выветривания (нижняя и верхняя) очень неровные (см. прил. Г - Е). Нижняя граница осложнена выступами и глубокими западинами фундамента. При сопоставлении данных геологических разрезов и результатов интерпретации геофизических материалов выяснилось, что рельеф верхней границы профиля выветривания обусловлен наличием дизъюнктивных нарушений, приводящих к более интенсивной усадке продуктов выветривания и образованию депрессионных форм в местах наибольшей трещиноватости. К депрессиям приурочены наибольшие мощности охр и перекрывающих их бокситоносных отложений мел-палеогенового возраста (прил. Г, Д)
Вещественный состав руд
Работы по детальному исследованию чуктуконских редкометалльных руд были начаты в 1987 г. институтами ИМГРЭ и ГИРЕДМЕТ [100, 109]. Специалистами этих организаций были детально проанализированы особенности вещественного состава руд, выявлен их минералогический и гранулометрический состав. По данным ГИРЕДМЕТа [109], технологическая проба, отобранная из скважин 1, 2, 3, 8, [87] характеризующаяся содержанием ND2O5 - 1,3 %, TR203 -4,4 %, имеет следующий минералогический состав (табл. 5.2).
По данным минералогических анализов [87], количество железо-марганцевых минералов достигает 90 % веса шлиха.
Исследования, проведенные в 1999-2000 гг. Институтом химии и химической технологии СО РАН [98] также подтвердили, что основу руд составляют железо-марганцевые соединения, суммарное содержание которых достигает 60 % и более. Оксиды и гидрооксиды железа и марганца являются главными породообразующими минералами продуктов выветривания карбонатитов, они встречаются как в тесном сростании, так и в виде отдельных фаз. По данным фазовых исследований, чуктуконская руда является глубоко окисленной системой, в которой оксиды и гидрооксиды Fe представлены в основном гетитом и гематитом, соединений Fe (2+) и сульфидов не наблюдается (рис. 5.1 — 5.3). До 80 % кальция находится в фазе, не содержащей алюминия, железа, марганца, ниобия и редкоземельных элементов. Фаза не встроена в матрицу гетита. Вероятно, это карбонат кальция (температура разложения 825С). В состав А1-содержащей фазы, легкорастворимой в кислотах, не входят железо, кальций, марганец, магний. Поведение марганца при выщелачивании коррелирует с поведением железа, что позволяет говорить о наличии в составе руды кислотоне-стойкой фазы, содержащей эти элементы в соотношении 1:1 (условно фаза Мп-Fe). Несмотря на наличие высокого содержания марганца в руде ( 7 %), на ди-фрактограммах фазы соединений марганца не проявляются, что свидетельствует либо об их рентгеноаморфности, либо о близости параметров этой фазы к параметрам гетита. После прокаливания руды при 700С, фаза Mn-Fe разрушается незначительно. Вероятно, фаза представляет собой твердый раствор а-мо-дификаций FeO(OH) и МпО(ОН), которые являются изоморфными. После отжига образцов руды с водородом степень извлечения марганца в зависимости от концентрации кислоты составляет приблизительно 50 %. Марганец и железо медленно извлекаются в раствор в отношении 1:1, кислоторастворимая фаза Mn-Fe распадается на две. Первая - в основном содержит железо и плохо растворяется в кислоте, а вторая - в основном содержит марганец и очень хорошо растворяется в HNO3.
Технологи [98] полагают, что совокупность данных, полученных при фазовых исследованиях, хорошо объяснима, если предположить, что руда имеетследующее строение (рис. 5.4).Рисунок 5.4 - Схематическое изображение строения руды по данным РФА.
Буквы внутри кружков обозначают: П — пирохлор, первичный и вторичный, М - монацит, F — флорен-сит, С - горсейкситЧастицы гетита и твердого раствора MnO(OH) FeO(OH) обволакивают частицы флоренсита, горсейксита и небольшую часть монацита. Частицы пиро-хлора и монацита (или их часть) не встроены в матрицу этих основных фаз. Поэтому, несмотря на их низкое содержание, они регистрируются рентгенографически. Кальций в основном свободен ( 70%) и находится в виде карбоната.
Результаты термографического исследования руды подтверждают данные РФА (рис. 5.5). При линейном нагреве образцов до 1200С на дериватографе фиксировались необратимые превращения, сопровождающиеся эндо- и экзотермическими эффектами. Убыль массы составила 12,3 % от исходной навески. Первый этап убыли составляет примерно 20 % от общей убыли массы, расположен в интервале 30-200С, связан с удалением адсорбированной воды. Второй этап находится в интервале 200-300С, составляет 41 % от убыли массы, сопровождается эндотермическим эффектом с максимумом при 280С, связан, вероятно, с удалением кристаллизационной воды. Третий этап (22 % общей убыли массы) сопровождается двумя эндотермическими эффектами с максимумами DTG при 318 и 526С и связан, вероятно, с удалением гидроксильных групп из гидрооксидов Fe и Мп, что приводит к образованию их оксидов. Дальнейшее нагревание приводит к разрушению структуры алюмофосфатов в интервале температур 570-870С. Распад пирохлора в интервале 870-1200С сопровождается тремя эндотермическими эффектами при 877, 973, и 1117С.
Гетит (a-FeO(OH)) распространен по всему латеритному профилю выветривания карбонатитов, развивается на поверхности зерен и по трещинам железосодержащих минералов, а также отлагается в виде натечных образований по трещинам и в пустотах выщелачивания карбонатитов. Он слагает желтые и бурые охры в виде рыхлой тонкодисперсной массы и псевдоморфозы по железосодержащим минералам, а также образует плотные желваки и натечные агрегаты.
Гематит (Ре20з) встречается, главным образом, в верхних горизонтах профиля выветривания и находится в дисперсном состоянии, либо образует плотные желваки и натечные корки.В темно-бурых и черных охрах оксиды и гидрооксиды железа находится в тесном срастании с минералами марганца.
Оксиды и гидрооксиды марганца встречаются как в составе тонкодисперсной основной массы охр, так и в форме желваков, почковидных агрегатов и мелкокристаллических прожилков. В продуктах выветривания карбонатитов установлены следующие марганцевые минералы: псиломелан, манганит, пиролюзит,рамсделлит,голландит и рентгеноаморф-ная фаза. Как показали фазовые исследования, основными марганцевыми минералами являются манганит (МпО(ОН)) и рентгеноаморфная фаза. Они образует тонкодисперсную охристую массу.
Рамсделлит (р-Мп02) и пиролюзит(Мп02) встречаются в виде друз тонких шестоватых кристаллов в прожилках и гнездах на глубоких горизонтах профиля выветривания в дезинтегрированных и обохренных карбонати-тах. Рамсделлит отличается повышенным содержанием бария.
Голландит (Ва 2Мп8Оіб) находится в виде тонкозернистых масс и псевдоморфоз по карбонатитам. В его составе также отмечаются повышенные содержания бария и редких земель [101].
Барит (BaS04) - один из наиболее характерных минералов кор выветривания карбонатитов. Он постоянно присутствует в охристых продуктах выветривания, причем отмечается явная тенденция к увеличению его содержанияс глубиной. В верхних частях профиля выветривания барит встречается в виде рассеянных в охрах серых таблитчатых кристаллов, иногда достигающих 2-3 см в поперечнике. На глубоких горизонтах зоны гипергенеза барит нередко образует крупнокристаллические прожилки, мельчайшие агрегаты и отдельные зерна, заполняющие пустоты и трещины. Минерал имеет бледно-зеленую окраску. Преимущественное осаждение барита на глубоких горизонтах зоны гипергенеза нередко совмещается в пространстве с зонами переотложения вторичного гид-роксил-карбонат-апатита (франколита).
Апатит (Са5[(РС 4)з (OH,F,Cl)]) в корах выветривания карбонатитов неустойчив и сохраняется лишь локально в наименее проработанных участках кор, а также на наиболее глубоких горизонтах профиля выветривания (обычно на глубине более 200-250 м), где он встречается в виде призматических неправильных зерен, покрытых пленками гидрооксидов железа и марганца. Вместе с тем, в продуктах выветривания карбонатитов широким распространением пользуется вторичный апатит -франколит, образующийся в результате выноса фосфора из верхних горизонтов профиля выветривания и его переотложения в глубоких частях зоны гипергенеза. По данным фазовых исследований, его формула Саіо(Р04)б[р2(ОН2) (СОз)О]. В зонах осаждения вторичного апатита содержание Р2О5 достигает 15-20 % и более. Он цементирует и замещает песчани-сто-дресвянистые отложения зоны дезинтегрированных карбонатитов, поэтому для франколитовых пород характерны брекчиевые текстуры, в которых обломки обохренного карбонатита обрастают и цементируются натечными крусти-фикационными, часто концентрически-зональными корками тонкокристаллического радиально-лучистого франколита. По химическому составу франколит, в отличии от первичного апатита, характеризуется присутствием углекислоты, гидроксильной воды и алюминия, но более низкими содержаниями стронция, редких земель, фтора [32].
Ильменорутил (FexTi3.3x(NWra)2x06), анатаз (ТЮ2), циркон (Zr(SiC 4)) в акцессорных количествах спорадически встречаются в охристых продуктах выветривания карбонатитов. Ильменорутил обнаружен на глубоких
Железо
На 85 % чуктуконские руды представлены охрами и глиноподобными охрами с содержанием железа около 30 %, марганца - около 6 %. Работами Ангарской ГРЭ [80] оконтурены тела аллитных железных руд с содержанием железа от 20 до 52,15 %. Железные руды образуют плащевидные залежи в верхней части коры выветривания и линзы в алюможелезистых бокситоносных мезо-кайнозойских отложениях. Ресурсы железной руды оценены в 109,7 млн. т, в т.ч. по категории Сі - 87,8 млн. т при среднем содержании железа 31,04 %.
При подсчете запасов (ресурсов) проведенном в 1993 г. Ю.Д. Сорокиным, в контуре ниобиевых руд были подсчитаны ресурсы по FeBajl в количестве 62,9 млн. т, в т.ч. по категории Сг - 24,8 млн. т., в контуре редкоземельных руд эти цифры составили соответственно 88,6 и 29,3 млн. т.
Технологические исследования [84, 109] по оценке возможности прямого использования руд в качестве сырья для черной металлургии показали, что руда требует предварительной жесткой химической обработки для удаления фосфора, что требует больших финансовых затрат и экономически нецелесообразно.
Общие ресурсы пятиокиси фосфора в виде апатита и франколита в котловине Чуктуконского купола составляют более 50 млн. т. с содержанием Р2О5 5-6 %, что соизмеримо с количеством его в известных апатит-магнетитовых месторождениях Эвенкии и Таймыра [39]. По отдельным скважинам выделяются интервалы мощностью 10-20 м с содержанием пятиокиси фосфора 10-20 %. Характерно, что в статистических выборках проб с высоким содержанием редких земель отмечается прямая корреляция этих металлов и фосфора, так как редкие земли и фосфор имеют общие минералы (монацит, флоренсит-крандаллит). Однако, при содержаниях Р2О5 15 % содержание редких земель снижается до 2-3 % против 4-6 % в рудах (табл. 6.4), что обусловлено увеличением роли фосфатов кальция.
В результате работ 1989-93 гг. [107] были получены цифры запасов по Р2О5 и ресурсов Рі по МпО. В контуре ниобиевых руд они составили соответственно 12,8 млн. т и 10,2 млн. т (среднее содержание Р205 -6,17% и МпО -4,47 %), в контуре редкоземельных руд - 16,9 и 16,3 млн. т соответственно (среднее содержание Р205 -4,91 % и МпО - 5,06 %).
По подсчетам лаборатории геологии цветных и редких металлов, КНИИ-ГиМС, (работы 2000 г.) в контуре редкометалльных руд с бортом РМ —3 %, ресурсы редкометалльной руды составляют 525 млн. т., при содержании Мп 6 % ресурсы Мп определены в 31,5 млн. т; в контуре с бортом 1 %, ресурсы руды составляют 1 млрд. т, при содержании Мп - 4 % ресурсы Мп составляют 40 млн. т [36].
При переработке технологической пробы ТП-6 гидрометаллургическим методом по схеме разработанной ИХХТ СО РАН обнаружилась возможность извлечения диоксида марганца в качестве самостоятельного продукта. Содержание Мп в малых технологических пробах, составляющих пробу ТП-6 и характеризующих геологически однородные интервалы руд по отдельным скважинам, колебалось от 2,6 % до 13 %. Среднее содержание Мп в пробе составило 7 %. Традиционная схема вскрытия фосфатов редких земель включает стадию щелочного разложения и кислотного растворения гидроокисей. Как оказалось, на первой стадии марганец окисляет церий до Се02, что резко снижает извлечение этого элемента в раствор при кислотном выщелачивании. Для устранения нежелательного влияния марганца его предварительно восстанавливали до МпО отжигом руды с углеродом в присутствии воды. Такая обработка одновременно с повышением извлечения церия в раствор приводит к сущест венному увеличению выхода в раствор и марганца (70-75 %). Растворы после извлечения РЗМ вполне могут быть использованы для выделения химического или электрохимического диоксида марганца. Извлечение химического (электролитического) диоксида марганца (ХДМ, ЭДМ) органически вписывается в технологическую схему вскрытия, химического обогащения и извлечения РМ, повышая ценность металлической продукции на 10-20 %.
В целом, для фосфора, низкие для промышленных концентраций содержания и низкие цены на его соединения делают нерентабельным получение их при гидрометаллургическом переделе редкоземельных металлов. Проведенными ранее работами также не было предложено рациональной схемы извлечения фосфора, либо его извлечение в продукт обогащения не превышало 50 % [86].
При повышенном радиационном фоне и высокой железистости вряд ли участки с повышенным содержанием фосфора могут представить интерес в качестве фосфорного сырья для удобрений, хотя вопрос требует специального рассмотрения.
Непосредственно на площади распространения редкометалльного оруде-нения расположено Чуктуконское бокситопроявление. Изучением бокситонос-ности занималась Чадобецкая поисково-разведочная партия [81]. Были проведены детальные поисково-разведочные работы с применением колонкового бурения и глубоких шурфов. Выявлены три разобщенных тела размером 150x250 м глинистых и каменистых бокситов (X р.т. (скв. 40 [80]), XI р.т. (скв. 59[107]) - в центральной части месторождения и XII р. т. (скв. 6, 7) - в южной). По своим размерам бокситовые залежи весьма ограничены, как в плане, так и по мощности и приурочены к мел-палеогеновым отложениям, выполняющим эрозионную котловину в вершине руч. Чуктукон. Как и бокситы Центрального месторождения, они относятся к скоплениям котловинного типа, субстратом для которых служили, вероятно, осадочные и щелочно-ультраосновные породы, на что указывают высокие содержания железа, титана, магния, фосфора в бокситах [94]. По химическому составу бокситы рудных тел X и XI низкого качества.
Рудное тело XII слагается бокситами марки Б-8. В целом, бокситы участка Чук-тукон промышленного значения не имеют.К сводовой части Теринского купола Чадобецкого поднятия (в 14 км севернее Чуктуконского месторождения) приурочено Центральное месторождение бокситов. Оно расположено в среднем течении р. Терина. Координаты: 59 67 с.ш., 9951 в.д. Сам факт наличия его вблизи с Чуктуконским месторождением повышает перспективы освоения последнего. Близость месторождений диктует возможность создания общей инфраструктуры (ЛЭП, дорог), что обеспечивает уменьшение кап. вложений, повышение инвестиционной привлекательности объекта.
Центральное месторождение расположено в глубокой замкнутой части Средне-Теринской котловины, развившейся в своде Теринской антиклинали за счет процессов корообразования и карста. В разрезе кора выветривания имеет форму воронки и прослежена скв. 246 до глубины 576 м. Скважина не достигла свежих пород. Площадь депрессии, заполненной верхнемеловыми отложения-ми, около 5 км .
Судя по характеру обломочного материала, накопление бокситоносной толщи в котловине происходило преимущественно механическим путем [48].
