Хром в природе и его промышленное извлечение. Разработка месторождений хромовых руд ао "донской горно-обогатительный комбинат"

Хромовые руды (хромиты) представляют собой минералы, из которых производится добыча хрома (твердого металла голубовато-белого цвета). Горная порода относится к семейству хромовой шпинели и достаточно распространённая в мире. По свойствам и особенностям месторождения вещества выделяются виды руды и способы извлечения.

Область применения хрома

Хром – это переходный металл. Он широко используется в промышленности благодаря своей прочности и устойчивости к нагреву и коррозии.

Производство стали

Хром составляет легирующий элемент (улучшающий физические и химические свойства) при плавке стали. Он повышает устойчивость металла к коррозии, который ржавеет и окисляется под действием кислорода. Железо становится тверже, а критическая скорость охлаждения при закалке снижается. Сталь используется для изготовления огнестрельных орудий, плит, огнеупорных шкафов и в строительстве кораблей.

Хромирование

Кислый хромат наносится тонким слоем на металлическую поверхность, делая ее износоустойчивой и красивой. Применяется для отделки деталей автомобилей, мотоциклов, велосипедов, часов, дверных ручек.

Сохранение древесины и обработка кожи

Соли хрома используются для сохранения древесины от повреждений и разрушений грибков, насекомых и термитов. Квасцы хрома используются в кожевенной промышленности, так как он помогает стабилизировать кожу.

Красящие вещества

Хром применяется в изготовлении красок и пигментирующих веществ. Стекло окрашивается обычно в зеленоватый цвет, реже желтый.

Ювелирная промышленность

Ювелирные изделия частично состоят из хрома. Он является составной частью драгоценных камней (уваровит, искусственный рубин, хромовая шпинель).

Иные способы использования

Хромовые соединения используются во многих отраслях промышленности:

• фотографической деятельности (хромированный желатин);
• полиграфической индустрии (травящий раствор, светочувствительный слой);
• электронной (проводник поверхности деталей электроаппаратуры, радио, телевизоров, электрических приборов);
• изготовление пластмассы;
• химико-фармацевтической промышленности (синтез душистых веществ).

Виды хромовых руд

По промышленным типам месторождений выделяют несколько видов хромовых руд. Среди них различают:

• эндогенные;
• экзогенные;
• техногенные.

Эндогенные

По условиям образования эндогенные руды делятся на два типа:

• Месторождения образовались на ранней стадии образования интрузивов (магматические горные породы), залегают в нижних массивах. Руды среднехромистые, сплошные, огнеупорные (ЮАР, Финляндия, США, Индия).
• Руды сформировались в поздний период формирования интрузивов. Главный источник высокохромистых металлургических и огнеупорных руд (Греция, Турция, Югославия, Албания).

Месторождения возникают в результате разрушений выветривания эндогенных хромитовых рудных залежей. Промышленное значение достаточно ограничено (Япония, Югославия, Филиппины, Куба).

Техногенные

Руды добываются на поверхности Земли или из спецотвалов забалансовых руд, образовавшиеся при разработке месторождений хрома в процессе обогащения руды. Сырье пригодно для промышленного применения. Экономическая выгода заключается в том, что разработка проводится на поверхности.

Способы добычи хрома

Основными соединениями для получения хрома является железо, свинец, манитохромит. Главным сырьем, из которого извлекают вещество - хромовая руда.

Разработка

Существует три способа разработки месторождений:

• открытый;
• подземный;
• комбинированный.

Самым популярным способом добычи полезных ископаемых является открытый способ. Объясняется это экономичностью процесса, а также возможностью применения оборудования и техники высокой мощности. Открытый способ добычи хрома осуществляется разработкой карьеров, организовывается необходимая инфраструктура. Размеры необходимых строений определяются особенностями залежей.

Для больших глубин используется подземный метод. Способ дорогой, но позволяет осуществлять раскопки в местах, где на поверхности вести работу технически невозможно. Перед самим извлечением хрома, требуется вскрыть множество пород. Истощение запасов приводит к увеличению глубины разработки. Все чаще после извлечения руд, пустоты заполняются искусственной затвердевающей смесью.

Комбинированный способ объединяет разработку на поверхности и под землей. Они проводятся последовательно или одновременно. Экономический эффект достигается за счет наиболее полного извлечения хрома.

Методы извлечения хрома

Наиболее экологически безопасным является путь утилизации хромсодержащих шламов методом переработки с целью извлечения и использования хрома в различных отраслях промышленности. В настоящее время предложено несколько вариантов решения проблемы в этом направлении.

Металлотермическая плавка

Добыча производится в поворачивающей шахте, облицованной огнеупорным кирпичом. Особенностью является дифференцирование сырья следующим образом:

• Запальная смесь состоит из 200 кг. хромового концентрата, 60 кг. алюминиевого порошка, 35 кг. натриевой селитры.
• Для рудной части используется 875 кг. концентрата, 370 кг. извести.
• Восстановительные материалы - 725 кг. концентрата, 442 кг. порошка алюминия.

Треть окислов шихты предварительно расплавляется, что увеличивает извлечение хрома на 5%, а расход алюминия уменьшается, в среднем на 47 кг. на тонну продукции. Сама плавка производится в электропечном агрегате. Запальная часть проплавляется. Во включенную электропечь вводится рудная часть шихты.

Длительность плавления 90-120 минут, дополнительно нагревают в течение четверти часа и нагрев отключают. Затем шихту помещают в плавильную камеру, а восстановительную смесь загружают в течение 5 минут. Расплав выдерживается несколько минут, для завершения восстановительного процесса. Сплав и шлак сливаются в изложницу. Состав хрома в таком способе извлечения равняется 80%.

Лабораторный метод

В основе лежит электролитический метод извлечения. Проводится получение хрома в лабораторных условиях, в специальном электролизере. Для процесса организовывается пропускание раствора хромового ангидрида в серной кислоте. На катодах выделяется водород и хром оседает в чистом содержании. Такой состав применяется редко, поэтому лабораторный метод менее востребованный.

Алюминотермический метод

Для извлечения хрома требуется специальная плавильная шахта определенной конструкции, смонтированной в вагонетке. А также она должна быть облицованная магнезитовым кирпичом.

Начальный этап включает загрузку шихтой массой 200-250 кг. Предварительно шихту тщательно перемешивают в барабане смесителем, минимально для этого требуется 30-40 минут. В один процесс плавки используется от 2 до 6 тысяч хромового концентрата либо оксида хрома.

Затем происходит добавление запальной смеси, которая потом подпаливается. Происходит процесс, в ходе которого восстанавливается Al2O3 (оксид алюминия), повышается уровень алюминия из-за разложения селитры. При этом увеличивается образование необходимого тепла. При устойчивом процессе производят непрерывную загрузку элеватором.

Последняя порция сырья дополняется флюсом (известь 200-250 кг., с размером зерна в пределах 0,3 см.). Применение извести рационально из-за способности поддерживания постоянного движения молекул и облегчения получения хрома. Длительность беспрерывного процесса плавления занимает 10-20 минут, затем производится выдержка. После этого, шлак переливают в изложницу. Толщина слоя должна равняться 20-30 см.

Плавильный горн возобновляется в начальную позицию, а через несколько минут металл со шлаком сливают. Шлаковый и хромовый блок охлаждается и вынимается. В результате сплав содержит 88-92% хрома. Могут присутствовать небольшие доли вредных примесей.

Мировая добыча хрома

К крупнейшим производителям относится ЮАР (мировой лидер), Казахстан, Россия и Китай. Дополнительные месторождения находятся в Турции, Индии, Армении, Бразилии и на Филиппинах. В России основные залежи хромовой руды выделяют на Урале (Донское и Сарановское).

Хромом называется твердый металл, который имеет голубовато-белый окрас. В периодической системе химических элементов находится под номером 24. Название металла в переводе с греческого означает цвет. Элемент так стали именовать в связи с тем, что его соединения имеют разнообразную окраску.

Стоит отметить, что хром достаточно распространен в природе. Среди приоритетных его соединений необходимо выделить хромистый железняк (хромит), а также минерал крокоит, который, однако, менее значим от хромита.

Добыча хрома

Использовать минералы в качестве основного источника для добычи хрома представляется очень невыгодным. Поэтому главное сырье, из которого получают хром, - это хромовая руда.

Зачастую в камнях процентное содержание хрома очень мало, поэтому большая часть камней, в которых присутствует данный металл, являются драгоценными и используются, как правило, в целом виде.

Впервые в руде хром был обнаружен немецким химиком в 18 веке. Это знаменательное событие как для химии, так и для человечества в целом, случилось в Сибири. Именно там Леман обнаружил крокоит - свинцовую руду, имеющую красный окрас. В состав данной руды входит два основных элемента - свинец и хром.

Опыты по извлечению металла из руды были проведены Леманом в Петербурге. Благодаря ему, в настоящее время хром извлекается из руды двумя основными способами:

1. С помощью электролиза концентрированных водных растворов оксида хрома.
2. С помощью электролиза сульфата.

В процессе как одного, так и другого способа происходит разрушение молекулы оксида или сульфата в тигле, в котором и поджигают исходные соединения.

Использование хрома

При абсолютно обычных условиях с металлом ничего не происходит - он не окисляется и не ржавеет. В связи с тем, что основой всех сталей выступает железо, которое вступает в активную реакцию с кислородом и может ржаветь и окисляться, то хром добавляют во время выплавки сталей в качестве легирующего элемента. Это позволяет в разы повысить антикоррозионные свойства сталей.

Силикотермический хром используется при выплавке нихрома - сплав хрома и никеля. Благодаря соединению этих двух компонентов сплав обладает пластичностью, твердостью и устойчивостью к окислению.

Также выпускают соединения хрома и кобальта, в результате чего образуется сплав под названием стеллит, который обладает очень высокой твердостью. К данному сплаву также может добавляться молибден и вольфрам. Такой сплав отличается своей дороговизной, однако он оправдывает себя. Его используют в качестве элемента, который наплавляется на машинные детали, рабочие станки и инструменты для того, чтобы существенно повысить их устойчивость к износу.

Соединения хрома также активно используются при производстве декоративных покрытий, как элементы, повышающие устойчивость к коррозии.

Порошковый хром используется в качестве добавки в нижний слой зубных коронок с целью повышения их прочности.

Хром также применяется в ювелирных изделиях, поскольку он является составной частью уваровита, минерала из группы гранатов. Уваровит имеет зеленый цвет, который достигается именно наличием хрома. Ценность такого камня существенно выше, чем красного в силу своей редкости. Кроме того, уваровит обладает чуть большей твердости, чем стандартные гранаты, что также является преимуществом.

Добыча хромовых руд

Месторождения хрома находятся на территории разных стран. Однако, наиболее крупное из них расположено в ЮАР. Данной республике принадлежит мировое лидерство по хромовым запасам. Второе место занимает Казахстан, на территории которого запасы разведанных месторождений превышают 350 млн. тонн. Также среди крупнейших залежей металла стоит отметить месторождения, расположенные на территории России, Зимбабве, Мадагаскара. Залежи хрома были обнаружены в Турции, Индии, Армении, Бразилии, а также на Филиппинах.

Хромовые руды России, главным образом, сосредоточены на территории Урала (Донские и Сарановские).

Так как хром является металлом глубинных пород земли, его месторождения имеют магматическое происхождения. Таким образом, хромовая руда залегает на значительных глубинах. В связи с этим существует единственно возможный способ их добычи - с помощью шахт. При этом, используются направленные взрывы. Руда из шахты извлекается не в чистом виде: вместе с ней на поверхность также поднимаются другие руды и пустые породы. После этого осуществляется отделение хромовой руды от примесей с помощью центрифуги с использованием тяжелых жидкостей - в сепарационный барабан загружаются ферросилиции и запускают его. В результате вращения барабана пустая порода, имеющая существенно меньший вес, поднимается на верх, а хромовая руда оседает на дне.

«Периодическая система химических элементов» - 8-11 баллов – «3» -красный вагончик. Расположить элементы в порядке возрастания металлических свойств. Станция теоретическая «Менделеевская викторина». Итоги путешествия: А. 2 Б. 8 В. 18 Г. 32. А. 4 Б. 29 В. 63 Г. 64. Строение атома». Как формула, как график трудовой, Строй менделеевской системы строгий.

«Элемент хром» - Наглядное применение хрома. Соединениями хрома протравливают ткани при крашении. Значительные запасы хромовых руд есть на Урале. Хром. В земной коре хрома довольно много – 0,02%. Месторождения хрома. Выделить этот элемент в чистом виде он не смог. В сравнительно чистом виде новый элемент был выделен в 1799г. Ф.Тассером.

«Химические элементы» - Что общего между «АРГЕНТИНОЙ» и «СЕРЕБРОМ»? Знатоки физики 400. Знатоки химии 300. Назовите химический элемент, электронная формула атома которого 1s22s22p63s23p5. Назовите химический элемент, который имеет заряд ядра атома + 30. Химические элементы 100. Как называется химический элемент, одноименный с городом Мурманской области?

«Вопросы по химическим элементам» - 1.Какой элемент распространён в космосе? 7. Какой элемент изображали в 18 веке в виде воина? Связана с изменением числа энергетических уровней в главных подгруппах. Что помогла открыть хозяину шкодливая кошка? 8. Какой элемент не имеет постоянной «прописки» в Периодической системе? Могут быть стабильными и радиактивными, естественными и искуственными.

«Кислород в воздухе» - Кислород входит в состав почти всех окружающих нас веществ (вода, минералы, песок…). Нахождение в природе. В свободном виде кислород - газ без цвета, запаха и вкуса. История открытия. Кислород. Общая характеристика. Физические и химические свойства кипения жидкого кислорода. Получение. Атмосферный кислород состоит из двухатомных молекул.

«Применение серы» - В промышленном масштабе выплавка цинка началась в 17 веке. Название «натрий» (natrium) происходит от араб. Латинское zincum. Сам натрий ранее именовался содием (лат. Sodium). Натрий использовался с давних времён. В чистом виде цинк - довольно пластичный серебристо-белый металл. Общеупотребительным название «цинк» стало только в 1920-х гг.

Всего в теме 46 презентаций

Хром - элемент побочной подгруппы 6-ой группы 4-го периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром - твёрдый металл голубовато-белого цвета.
Хром является довольно распространённым элементом (0,02 масс. долей, %). Основные соединения хрома - хромистый железняк (хромит) FeO·Cr2O3. Вторым по значимости минералом является крокоит PbCrO4.
Самые большие месторождения хрома находятся в ЮАР (1 место в мире), Казахстане, России, Зимбабве, Мадагаскаре. Также есть месторождения на территории Турции, Индии, Армении, Бразилии, на Филиппинах. Главные месторождения хромовых руд в РФ известны на Урале (Донские и Сарановское). Разведанные запасы в Казахстане составляют свыше 350 миллионов тонн (2 место в мире).

Запасы на месторождениях хромовой руды в 2012 году, млн.тонн *

* данные US Geological Survey

В 2012 году, по оценкам Геологической службы США, в мире было добыто 24,0 млн тонн хромовой руды (хромитов), что на 0,7 млн тонн больше, чем годом ранее.
Приблизительно 94% мирового производства хромитов предназначены для использования в металлургической промышленности, для производства феррохрома, а остальное используется в литейном заводе, химических и невосприимчивых секторах. Мировая добыча хромитовой руды поэтому следует за мировым производством феррохрома. Приблизительно 70% мирового производства хромитов потребляются внутри добывающих стран в производстве феррохрома.

* данные US Geological Survey

Промышленность нержавеющей стали - безусловно крупнейший потребитель феррохрома. До начала спада в мировой экономике производство нержавеющей стали показало значительный рост. Потребление в развивающихся странах, таких как Китай и Индия помогло мировому производству увеличиваться в среднем на 5,4% ежегодно в течение 2000 - 2007 годов, при этом только на один Китай пришлось более чем 60% роста глобального производства.
Значительное увеличение мирового спроса на нержавеющую сталь, которое определялось, главным образом, длительными двузначными темпами роста в Китае, привело к рекордному производству нержавеющей стали в 2012 году. Мировое потребление феррохрома в 2012 году достигло рекордных 10,4 млн тонн, превысивя предыдущий верхний уровень 9,7 млн тонн в 2011 году. Сильный спрос со стороны конечных потребителей и пополнение запасов производителями нержавеющей стали поддержали рост мирового спроса и на нержавеющую сталь и на феррохром.

Потребление феррохрома в мире, млн.тонн*

* Сводные данные

Воздействие спада на мировой экономике, начавшееся в середине 2008 года, оказало значительное влияние на рынок хрома, поскольку цены и спрос резко упали. В марте 2009 года европейские импортеры платили около 1900 долл./т за южноафриканский феррохром, что приблизительно на 60% ниже, чем цены (4700 долл./т), заплаченные в сентябре 2008 года. Спрос на хром за этот период резко упал, поскольку спрос на нержавеющую сталь, основное конечное потребление для хрома, уменьшился. Однако, отрицательная перспектива для рынка хрома в 2009 году оказалась недолгой.
Учитывая, что Южная Африка - ведущий поставщик феррохрома, любые изменения поставки оказывают большое влияние на цену. В начале 2008 года было ограничено южноафриканское производство феррохрома, поскольку производители боролись с нехваткой электричества. В результате структурных проблем в производстве электроэнергии в стране производители действовали в режиме экономии, что, в свою очередь, ограничило поставку феррохрома на мировой рынок. В связи с данными проблемами, спрос превысил предложение и потребители во всем мире в панике покупали феррохром, что стало причиной роста цен до 4700 долл./т на его пике, более чем на 130% выше, чем средняя стоимость в 2007 году.
В течение 2011 года европейская эталонная договорная цена для феррохрома составляла 2600-3000 долл./т, составив в среднем 2750 долл./т, что на 0,6% больше, чем в 2010 году. В 2012 году цены на феррохром несколько снизились примерно 2400 долл./т.
Между тем, цены на металлический хром выросли за период с 2003 по 2012 год почти в три раза с 5,3 тыс. долл./т до 14,0 тыс. долл./т.

Ожидается, что положительные тенденции поддержат спрос на нержавеющую сталь, и он будет расти в ближайшие годы с более высокой скоростью, чем в 2011-2012 годах. Рост спроса на нержавеющую сталь приведет к увеличению ее производства, и, в результате, увеличится спрос на феррохром, что приведет к росту цен на данный материал на мировом рынке. Длительные проблемы с электричеством на предприятиях в ЮАР, рост затрат на добычу и транспортировку станут факторами, которе могут ограничить поставку феррохрома на рынок.

Скарновые месторождения . На Урале насчитываются десятки железорудных месторождений этого генезиса. Вот наиболее крупные из них: Высокогорское, Гороблагодатское, Песчанское, Покровское (возле г. Нижнего Тагила), Круглогорское (возле г. Миасса), Березки, М. Куйбас, Димитровское (возле г. Магнитогорска) и многие другие. Руды этих месторождений богатые, содержат около 50% железа, но в них много серы, являющейся вредной примесью. Кроме жклеза в них присутствует еще один полезный компонент – медь в количестве десятых долей процента. Основной рудный минерал таких месторождений – магнетит. Общие запасы их невелики и составляют около 3 млрд. тонн.

Экзгаляционно-осадочные месторождения . Они сосредоточены в Саткинском районе Челябинской области . Это Бакальская группа, насчитывающая 24 месторождения, которые размещаются среди осадочно-метаморфических толщ протерозоя (бурзянская и юрматинская серии), Здесь среди известняков, доломитов и глинистых сланцев находятся пласты сидеритов и бурых железняков. Общие запасы месторждений Бакальской группы оценваются в 1,2 млрд. тонн.

В зоне, примыкающей к Байкало-Амурской железнодорожной магистрали разведаны десятки железорудных месторождений (Таежное, Десовское, Пионерское, Сиваглинское, Тарынахское, Горкитское, Ималыкское и др.), которые пока не эксплуатируются в первую очередь по причине отсутствия в этом регионе железорудных предприятий. Прогнозные ресурсы их оценены в 20 млрд. тонн.

Дефицит руды в Западной Сибири и на Урале могло бы восполнить освоение нового, уникального по запасам Западно-Сибирского железорудного бассейна. Здесь в песчано-глинистой толще мелового возраста размещаются 4 пласта высококачественных оолитовых железных руд общей мощностью до 35 м. Руда представляет собой железистые песчаники эоценового, палеоценового и позднемелового возраста. Они соответствуют Нарымскому (сантон-кампан), колпашевскому (маастрихт), тымскому (палеоцен) и бакчарскому (эоцен) горизонтам. Рудоносная толща прослежена в субмеридиональном направлении по южной части Западно-Сибирской равнины более чем на 600 км. Общие прогнозные ресурсы железных руд этого региона оцениваются в 900 млрд. тонн (Мазуров и др., 2005).Западная часть бассейна находится в Казахстане, где давно разрабатываются Лисаковское и Аятское месторождения оолитовых железных руд. В Восточной части бассейна расположены Бакчарское и Колпашевское месторождения (Томская область). Наиболее изучено Бакчарское месторождение с ресурсами в 28 млрд т. Оно расположено в 150-200 км к северо-западу от г. Томска и приурочено к брахиантиклинальной структуре, известной под названием Бакчарского вала. Среднее содержание железа около 40%. Кроме железа оолитовые руды содержат еще один полезный компонент - ванадий. Руда может извлекаться карьерным способом, поскольку мощность пород вскрыши не превышает 200 м. Однако из-за высокой обводненности рудной толщи для Бакчарского месторождения предлагается другой способ извлечения руды – скважинная гидродобыча. Руда может доставляться по магистральному пульпопроводу до г. Томска, где проектируется создать фабрику окомкования добытой руды (Мазуров и др., 2005).

Нельзя забывать и о залежах сидерита в отложениях морского олигоцена (тавдинская свита) Западной Сибири. Мощная толща олигоценовых глин порой содержит до 50% сидеритовых стяжений, свидетельствующих о большой концентрации железа в осадках теплого палеогенового моря, поэтому здесь возможно обнаружение залежей осадочных железных руд промышленного масштаба.

Руды хрома

Хром – необходимый компонет легированных сталей , которому нет замены. Добавка хрома к сталям придает им вязкость, повышает твердость и сообщает им антикоррозионные свойства. Хром дает ценные сплавы с никелем, кобальтом, алюминием вольфрамом, молибденом (стеллиты). Большое значение имеет хромирование, т. е. покрытие тонким слоем хрома различных металлических изделий в целях борьбы с коррозией.

Единственным источником хрома является минерал хромит с формулой FeCr2O4. Но этот состав хромита чисто теоретический. На самом деле в природе встречаются минералы группы хромшпинелидов с общей формулой (Mg, Fe) (Сr, Al, Fe)2 О4. Среди них выделяются:

магнохромит (Mg, Fe)Cr2 O4

алюмохромит (Mg, Fe) (Сr, Al)2О 4

субферрихромит (Mg, Fe) (Cr, Fe)2 O4

субферриалюмохромит (Mg, Fe) (Cr, Fe, Al)2 О4

Хромшпинелиды являются главной составной частью любой хромовой руды. Основное направление применения хромовой руды – производство ферросплавов, которые служат в качестве добавки при выплавке легирующих (нержавеющих) сталей. На одну тонну легирующей стали расходуется 2-3 кг феррохрома. Для этой цели идет 70 % добываемой хромовой руды.

Второе важное направление применения хромовой руды – производство хромовых соединений (химикатов). На эти цели идет 15 % добываемой хромовой руды.

Третье направление – производство огнеупорного кирпича для доменных и мартеновских печей (15 % добываемой руды).

Соответственно промышленному использованию выделяются три типа хромовых руд: а) металлургические, б) химические. в) огнеупорные.

Металлургические руды должны содержать не менее 43 %, огнеупорные – не менее 32 % окиси хрома. Химическая промышленность может использовать и более бедные руды.

Месторождения хромитов генетически связаны с ультраосновными породами – перидотитами, дунитами и пироксенитами. Обычно это альпинотипные ультрабазиты, поступившие в верхние горизонты земной коры в результате столкновения литосферных плит и дествия механизма обдукции. Впервые они были обнаружены в Альпах (отсюда и произошло их название). По сути дела, альпинотипные перидотиты – это выход на земную поверхность материала верхней мантии в твердом состоянии. Наиболее крупные массивы альпинотипных ультрабазитов размещаются в складчатых областях. Особенно их много на Урале. Они есть также в Турции, Греции, Ираке, Югославии, Индии, США. Хромиты, связанные с альпинотипными ультрабазитами, наиболее богаты окисью хрома.

Кроме альпинотипных ультрабазитов хромиты встречаются в расслоенных интрузиях. Генезис их магматический (результат дифференциации базальтовой магмы, поступившей в земную кору из мантии). К ним в первую очередь следует отнести Бушвельдский плутон (Южно-Африканская республика) площадью 60 000 кв. км. Он содержит 2,5 млрд. тонн разведанных хромовых руд и 10 млрд. тонн прогнозных ресурсов этого ценнейшего сырья. Другой расслоенный интрузив – Великая дайка Зимбабве, также включающая гигантские запасы хромитов. В США крупным источником хромитов является Стиллуотерский расслоенный плутон. Все крупные расслоенные интрузии размещаются в фундаменте древних платформ (кратонов).

На территории России большинство хромитоносных ультраосновных массивов размещены на Урале. Все они альпинотипные. Хромитоносные ультрабазиты есть также в Центральной и Восточной Сибири, на Камчатке, Чукотке, Сахалине .

Хромитовые месторождения, расположенные на платформах, обнаружены в России совсем недавно – в 1988 г. В частности, на Кольском полуострове, в пределах перидотит-пеироксенит-габбровой формации разведаны 2 небольших по запасам месторождения хромитов с содержанием окиси хрома до 47 %.

В СССР основная масса хромовой руды добывалась из месторождений Кемпирсайской и Донской групп (Южный Урал), а также из небольшого по масштабам Сарановского месторождения в Пермском крае. После распада СССР месторождения Южного Урала отошли к Казахстану. У России осталось только Сарановское месторождение. Оно расположено в 100 км к востоку от г. Чусового и приурочено к небольшому габбро-перидотитовому массиву. Площадь его выхода на поверхность составляет всего 0,22 кв. км. Массив протягивается в субмеридиональном направлении на 188 м при ширине около 200 м и круто падает на восток несколько выполаживаясь на глубине. Хромиты образуют 3 жилообразных тела мощностью от 5 до 10 м. Содержание Cr2O5 небольшое – от 34 до 39 %. Кроме того руды содержат до 18-20 % железа, поэтому в СССР они использовались лишь как химическое сырье и огнеупоры. Балансовые запасы хромитов составляют 9580 тонн, забалансовые – 2987 тонн (Даровских, 2004). В настоящее время из-за дефицита хромитового сырья руда шахты «Сарановская» почти целиком потребляется Серовским заводом ферросплавов. Шахта добывает в год около 97 тыс. тонн хромитового сырья, что составляет 1/90 часть хромитов, требующихся промышленности страны. Помимо коренных залежей хромитов на месторождении есть россыпные (валунчатые) руды.

По причине наличия больших разведанных запасов хромитов в месторождениях Кемпирсайской и Донской групп в Советском Союзе хромитами никто серьезно не занимался. В результате сейчас Россия осталась без хромитов. Хотя проявления этого сырья имеются на Среднем Урале (Ключевская группа к юго-востоку от г. Екатеринбурга, Восточно-Тагильский, Алапаевский и Верх-Нейвинский ультраосновные массивы), где прогнозные ресурсы хромитов оцениваются в 170 млн т (Лещиков, Алешин, Рапопорт, 1999). На Южном Урале известно Верблюжьегорское месторождение хромитов (возле ст. Карталы в Челябинской области). На Алтае известно Усинское месторождение, в Мурманской области - месторождения Б. Варака и Сопчеозерное. Но геологоразведочные работы на этих объектах пока не достигли даже стадии предварительной разведки. Острый дефицит хромитового сырья частично может быть покрыт за счет добычи их на Полярном Урале (Тюменская область). Здесь в пределах Собско-Войкарской зоны открыто около 30 месторождений хромитов, приуроченных к Войкаро-Сыньинскому альпинотипному массиву ультрабазитов. Суммарные ресурсы хромитовых руд в пределах Полярного Урала оцениваются в 650 млн. тонн. Наиболее крупное месторождение Центральное, расположенное высоко в горах в нескольких десятках км от железной дороги. Руды содержат от 30 до 54 % Cr2O3. В 1994 г. началась промышленная разработка хромитов месторождения Центрального. В ближайшие годы количество добываемой здесь руды планируется довести до 200 тыс. тонн в год. Однако это не решит проблему хрома в России.

Около 200 мелких месторождений и проявлений хромитов имеются на территории Республики Башкортостан. Они приурочены к гипербазитам аллохтонного массива Крака. Содержание Cr2O3 в руде от 35 до 45%. Прогнозные ресурсы хромитов – 100 млн т. Некоторые из месторождений разрабатывались в недалеком прошлом.

Руды марганца

Как и хром, марганец является легирующим металлом и используется в металлургии для получения сплава ферромарганца, который добавляют в сталь при ее выплавке. Добавка ферромарганца к стали повышает ее вязкость, ковкость и твердость. Он способствует также более легкому отделению вредных примесей (серы, фосфора, кремния) из шихты, направляя их в шлаки. На каждую тонну стали расходуется до 6 кг ферромарганца.

На втором месте по количеству потребляемого марганца стоит химическая промышленность , где большую долю этого металла используют для получения сухих батарей. Марганец используется также в лакокрасочной, керамической промышленности и в здравоохранении.

Основные промышленные руды марганца состоят из следующих минералов:

пиролюзит MnO2

псиломелан MnO ∙ MnO2 ∙ n H2 O

манганит MnO (OH)

родохрозит MnCO3

браунит MnMn6 SiO12

гаусманит MnMn2 O4

Подавляющая часть месторождений марганца имеет осадочный генезис. В Советском Союзе 95 % запасов марганцевых руд было сосредоточено в осадочных месторождениях. Существуют марганцевые руды и другого генезиса: вулканогенно-осадочные (экзгаляционно-осадочные); гидротермальные; скарновые; коры выветривания. Однако их доля в общих ресурсах марганцевых руд очень мала.

Первое место по промышленным запасам марганцевых руд занимает Южно-Африканская республика (более 1 млрд. тонн), за ней следуют Украина (650 млн. тонн), Казахстан (350 млн. тонн), Китай (240 млн. тонн), Грузия (200 млн. тонн) и Бразилия (170 млн. тонн). Эти же страны являются основными производителями и экспортерами товарных марганцевых руд.

Крупнейший в мире марганцеворудный район расположен на Украине. Оруденение марганца приурочено к песчано-глинистым осадкам олигоценового возраста. Рудный пласт средней мощностью около 3 м протягивается вдоль всей южной периферии Украинского кристаллического щита на расстояние 250 км. В целом бассейн называется Никопольским и включает 8 месторождений с запада на восток: Ингулецкое, Высокопольское, Ново-Воронцовское, Западное, Сулицкое, Коминтерн-Марьевское, Грушевско-Басанское и Больше-Токмакское). Руды окисные, окисно-карбонатные и карбонатные, состоящие из пиролюзита, псиломелана, манганита, манганокальцита и кальциевого родохрозита. Рудное вещество представляет собой стяжения неправильной формы, желваки, конкреции, оолиты, угловатые куски, а также сплошные землистые массы. Содержание марганца в окисных рудах от 9 до 47 %, в карбонатных рудах – от 8 до 34 %. Руды добываются открытым и шахтным способами.

На территории России имеется Северо-Уральский марганцеворудный бассейн в Свердловской области с прогнозными ресурсами в 104 млн. тонн, включающий месторождения: Тыньинское, Полуночное, Ново-Березовское, Березовское, Южно-Березовское, Ивдельское, Марсятское. Руды карбонатные (родохрозит) и окисленные (псиломелан, пиролюзит и манганит). Содержание марганца в рудах невысокое (в среднем около 20%). Эксплуатируется только одно месторождение – Тыньинское (шахтный способ) с запасами около 40 млн. тонн. Ввиду сложных горно-геологических условий добычи продукция предприятия неконкурентоспособна.

На крайнем востоке Кемеровской области расположено Усинское месторождение марганцевых руд осадочного генезиса с запасами по категориям В+С1 около 100 млн. тонн. Месторождение размещается среди кембрийских известняков и глинистых сланцев и представлено карбонатными рудами (родохрозит). Среднее содержание марганца около 27 %. Месторождение не разрабатывается ввиду необходимости крупных капитальных вложений . На Салаирском кряже и в Горной Шории известны небольшие месторождения марганца, связанные с корами выветривания с содержанием марганца 22-24% (Шаров и др.,1997).

Кроме названных месторождений, есть многочисленные мелкие месторождения марганцевых руд в различных районах: Южно-Хинганское (Еврейская автономная область), Утхумское и Николаевское (Иркутская область), Громовское Читинская область), Дурновское (Кемеровская область), Улутелякское (Республика Башкортостан), Парнокское (Республика Коми) и другие залежи в пределах Урала, Алтая, Саян и Русской платформы. Все они имеют крайне низкое содержание окиси марганца (6-15%) и очень небольшие запасы (3-5 млн. тонн). Прогнозные ресурсы марганцевых руд составляют 840 млн. тонн.

Годовые потребности российских предприятий в товарной марганцевой руде составляют 1300 тыс. тонн. В настоящее время добыча марганцевых руд едва достигает 105 тыс. тонн. Марганцевая руда добывается на Николаевском месторождении в Иркутской области (1,5 тыс т/год), Парнокском месторождении в Республике Коми (1,5 тыс т/год), Громовском месторождении в Читинской области (52 тыс т/год), Тыньинском месторождении в Свердловской области (Дауев и др., 2000). Чтобы полностью обеспечить потребности нашей страны отечественным марганцем необходимы миллиардные затраты на освоение новых месторождений, в первую очередь Усинского и Порожинского. А пока Россия вынуждена ввозить из-за рубежа почти 100% марганцевой руды остро необходимой для черной металлургии.

Полиметаллические руды (руды свинца и цинка)

Свинец – мягкий, ковкий, плотный металл, обладающий высокой химической устойчивостью. Около 40% производимого свинца используется при изготовлении аккумуляторов. Значительное его количество идет в качестве добавки в бензин (антидетонаторная добавка). Другие области применения свинца: электротехническая (оболочки кабелей), подшипниковая (баббиты) и военная (сердечники пуль) промышленность.

Цинк, ввиду его антикоррозийных свойств, употребляется в больших количествах для оцинкования листового железа, труб, проволоки. На основе цинка получают сплавы: латунь, бронзу , мельхиор, которые необходимы в машиностроении, приборостроении , медицине.

Главными минералами свинцово-цинковых руд являются:

Галенит PbS

Cфалерит ZnS

Смитсонит ZnCO3

Церуссит PbCO3

Англезит PbSO4

Полиметаллические руды всегда содержат то или иное количество минералов серебра. Генезис их гидротермальный, скарновый и экзгаляционно-осадочный (барит-цинковое оруденение).

По разведанным запасам свинца и цинка Россия занимает первое место в мире. Балансовые запасы свинца учтены в 88 месторождениях, запасы цинка - в 138 месторождениях, из которых эксплуатируются 36 (Дауев и др., 2000). Основу минерально-сырьевой базы полиметаллов составляют месторождения: Узельгинское (Челябинская область), Гайское (Оренбургская область), Учалинское, Подольское, Юбилейное (Башкортостан), Холоднинское, Озерное (Бурятия), Ново-Широкинское, Рубцовское, Николаевское (Приморский край).

Около 70% добычи руд свинца и цинка приходится на медноколчеданные месторождения Урала и лишь 30% - на собственно полиметаллические месторождения.

В пределах Салаирского Кряжа разведаны 5 свинцово-цинковых месторождений (с баритом), содержащих серебро и золото. Они разрабатываются Салаирским ГОКом, производящим свинцовый, цинковый и баритовый концентраты. В этом же районе разведаны 3 серно-колчеданных медно-цинковых месторождения Урской группы.

Руды олова

Олово – металл известный с бронзового века. Он достаточно распространен в земной коре. Его кларк (по) составляет 2,5 ∙ 10-4%, то есть среднее содержание этого элемента в горных породах около 2,5 г/т.

Олово используется в сплавах с медью (бронза), свинцом, сурьмой и медью (баббиты и типографские сплавы), цирконием (сплав для атомных реакторов). Огромное количество олова идет для изготовления белой жести, которая необходима в консервной промышленности. От этого олово получило образное название – «металл консервной банки». В США на эти цели используют около 50% всего потребляемого олова. В меньшем объеме олово применяют в стекольной промышленности , при производстве эмалей, в красильном деле, гальванопластике, радиотехнике.

Мировые запасы олова оцениваются в 10 млн т, которые сосредоточены в основном в странах Юго-Восточной Азии, Африки и Восточной Европы. Крупные месторорждения оловянных руд открыты в Сибири и на Дальнем Востоке. Цена 1 тонны олова на мировом рынке достигает 11000 долларов.

Всего известно около 20 минералов олова, из которых промышлен-ное значение имеют касситерит (SnO2) и станнин (Cu2FeSnS4). Первый содержит олова 78,62%, второй – 27,5%.

Месторождения олова подразделяются на коренные и россыпные. Коренные месторождения представлены оловоносными пегматитами и залежами гидротермального генезиса. Касситерит обладает повышенной устойчивостью против агентов химического выветривания, поэтому хорошо сохраняется в россыпях. В России оловоносные россыпи сосредоточены на северо-востоке Якутии и на Чукотке.

По разведанным запасам олова Россия занимает первое место в мире. Всего разведано 215 коренных и россыпных месторождений. Большинство из них размещаются в труднодоступных и отдаленных районах. Наиболее значимые коренные месторождения: Депутатское, Одинокое (Якутия), Комсомольское, Баджальское, Правоурмийское, Соболиное (Хабаровский край), Пыркакайское (Чукотка), Искра (Приморский край)), а также объекты в Еврейской автономной области, эксплуатируемые комбинатом «Хинганолово». Крупное россыпное месторождение Тирехтях расположено в Якутии (Дауев и др., 2000).

Многие горнодобывающие предприятия, производящие касситеритовые концентраты, в настоящее время перестали существовать по причине нерентабельности. Продолжают функционировать только 4 крупных предприятия : Депутатский ГОК (Якутия), Дальневосточная горная компания, Хрустальненский ГОК (Приморский край) и комбинат «Хинганолово» (Еврейская автономная область).

Руды меди

Медь является стратегическим металлом, уровень потребления которого служит одним из основных показателей производственно-технического потенциала страны. По объему потребления медь занимает второе место (после алюминия) среди цветных металлов.

Известно более 200 минералов меди, но промышленное значение имеют только четыре:

халькопирит Cu Fe S2

борнит Cu5 Fe S4

блеклая руда Cu3 (Sb, As) S3

халькозин Cu2 S

Месторождения меди подразделяются по генезису на магматические, гидротермальные, и осадочные. Среди гидротермальных месторождений наиболее важными типами являются скарновые, колчеданные и медно-порфировые, связанные с вулканическими и интрузивными комплексами разных стадий развития складчатых систем. Крупные залежи меди осадочного происхождения связаны с медистыми песчаниками.

До 1990 г. Россия занимала лидирующее положение среди стран – производителей и потребителей меди. В настоящее время экономии-ческий кризис привел к резкому снижению как производства, так и потребления меди и ее сплавов. Производство меди в России за 1990-е годы сократилось на 40 %, а потребление – в 3,5 раза. В то же время экспорт меди увеличился в 6 раз. Сейчас Россия находится на 8 месте по производству меди и на11 месте по ее потреблению. Тем не менее Россия является одним из главных производителей меди.

По разведанным запасам меди она занимает 3-е место в мире (после Чили и США). Разведанные запасы этих руд составляют 11% от мировых. Минерально-сырьевая база меди в России резко отличается от зарубежных стран. Если основной объем запасов медных руд в Чили связан с месторождениями медно-порфирового типа (руды легко обогатимые и легко перерабатываемые), то наиболее крупные месторождения России относятся к медно-никелевому и медно-колчеданному типам. Основные балансовые запасы медных руд в нашей стране сосредоточены в существенно медных (96 %) и комплексных медьсодержащих (3,5 %) месторождениях. Среди существенно медных месторождений выделяются шесть геолого-промышленных типов:

1)месторождения медно-никелевых сульфидных руд . Эти за-пасы сосредоточены в Норильском и Печенгском рудных районах и сос-

ставляют около 45 % всех балансовых запасов меди. В Норильском руд-ном районе это месторождения: Талнахское, Октябрьское и Норильск-1. Содержание меди в богатых рудах Талнахского месторождения составляет 1,14 %, в бедных (разрабатываемых карьером) – 0,37 %. Кроме меди из руд извлекают никель и платину.

В Печенгском рудном районе сосредоточено 9 медно-никелевых месторождений: Ждановское, Семилетка, Каула, Заполярное, Котсельваара-Каммикиви, Быстринское, Тундровое, Спутник и Верхнее, которые являются рудной базой горно-обогатительного комбината «Печенганикель». Кроме меди из руд извлекаются никель, платина, кобальт, селен и теллур.

2) месторождения медно-колчеданных руд занимают 2-е место по запасам (29%). На государственном балансе числится 55 таких месторождений, из которых 44 находятся на Урале. Наиболее крупные из них: Гайское, Сибайское, Октябрьское, Учалинское, Узельгинское, Подольское, Юбилейное. Все они сосредоточены на Южном Урале на территории Республики Башкортостан и Оренбургской области. Руды медно-колчеданных месторождений являются комплексными. Кроме меди из них попутно можно извлекать свинец, цинк, золото, серебро, кадмий, индий, селен, теллур, германий, галлий. Общие запасы меди 14 месторождений Башкортостана составляют 5,5 млн т, цинка – 6 млн т.

3) месторождения медистых песчаников и сланцев . Уникальное по запасам меди месторождение этого типа (Удоканское) расположено в Читинской области. Запасы меди в нем составляют 21 % от общероссийских, причем месторождение пригодно для открытой разработки. Основной горизонт медистых песчаников, имеющий площадь выхода на поверность около 30 кв. км и мощность до 350 м, содержит мономинеральную легко обогатимую руду. Месторождение не разрабатывается по причине отсутствия инвестиций.

4) месторождение железо-медных руд . Это Волковское место-рождение, расположенное в Свердловской области. Запасы меди в нем составляют 2,5 % от общероссийских. Кроме меди из руды извлекаются железо, ванадий, платина, серебро, золото, селен, теллур, сера, фтор.

5) скарновый тип имеет весьма незначительное распространение. В Свердловской области к этому типу относится Вадимо-Александров-ское месторождение, разрабатываемое Турьинским рудником.

6) медно-порфировый тип . Месторождения этого типа в России пока не разрабатываются.

В табл.2 приведена структура балансовых запасов меди в Российской Федерации по геолого-промышленным типам месторождений.

Таблица 2

Геологопромыш-ленные типы

месторождений

А+В+С1 , % от обще-

российских

меди в руде, %

Месторождения

Медно-никелевые

Медно-колчедан-

Стратиформные

медистых песча-

Железо-медные

Норильская и Пе-ченгская группы

Гайское, Сибайс-

кое, Учалинское,

Узельгинское, Ок-

тябрьское, Урупс-

Удоканское

Волковское

Всего запасов 100

В группе медьсодержащих месторождений балансовые запасы составляют всего лишь 3,5 % от общероссийских и они не играют большой роли в меднорудной промышленности. Чаще всего основными компонентами в этом случае выступают олово и молибден. За 14 лет послесоветской эксплуатации месторождений меди

балансовые запасы уменьшились незначительно, поэтому их хватит на несколько десятилетий.

Россия располагает достаточно высокими прогнозными ресурсами медных руд. Ресурсы категории Р1 сосредоточены в пределах рудных полей разрабатываемых месторождений. Ресурсы категории Р2 предусматривают возможность обнаружения новых мнсторождений в пределах известных рудных районов. Прогнозные ресурсы категории Р3 предполагают открытие новых меднорудных провинций. Они весьма проблематичны.

Весьма перспективны ресурсы руд медно-порфирового типа. 56% их размещается на Урале (Челябинская область), 32% - в Читинской области и 12% - на территории Амурской области (Прошин, Хитрик, 1996). Медно-порфировое оруденение с молибденом и золотом известно на Камчатке (Райхлин и др., 2004).

Отдельно следует сказать о значительном «голоде» для уральских медеплавильных заводов. В Свердловской области Государственным балансом учтены запасы 20 месторождений меди (в том числе 5 медьсодержащих). Ведется отработка четырех из них: Сафьяновского, Левихинского, Волковского и Вадимо-Александровского. Готовится к разработке карьером Валенторское месторождение. Эксплуатируемые объекты обеспечивают сырьем местные металлургические предприятия лишь на 10%. Мощные обогатительные фабрики (Турьинская, Красноуральская, Кировградская, Среднеуральская) простаивают из-за отсутствия руды, а медеплавильные заводы в основном используют привозные медные концентраты и металлолом. Проблема эта сложная и может быть частично разрешена совместной с Казахстаном эксплуатацией меднопорфировых месторождений Зауралья и Кокчетавской глыбы, а также введением в эксплуатацию Подольского и Юбилейного месторождений Башкортостана.

Руды никеля

Высокая химическая стойкость, твердость, тугоплавкость – вот главные достоинства никеля. 80 % потребления этого металла приходится на металлургию. Потребителями нержавеющих никелевых сталей и сплавов являются тракторная, автомобильная и станкостроительная промышленность.

Сплав никеля и хрома (нихром) обладает высоким электросопротивлением и является основой большинства электронагревательных приборов. Платинит (49 % никеля и 51 % железа) во многих случаях заменяет платину. Его можно впаять в стекло и оно не дает трещин. Сплав пермаллой (FeNi3) обладает весьма большой магнитной проницаемостью. Сердечники из пермаллоя имеются в любом телефонном аппарате, а тонкие пермаллоидные пленки – главный элемент компьютеров и вычислительных машин. Широкое применение в ювелирном деле имеют сплавы никеля с медью, цинком и алюминием: нейзильбер, мельхиор, монетный сплав. Из них же изготавливают медали, ордена, элементы компьютеров, радио - и телевизионные детали, элементы электронагревательных приборов. Из хромеля и алюмеля делают термопары а из никоси – мощные источники ультразвука.

В природе известно 45 минералов никеля, но промышленное значение имеют только шесть:

пентландит (Ni, Fe)9S8

никелистый пирротин (Fe, Ni) S

никелин NiAs

гарниерит Ni4 [ Si4 O10 ] ∙(OH)4 ∙4H2O

ревдинскит (Ni, Mg)6 ∙(OH)8

миллерит NiS

Руды никеля комплексные. В них всегда в том или ином количестве содержится кобальт, который извлекается попутно. Промышленные месторождения никеля относятся к трем типам: сульфидным медно-никелевым, силикатным никелевым и арсенидным никель-кобальтовым. В России около 89% никеля (по другим данным 93 %) добывается из сульфидных руд ликвационного генезиса. Силикатные месторождения никеля имеют подчиненное значение. Запасы никель-кобальтовых руд составляют всего 0,1 от общероссийских (Прошин, Горелов, 1997). В зарубежных странах, напротив, основной объем запасов сосредоточен в силикатных рудах никеля.

В России находится третья часть мировых запасов никеля. По разведанным запасам наша страна занимает первое место в мире (Прошин, Горелов, 1997). Из 39 разведанных и учтенных месторождений никеля 10 являются забалансовыми. Из 29 месторождений с балансовыми запасами, характеризующихся высокой степенью разведанности, эксплуатируются 14. Остальные являются резервны-ми. Месторождения сульфидных медно-никелевых руд связаны с дифференцированными массивами основных и ультраосновных магматических горных пород.

В Печенгском, Кольском и Мончегорском рудных районах Мурманской области находится 9 месторождений никеля сульфидного типа, крупнейшим из которых является Ждановское с содержанием никеля в рудах 0,6%. Месторождение Заполярное содержит богатые руды (около 2% никеля).

В Норильском рудном районе имеется 3 крупнейших месторождения никеля: Октябрьское, Талнахское и Норильск-1. Первые два являются уникальными как по запасам, так и по качеству руд. Содержание никеля в рудах колеблется от 0,5 до 3 %.Всего в этих месторождениях сосредоточено около 70 % запасов никеля России.

Месторождения силикатных никелевых руд связаны с корой выветривания ультраосновных пород. Содержание никеля в этих рудах около 0,7 %. Попутным извлекаемым компонентом в них является кобальт. Все 16 промышленных месторождений силикатных никелелевых руд расположены на Урале, в Свердловской, Челябинской и Оренбургской областях. Среди них самые крупные по запасам: Буруктальское (Оренбургская область) и Серовское (Свердловская область). Последнее дает т руды в год и обеспечивает сырьем Режевский и Уфалейский никелевые заводы.

Арсенидные никелевые руды разведаны в единственном месторождении Хову-Аксы в Республике Тыва . Это месторождение комплексное, содержащее кроме никеля, еще кобальт медь, серебро, висмут и мышьяк. Месторождение не эксплуатируется, но учтено в Государственном балансе.