МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТИТАНА МОСКВА, 2001 Открытый в 1791 г. английским химиком Уильямом Грегором титан лишь в ХХ в. нашел широкое применение как металл, обладающий уникальными свойствами. Температура его плавления 1725 С выше, чем у железа и никеля, а плотность почти вдвое меньше. Титан отличается высокой прочностью и коррозионной стойкостью.Титановые сплавы применяются как конструктивный металл в космической технике, авиационной, автомобильной, судостроительной, энергомашиностроительной, гидролизной, пищевой, медицинской отраслях промышленности, железнодорожном транспорте и отрасли цветной металлургии, где они надежно и длительно эксплуатируются во многих агрессивных средах в диапазоне температур от сверхнизких до 500-600 С и выше. Главнейшее значение имеют титанованадиевые сплавы, отличающиеся высокой прочностью, ковкостью и свариваемостью карбид титана применяется для изготовления сверхтвердых сплавов, двуокись титана для производства стойких титановых белил, пластмасс и в целлюлозно-бумажной отрасли промышленности.
Общие запасы двуокиси титана в 20 зарубежных странах оцениваются в 420 млн. т. 34 ильменита, 14 рутила.
Около 90 этих запасов сосредоточено на Украине, в Бразилии, ЮАР, Австралии, Индии, Китае, Норвегии и Канаде.Производство титановых концентратов в зарубежных странах составляет 5,2 млн. т. в том числе 88 ильменитового и 12 рутилового концентратов.
Основные производители титанового концентрата Австралия, ЮАР, Канада и Норвегия. В Австралии, США, Индии и Японии производят синтетический рутил из ильменита. Производство металлического титана налажено в России, США, Великобритании и Японии.Цены на ильменитовый концентрат составляют 80-90, а на рутиловый 600-650 долт. Уникальные коренные месторождения обладают запасами более 50 млн. т крупные от 30 до 50, средние от 10 до 30, мелкие менее 10 млн. т. двуокиси титана. Для россыпных месторождений порядок цифр вдвое меньше.
Промышленными месторождениями считаются те, которые содержат в рудах более 10 TiO2 в коренных месторождениях и более 10 ильменита или 1,5 рутила в россыпях. Вредные примеси в металлургическом сырье сера и фосфор, для производства белил хром. МИНЕРАЛОГИЯ ТИТАНА В настоящее время известно около 70 минералов титана. Во многие из них титан входит в качестве примеси.Промышленное извлечение титана в основном производится из ильменита FeTiO3 31,6 и рутила TiO60. В ильмените и рутиле присутствуют ванадий, скандий, тантал и ниобий. Извлечение ильменита из титаномагнетита возможно, если поперечный размер зерен ильменита больше 0,3 мм. Частично титан извлекают из лейкоксена конечного продукта изменения ильменита и сфена в лейкоксене по ильмениту 96, по сфену 67 TiO2 и лопарита Na, Ce TiO3 26,6 Ti. ТИПЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Среди промышленных месторождений титана выделяются магматические, выветривания, россыпные, вулканогенно-осадочные и метаморфические.
Магматические месторождения Наиболее значительные магматические месторождения титана приурочены к крупным массивам анортозитовой формации площадью в сотни и тысячи квадратных километров. В России к ним принадлежат месторождения Восточного Саяна Мало-Тагульское, Лысанское, Кручининское, в Канаде Лак-Тио, в США Тегавус.
Мало-Тагульское месторождение ильменит-титаномагнетитовых руд приурочено к одноименному массиву габбро-анортозитов площадью более 200квадратных километров Иркутская область.
На месторождении выявлено шесть рудных участков, в пределах которых встречены рудные тела с промышленным содержанием железа и титана.В плане рудные залежи имеют размеры от 50х100 до 130х850 м. Падение их крутое, прослежены до глубины 300 м. Содержание железа в рудах 20-33, TiO2 в титаномагнетитовых концентратах 12-16. Месторождение Лак-Тио находится в провинции Квебек и обладает запасами в 125 млн. т. Оно дает около 80 добычи ильменитовых концентратов Канады, содержащих 35 TiO2 и 40 железа.
Месторождение залегает в анортозитовом массиве, имеющем овальную форму размером 150х50 км, и состоит из трех рудных тел пластообразной формы, полого подающих согласно со структурой массива. Главное рудное тело площадью 1 квадратный километр имеет мощность до 90 м. В рудных телах наблюдаются многочисленные ксенолиты анортозита.Богатые руды сложены ильменитом 75 и гематитом 25. Сопутствующие минералы представлены сульфидами пиритом, халькопиритом, пирротином, полевыми шпатами, пироксенами и местами биотитом.
Содержание в богатых рудах TiO2 32-36, Fe 39-43. Месторождение относится к позднемагматическим образованиям, связанным с процессами накопления остаточного рудного расплава и его внедрением в тектонически ослабленные зоны анортозитовых пород трещинные интрузии.Месторождения выветривания Современные и погребенные титаноносные коры выветривания образуются на габбро анортозитах Волынский массив и метаморфических породах Украинский щит, Казахстан.
При выносе щелочных элементов и образовании глинистых минералов группы каолинита в коре происходит накопление более стойких акцессорных минералов, в том числе ильменита и рутила. При этом зерна рудных минералов сохраняют первоначальную форму кристаллов, не окатаны. Мощность кор выветривания достигает нескольких десятков метров.Содержание ильменита может достигать нескольких сотен, а рутила нескольких десятков килограммов на кубический метр. Минеральный состав коренных пород существенно влияет на качественный и количественный состав рудных минералов в корах выветривания.
Для Волынского габбро-анортозитового массива Украины, например, характерны коры, обогащенные только ильменитом 300-500 кгм3, что связано с отсутствием рутила в коренных породах. На Кундыбаевском месторождении в Казахстане в корах выветривания, образовавшихся на метаморфических породах, содержится до 180 кгм3 ильменита и до 74 рутила.Россыпные месторождения Среди россыпных месторождений титана различаются две разновидности прибрежно-морские и континентальные.
Главными являются прибрежно-морские комплексные ильменит-рутил-цирконовые россыпи меньшее значение имеют континентальные аллювиально-делювиальные россыпи ильменита. Из современных прибрежно-морских россыпей рутил и ильменит добывают в Западной Австралии, Индии, Шри-Ланке, Сьерра-Леоне, частично в Бразилии и США. Крупные запасы ильменитовых песков выявлены у северного побережья Гренландии, на восточном побережье Мадагаскара, вдоль берегов озера Малави на побережье Мозамбика и Новой Зеландии.
В России главное значение имеют древние прибрежно-морские россыпи, распространенные в отложениях неогена и палеогена Ставропольского поднятия, палеогена Зауралья, Северного Приаралья, Северного Устюрта, юго-западной части Западно-Сибирской плиты, палеогена и мезозоя Чулымо-Енисейской и Амуро-Зейской впадин, мезозойских депрессий Уральской складчатой системы, Приенисейской части Западно-Сибирской плиты, Иркутского угленосного бассейна, палеозоя Тиманского и Томь-Колыванского поднятий.
Прибрежно-морские ильменит-рутил-цирконовые комплексные россыпи отличаются большими размерами и крупными запасами. Для них характерны пласто- или линзообразные залежи, мощность которых достигает десятков метров, а протяженность нескольких десятков километров при ширине до километра. По составу прибрежно-морские россыпи обычно олигомиктовые.Главный породообразующий минерал россыпи кварц, меньшее значение имеет каолинит.
Пески обычно тонко- и мелкозернистые.Промышленное содержание в россыпях ильменита и рутила от десятков до сотен килограммов на кубический метр. Источником прибрежно-морских россыпей служили коры выветривания континентов кристаллические породы, покровы эффузивов, массивы гранитных и других пород. Континентальные россыпи ильменита распространены преимущественно в аллювии, элювии и пролювии четвертичных, палеогеновых и нижнемеловых отложений.
Рудные тела аллювиальных россыпей имеют обычно лентовидную форму и приурочены к долинам рек. Рудные минералы накапливаются в нижних горизонтах, в наиболее грубообломочном материале, представленным крупнозернистым песком, гравием или мелким галечником. По минеральному составу континентальные россыпи обычно полимиктовые кварц, полевой шпат, каолинит. Размеры зерен ильменита 0,1-0,25 мм и более окатанность их слабая.Содержание ильменита в промышленных континентальных россыпях изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен килограммов на кубический метр. Примером прибрежно-морской погребенной россыпи может служить Правобережное месторождение Приднестровского района, а континентальной Иршинское месторождение Володарско-Волынского района. Правобережное месторождение.
Прибрежно-морские россыпи этого месторождения приурочены к полтавским и сарматским песчано-глинистым отложениям мощностью от 10 до 60 м, перекрытых лессами, лессовидными суглинками и глинами неогенового и четвертичного возраста.
Рудные залежи имеют пластообразную форму при резком преобладании длины над шириной и отличаются значительной мощностью продуктивных песков. Отчетливо горизонтальная или пологонаклонная 2-10 слоистость рудных песков подчеркивается скоплением тяжелых минералов до 70-90, преимущественно титановых и цирконовых. Рудные минералы в полтавских песках располагаются в верхней части, а в сарматских по всему разрезу.Рудоносные пески обоих возрастов имеют близкий минеральный состав лейкоксенизированный ильменит 44, рутил 16, циркон, дистен, силлиманит, турмалин около 10 каждого.
В небольших количествах встречаются хромит, анатаз, брукит, корунд, ксенотим и др. Минералы, как правило, мелкие 0,1-0,2, хорошо окатанные. Продуктивные отложения сарматского возраста залегают на обогащенных тяжелыми минералами песках полтавской серии.Они сформированы за счет переотложения последних в прибрежно-пляжевой зоне среднесарматского моря. Иршинское месторождение образовано при перемыве каолиновых кор выветривания Володарско-Волынского габбро-анортозитового массива. Россыпи четвертичного возраста обычно залегают в подморенных песках на междуречьях и террасах р. Ирши. Мощность их 1-1,5 м, а содержание ильменита измеряется от десятков до 100-200 кгм3. Вулканогенно-осадочные месторождения Месторождение Нижний Мамон приурочено к титаноносным вулканогенно-осадочным образованиям на юге Воронежской области в районе с. Нижний Мамон. Месторождение сложено осадочными и вулканогенно-осадочными породами палеозоя, мезозоя и кайнозоя, согласно залегающими на докембрийском фундаменте.
Отложения ястребовского горизонта девонского возраста имеют мощность от нескольких до 35 м. Глубина залегания 50-70 м. Общая протяженность находящихся в его составе вулканогенно-осадочных пород примерно 100 км при ширине 20-40 км. Основное направление их простирания совпадает с зоной разлома, с которой связана вулканическая деятельность.
Наибольшее количество ильменита приурочено к грубообломочным туфам, туфитам и туфопесчаникам, в которых эффузивные обломки представлены преимущественно породами основного состава.
Терригенного материала в туфах менее 10, в туфопесчаниках около 90. Цементом служит магнезиально-железистый хлорит.Наиболее обогащены ильменитом иногда до 50 объема грубообломочные разности туфогенных пород, размеры зерен ильменита в среднем 0,25-0,3 мм. Количество ильменита резко уменьшается с увеличением в толще терригенного материала. Образование вулканогенных пород, обогащенных ильменитом, вероятно, происходило в мелководном морском бассейне и явилось следствием подводной вулканогенной деятельности.
Метаморфические месторождения В этой серии выделяются месторождения титана метаморфизованной и метаморфогенной групп.Метаморфизованные месторождения титана образуются при метаморфизме древних россыпей и коренных первично-магматических руд. Верхнепротерозойские метоморфизованные россыпи в пределах Башкирского поднятия приурочены к песчаникам зильмердакской свиты, где встречены прослои мощностью до 2.5 м, обогащенные ильменитом до 250-400 кгт и цирконом до 30 кгт. Высококачественные ильменит-магнетитовые массивные и вкрапленные ильменитовые руды образуются при региональном метаморфизме первично-магматических руд. Примером промышленных месторождений этого типа является Отомняки в Финляндии, приуроченное к амфиболитам, образовавшимися в результате метаморфизма рудоносного габбро.
Богатые руды этого месторождения в среднем содержат 12 TiO2. Ярегское месторождение лейкоксена Южный Тимман необычный представитель этой группы и представляет собой погребенную метаморфизованную девонскую россыпь, приуроченную к песчаникам эйфельского и живетского ярусов.
Продуктивные горизонты залегают на метаморфических сланцах рифея.Нижний рудный горизонт сложен грубо- и крупнозернистыми кварцевыми песчаниками с прослоями алевролитов и аргиллитов, верхний полимиктовыми конгломератами и разнозернистыми кварцевыми песчаниками.
Рудные минералы представлены полуокатанными зернами лейкоксена размером 0,2-1,5 мм и единичными зернами ильменита. В богатых пробах рудоносного песчаника содержится 8-10 TiO2. Месторождение образовалось, очевидно, в результате размыва кор выветривания метаморфических сланцев рифея. Метаморфогенные месторождения титана приурочены к древним кристаллическим сланцам, гнейсам, эклогитам и амфиболитам.Образуются в результате метаморфизма интрузивных, эффузивных и осадочных пород, обогащенным титаном.
К этому типу относятся докембрийские хлоритовые сланцы, содержащие до 20 рутила месторождение Харворд, США и докембрийские гнейсы с рутилом до 25 месторождение Плюмо Идальго в Мексике.На Кузнечихинском месторождении Средний Урал в амфиболитах содержится около 1,5 рутила, а в эклогитах Шубинского месторождения Южный Урал 4,5. Металлогения Месторождения титана формировались преимущественно на ранней стадии геосинклинального этапа в связи с хорошо дифференцированными интрузиями пород габбро-пироксенит-дунитовой формации.
Среди них И. Малышев выделил две главные группы 1 месторождения в антрозитах с ильменитовыми и рутил-ильменитовыми рудами 2 месторождения в габбро с ильменит-магнетитовыми рудами. Переход от ильменитовых руд к магнетит-ильменитовым связывается с нарастающей степенью окисления при кристаллизации магматического расплава.С зонами активации древних платформ связано образование многофазных плутонов щелочного и ультраосновного состава с лопаритовым, перовскитовым и титаномагнетитовым оруденением.
В результате разрушения пород, содержащих ильменит, рутил и анатаз, формировались прибрежно-морские, пролювиальные и аллювиальные россыпи, среди которых известны как древние ископаемые палеозойского, мезозойского, палеогенового и неогенового возраста, так и современные образования.Титановые месторождения принадлежат к продуктам различных эпох докембрийской Балтийский щит, Канадский щит, Индия, Южная Африка и др каледонской Южная Африка, Норвегия, Урал, герцинской Урал и альпийской Северная и Южная Америка.