Геолого-промышленные типы месторождений марганца, методика поисков и разведки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Институт ИПР

Кафедра ГЭГХ

Направление: "Геология"

Реферат

на тему: "Геолого-промышленные типы месторождений марганца, методика поисков и разведки"

Выполнил: студент гр. 2ЛМ 41

Сагындыкова А.Х.

Проверил: доцент кафедры ЭПР

В.А. Домаренко

Томск - 2015

Содержание

Введение

1. Общие сведения

1.1 Основные минералы марганцевых руд

2. Области применения

3. Геолого-промышленные типы месторождений марганца

4. Ресурсы и запасы марганцевых руд на территории Российской Федерации

5. Методика поисков и разведки месторождений марганцевых руд

5.1 Критерии поискового прогнозирования марганцевых руд

5.2 Группировка месторождений по сложности геологического строения для целей разведки

6. Геолого-экономическая оценка месторождений

6.1 Подсчет запасов

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Марганец принадлежит к распространенным элементам, составляя 0,03 % от общего числа атомов земной коры. Небольшие количества Мn содержат многие горные породы. Вместе с тем встречаются и скопления его кислородных соединений, главным образом в виде минерала пиролюзита. Ежегодная мировая добыча марганцовых руд составляет около 5 млн. т. Вторым по важности среди чёрных металлов является марганец - незаменимый в чёрной металлургии компонент при выплавке чугуна и стали. По стратегическим запасам марганцевых руд ЮАР занимает первое место в мире и является одним из лидеров по производству марганцевой продукции.

Для производства марганцевой продукции (ферромарганца, оксидов, различных солей и т.п.) используются марганцевые руды. Средние содержания металла в них составляют от 17 до 53 %. Наиболее "вредной" примесью марганцевого сырья является фосфор. Желательно, чтобы его содержание в руде не превышало 0,2 % от количества марганца. Уникальные марганцевые месторождения содержат запасы руды, превышающие один миллиард тонн, крупные - сотни миллионов, а средние и мелкие - десятки миллионов тонн. Ресурсы марганцевых руд установлены в 56 странах мира и оцениваются в 21,3 млрд. тонн. В силу того, что достоверные оценки мировых прогнозных ресурсов марганца составляют коммерческую тайну, обнаружение среднемасштабных месторождений ещё возможно в пределах относительно слабо изученных территорий. К таковым можно отнести отдельные районы Австралии, Аргентины, Боливии, Бразилии, Ботсваны, Буркина-Фасо, Габона, Демократической Республики Конго, Индии, Ирана, Марокко, Перу, Турции и Чили. Суммарные прогнозные ресурсы этих стран оцениваются в 2500 млн. тонн.

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

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

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

Балансовые запасы марганцевых руд Российской Федерации составляют 232,1 млн. т, что сопоставимо с количеством запасов Австралии и Индии - стран, входящих в пятерку ведущих мировых продуцентов товарных марганцевых руд.



1. Общие сведения

Марганцевые руды - природные минеральные образования, содержащие марганец в таких соединениях и концентрациях, при которых их промышленное использование технически возможно и экономически целесообразно. Марганец - серебристо-белый хрупкий металл, имеющий плотность 7,2-7,46 г/см 3, температуру плавления 1244 °С. Основным потребителем марганцевых продуктов в России в настоящее время является черная металлургия (около 90 %), где он используется преимущественно в виде сплавов с железом (ферромарганца) и кремнием (силико-марганца), а также металлического марганца, применяемых для раскисления и легирования стали. В сравнительно небольшом количестве марганец используется в производстве сплавов с цветными металлами (медью, алюминием, никелем и др.). Только 5-10 % металла потребляется в электротехнической (для производства сухих батарей), химической промышленности, керамическом и стекольном производстве, в сельском хозяйстве (добавки в минеральные удобрения и в корма для животноводства). Химические свойства марганца в значительной степени зависят от его чистоты, даже минимальное количество примеси существенно влияет на реакционную способность металла. На воздухе, особенно влажном, металлический марганец покрывается тонкой оксидной пленкой, предохраняющей его от дальнейшего окисления даже при нагревании. Значительно легче он окисляется мелкораздробленном состоянии. Тонкоизмельченный марганец реагирует с водой, особенно в растворах хлорида аммония, препятствующего образованию нерастворимого Mn(OH)₂. Он растворяется в разбавленных соляной и азотной, а также в горячей концентрированной серной кислотах.

Марганец имеет несколько валентных состояний. В природе марганец находится в виде двух-, трех- и четырехвалентных соединений. Средняя концентрация марганца в земной коре составляет около 0,1 % или 1кг/т, что ставит его двенадцатым в ряду самых распространенных элементов. Среди магматических пород наибольшим содержанием этого элемента характеризуется основные (2кг/т) и ультраосновные (1,5кг/т) породы, среди осадочных - глинистые сланцы (0,85кг/т).

Содержание марганца в атмосферном воздухе колеблется от 0,01 до 0,03мкг/м ³. Наименьшие его концентрации характерны для района Южного полоса и открытых частей мирового океана, наибольшие для континентальных регионов, отличающихся высокой запыленностью. В районах где присутствует промышленные источники выброса марганца, его среднегодовой уровень может повышаться до 0,5 мкг/м ³.

Среднее содержание марганца в почве составляет 500-900 мг/кг. Оно зависит от типа присутствующих в них соединений, окислительно-восстановительного потенциала, pH среды и может колебаться в значительных пределах. Чаще всего, марганец в почве присутствует в виде оксидов и гидроксидов, которые образует пленки, натеки, конкреции. Основным геохимическим барьером на пути миграции марганца являются щелочная реакция почвенного раствора и наличие карбонатов. Распределение элемента по профилю почвы связано с ее минеральным составом и содержание органического вещества. Последнее понижает pH почв и создает восстановительные условия, которые способствуют переходу Mn⁺⁴ в Mn⁺². Накопление марганца происходит в слоях с более тяжелыми минералами в почве.

В водах открытых морей и океанов содержится от 0,01 до 0,16 мкг/л растворенного и от 0,0002 до 20мкг/л взвешенного марганца. Максимальные концентрации металла отмечаются в прибрежных поверхностных водах, минимальные - на значительном состоянии от береговой линии. Они могут быть заметно выше в водах морей, где существуют устойчивые восстановительные условия и сероводородное заражение. Так, в сероводородных водах Черного моря содержание марганца достигает 300-440 мкг/л, в природных водах впадин Балтийского моря составляет 50-1150 мкг/л, а в фиордах, заливах, эстуариях - 0,07-748 мкг/л.

Реки приносят в Мировой океан 20,4 млн.т взвешенного и 0,33 млн.т растворенного марганца в год. Формы нахождения марганца в растворе и взвесях достаточно разнообразны, но преобладают в первом случае - минеральная сорбированная и гидроксидная, во втором - минеральная и органическая. С твердыми продуктами вулканизма в океан ежегодно поступает 150-200 тыс. т марганца, который отлагается в составе вулканогенного материала совместно с веществом терригенного и биогенного происхождения. Количество марганца, поступающего в океан в составе вулканогенных эксгаляций, оценивается в 200 т/год. Значительно большее количество марганца поступает в океан с гидротермальными растворами, приносящими в него, по разным оценкам, от 0,5 до 10 млн. т металла в год.

Общие запасы марганцевых руд в 55 зарубежных странах составляют порядка 10 млрд. т, в том числе половина - подтвержденные.

Около 50 % общих и 25 % подтвержденных запасов сосредоточено в месторождениях Африки. Самые крупные из них находятся в ЮАР (рудные районы Калахари и Постмасбург) и в Габоне (месторождение Моанда). В рудных объектах Европы сконцентрирована 25 % общих и 45 % подтвержденных запасов. Значительная их часть заключена в месторождениях Украины (Никопольское, Больше-Токмакское), Болгарии (Варненское), Венгрии (Уркут) и Румынии. Лидирующие положение среди стран Азии, на долю которой приходится 13 % общих и 17 % подтвержденных запасов марганцевых руд зарубежных стран, занимает Казахстан (Атасуйская группа месторождений), Китай, Индия и Грузия (Чиатурское месторождение). Месторождения Северной и Южной Америки заключают 9 % общих и 6 % подтвержденных запасов марганцевых руд, значительная часть которых находится в Бразилии, (рудные районы Мату-Гросу, Каражас, Серра-ду Навиу), Мексике (месторождение Мутун). Несколько меньшими запасами (2 % общих и 4 % подтвержденных) располагают Австралия и Океания.

Около 48 % подтвержденных запасов марганцевых руд, представленных оксидными и оксидно-карбонатными разностями, и 44,5 % запасов карбонатных руд заключено в осадочных и вулканогенных - осадочных толщах. Порядка 5 % руд (преимущественно оксидных) сосредоточено в докембрийских метаморфических алюмосиликатных породах. Около 1-1,5 % оксидных руд приходится на месторождения в остаточных корах выветривания и 1-1,5 %- на гидротермальные и прочие месторождения.

В связи с прогрессирующим истощением минеральных ресурсов на континентах все большее внимание привлекают железомарганцевые конкреции дна Тихого, Индийского, Атлантического океанов. По различным оценкам общие мировые ресурсы этих образований составляют от 80 до 350-1700 млрд. т.

Многие годы основными продуцентами марганцевых руд являлись Китай, ЮАР, Украина, Бразилия, Австралия, Габон, Индия, Грузия. На долю этих стран (исключая Грузию, в 1996г.) приходилось 84,7 % мирового производства товарных марганцевых руд.

На территории России крупных разрабатываемых месторождений марганца нет. Числящиеся на настоящее время на государственном балансе 15 месторождений имеют запасы около 148 млн. т. Руды представлены бедными и труднообогатимыми типами, залегающим в сложных горно технических условиях. Потребности металлургической и химической отраслей промышленности страны удовлетворяются в основном за счет ввоза товарных марганцевых руд с Украины, Грузии и Казахстана. В сложившейся в настоящее время экономической ситуации остро встает проблема создания собственной марганцеворудной базы в России за счет разработки более совершенных технологий обогащения карбонатных руд, а также ввода в освоение ряда месторождений различного генезиса. В последнее время начата Тыньинского, Парнокского, Дурновского, Николаевского, Громовского месторождений, из которых в 1996-1997 гг. добыто порядка 300 тыс. т. марганцевой руды.

1.1 Основные минералы марганцевых руд

Важнейшими промышленными являются оксиды: пиролюзит, браунит, гаусманит, псиломелан и манганит. Карбонаты и силикаты марганца, как источники марганца, играют второстепенную роль. Это обусловлено как низким содержанием и сложностью извлечения из них марганца, так и трудной обогатимостью таких руд.

Таблица 1. Главные минералы марганцевых руд

Минералы	Химическая формула	Содержание Mn, %
Пиролюзит	MnO2	60-63,2
Гаусманит	Mn3O4	72,0
Браунит	3Mn2O3MnSiO3	60-69,5
Псиломелан	(Ba, Mn2+)3O16(OH)6 ·* nH2O	45-60
Якобсит	MnFe2O4	50-55
Манганит	MnOOH	62,5
Вернадит	MnO2 nH2O	44-52
Тодорокит	(K, Ca, Mn2+) (Mn4+, Mn2+, Mg)6O12 * 3H2O	47-54
Родохрозит	MnCO3	47,8
Алабандин	MnS	60,4
Галоксит	MnAl2O4	50,5-52,3
Родонит	CaMnSi3O18	32-43
Рансьеит	(Ca, Mn2+)O9 ·* 3H2O	43-50
Бустамит	(Сa, Mn)3(Si3O9) Fe, Mg, Zn	12-20



2. Области применения

В мировом потреблении металлов марганец занимает четвертое место после железа, алюминия и меди. Ежегодно в мире производится около 7-7,5 млн. т этого металла. Как известно, основным потребителем марганцевых руд является черная металлургия, в которой используется до 90 % производимого товарного марганца. Вместе с тем растут объемы потребления этого металла в других сферах его применения. В черной металлургии марганец используется в качестве десульфуризатора для перевода серы в шлак. Также марганец способствует образованию жидких шлаков, что позволяет отделять металл в конце плавки, и восстанавливает окислы железа, связывая находящийся в расплаве кислород. В присутствии марганца повышается прочность стали, сохраняется ее пластичность и устойчивость к окислению в условиях высоких температур. Обычно содержание марганца в стальной продукции общего назначения колеблется от 0,25 до 0,8 %. Некоторые сорта стали с повышенным (до 1 %) содержанием марганца, обладающие особой прочностью и устойчивостью к стиранию, используются для изготовления деталей, подвергающихся высоким нагрузкам: дисков, поршней, шестерен и т.д. В марганцовистых сортах легированной стали содержание марганца колеблется от 1,2 до 1,8 %, что дополнительно повышает сопротивляемость к стиранию и увеличивает свариваемость; из них изготавливаются оси транспортных средств, коленчатые и карданные валы, арматурные конструкции. Структура выпускаемых ферросплавов за последние годы претерпела некоторые изменения. В 1991-1993 гг. повысился спрос на низкоуглеродистый ферромарганец и силикомарганец. Причиной для этого стало стремление высокоразвитых стран перейти на более эффективные и экологически чистые технологии производства стали, в частности, на электрометаллургическую и кислородно-конвертерную выплавку. Производители марганцевого сырья, в свою очередь, переориентировали производство применительно к новым условиям. Некоторые страны начали сокращать экспорт марганцевых руд и расширять мощности по выпуску марганцевых сплавов как более дорогостоящих продуктов (Бразилия, ЮАР); другие стали снижать производство высокоуглеродистого ферромарганца и перепрофилировать предприятия на выпуск средне- и низкоуглеродистого ферромарганца и силикомарганца (Индия, Китай, Австралия). Исходя из данных табл. 4, если в 1997 г. доля силикомарганца в общем выпуске марганцевых ферросплавов составляла 20 %, то в 2001 г. она достигла 47 %. Китай наращивал выпуск ферросплавов, главным образом, за счет силикомарганца (в 1998 г. - 639 тыс. т, в 2001 г. - 950 тыс. т).

Важной сферой применения марганца является производство сплавов на основе цветных металлов, главным образом алюминиевых и медных. В 2001 г. в США было потреблено 16,1 тыс. т металлического марганца для изготовления сплавов цветных металлов, причем 85 % этого объема использовались при изготовлении алюминиевых сплавов. Марганец добавляют в алюминиевые сплавы для повышения коррозионной стойкости. Эти сплавы содержат небольшие количества железа и кремния, которые имеют электролитический потенциал гораздо менее электроотрицательный, чем алюминий. Марганец связывает железо и кремний в интерметаллические соединения, имеющие электролитические потенциалы, близкие к алюминию, тем самым устраняя условия для появления коррозии. Для примера в табл. 6 указан химический состав сплавов, выпускаемых корпорацией Alcoa. Эти сплавы имеют прочность, близкую к стальной, обладают высокой коррозионной стойкостью. Их используют в производстве картерных двигателей, соединительных штоков для бензиновых моторов. Сплавы системы алюминий-марганец АМц (1,0-1,6 % Mn) и АМц 1 (2,0-4,5 % Mn) отличаются от алюминия более высокой прочностью и сохраняют высокую пластичность. Их характерными свойствами являются высокая коррозионная стойкость и хорошая свариваемость. Теплопроводность и электропроводность этих сплавов значительно ниже, чем у алюминия. Из сплава АМц изготовляют сварные баки, бензо- и маслопроводы, радиаторы для тракторов и автомашин. Сплав АМц 1 применяют в строительстве, транспорте, а также электротехнической промышленности для чувствительных элементов тахометров. Самой значимой областью применения алюминиевых сплавов, легированных марганцем, является выпуск банок для напитков. Фирма Alcan производит сплавы, содержащие 0,3 % марганца, которые используются при изготовлении банок для напитков, мягких трубок, бутылок, напорных баков, огнетушителей и упаковочной тары. Сплав, содержащий 72 % марганца, 18 % меди и 10 % никеля, имеет высокий коэффициент термического расширения, демпфирующую способность и используется в приборах температурного контроля автомобилей. Сплав, называемый "Manifor" и состоящий из 60 % меди, 20 % марганца и 20 % никеля, применяется в часовой промышленности для производства миниатюрных частей. Он обладает высокой коррозионной стойкостью по отношению ко многим средам, однако недостаточной для изготовления часов высокого качества, где применяется дополнительная антикоррозионная защита деталей из этого сплава.

Самой важной неметаллургической областью применения марганца в форме его диоксида является производство химических источников тока, на которое приходится 200-250 тыс. т марганца в год. В 1996 г. доля щелочных батареек на потребительском рынке батареек США достигла 80 %, а в Японии - 60 %. С середины 90-х годов спрос на электролитический диоксид марганца (ЭДМ) со стороны продуцентов щелочных и литий-ионных батарей, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, ежегодно возрастал примерно на 5 %. При этом сократилось использование природного диоксида марганца (ПДМ) в производстве цинк-углеродных и цинк-марганцевых аккумуляторных батарей. Химический диоксид марганца (ХДМ), хотя и в меньших масштабах, также потребляется на рынке аккумуляторных батарей, в основном для батарей с более низкими характеристиками.

3. Геолого-промышленные типы месторождений марганца

Промышленные типы месторождений марганцевых руд представлены: морскими осадочными и вулканогенно (гидротермально)-осадочными, метаморфизованными и гипергенными, а также месторождениями железомарганцевых образований (конкреции, корки) дна морей и океанов (табл. 2). Осадочные морские месторождения имеют наибольшее промышленное значение, в них сосредоточено более 80 % мировых запасов марганцевых руд. Типичными представителями этого типа месторождений являются Никопольское, Большетокмакское (Украина), Чиатурское (Грузия), Варненское (Болгария), локализованные в песчано-глинистых отложениях нижнего олигоцена и образующие крупнейшую Причерноморскую провинцию. В России к данному типу относится Северо-Уральская группа месторождений (Марсятское, Тыньинское, Березовское и др.).

Месторождения представляют собой полого залегающие пластовые залежи, состоящие из одного или нескольких (до 25) пластово-линзовидных тел, переслаивающихся со слоями безрудных пород. Мощность рудных прослоев колеблется от 0,1 до 4 м, а рудных залежей - до 11 м (Чиатурское). Общая латеральная протяженность рудных районов достигает 200-250 км (Южная Украина, Зауралье). В составе руд широкое развитие имеют оксидные, оксидно-карбонатные и карбонатные разновидности, последовательно сменяющие друг друга в направлении выклинивания.

Вулканогенно (гидротермально) - осадочные месторождения локализуются в составе вулканогенно-осадочных формаций, которые отвечают различным стадиям геосинклинального развития складчатых зон и отличаются друг от друга вещественным составом рудовмещающих пород, соотношением вулканической и осадочной составляющих парагенезисов. На территории СНГ наиболее важное промышленное значение имеет вулканическая формация. Рудные залежи имеют форму линз, пластовых тел различной мощности и протяженности, которые залегают согласно с вмещающими породами. Руды месторождений в разной степени изменены под влиянием регионального метаморфизма, в связи с чем нередко имеют сложный минеральный состав. Главными минералами руд являются оксиды марганца (гаусманит и браунит). В ряде месторождений присутствуют силикаты марганца (родонит, бустамит, спессартин). Марганцевые руды нередко ассоциируют с рудами других металлов: железными - Магнитогорская группа месторождений (Россия), железными и полиметаллическими - Атасуйская группа месторождений (Казахстан).

Метаморфогенные месторождения связаны с марганецсодержащими силикатными породами - гондитами и итабиритами, заключающими в себе прослои и линзы марганцевых руд, характеризующихся большим разнообразием марганецсодержащих минералов, среди которых преобладают оксиды (браунит, гаусманит), карбонаты (родохрозит, манганокальцит) и силикаты (родонит, бустамит). Рудные толщи имеют значительную суммарную мощность и протяженность (десятки километров). Наиболее крупные марганцеворудные объекты такого типа известны в ЮАР, Индии и Бразилии. В России с гондитовой формацией связано Утхумское проявление в Саянах. марганцевая месторождение поисковое прогнозирование

Месторождения выветривания (гипергенные) образуются в зоне гипергенеза первичных марганцевых руд и марганценосных пород, содержащих минералы марганца низших валентностей - карбонаты, силикаты, оксиды (браунит, гаусманит). Значительные по запасам месторождения этого типа известны в Западной Африке, Южной Америке, Индии. Месторождения представляют собой серии пластов и линз пиролюзит-псиломелановых высококачественных руд. На территории России собственно гипергенных месторождений нет, а руды зоны гипергенеза проявлены на всех месторождениях марганца и связаны преимущественно с мезозойско-кайнозойскими корами выветривания (Усинское, Парнокское, Дурновское, Николаевское, Мазульское и др.) и, порой, определяют промышленную ценность месторождения (Порожинское).

Таблица 2. Промышленные типы месторождений марганца и основные типы руд

Промышленный тип месторождений	Рудно-формационный тип месторождений	Природный (минеральный) тип руд	Среднее содержание Mn, % (попутные полезные компоненты)	Промышленный (технологический) тип руд	Примеры месторождений (проявлений)
Осадочные морские	Пластовый в осадочных (терригенных) породах	Родохрозитовый	16-48	Металлургический марганцевый карбонатный (сортировочный, гравитационно-магнитный)	Новоберезовское
		Пиролюзит-псиломелановый	26-50	Химический марганцевый пероксидный (сортировочный, гравитационно-магнитный)	Чиатурское (Грузия)
Вулканоген-но (гидротермально)-осадочные	Пласто- и линзообразный в вулканогенно-осадочных породах	Родохрозитовый с манганокальцитом	16-32	Металлургический марганцевый карбонатный (сортировочный, гравитационномагнитный)	Усинское, Порожинское
		Гематит-гаусманит-браунитовый	16-35	Металлургический марганцевый оксидный (сортировочный, гравитационно-магнитный)	Дурновское
		Браунит-гаусманит-магнетитовый с родохрозтом	20-35	То же	Южно-Хинганское
Метаморфогенные	Пласто- и линзообразный в метаморфических породах	Гаусманит-пиролюзит-родохрозитовый	12-28	Металлургический марганцевый оксидно-карбонатный (гравитационно-магнитный)	Парнокское
Выветривания (гиперген-ные)	Плаще- и линзообразный в корах выветривания месторождений и марганцевосодержащих пород	Пиролюзит-псиломелан-криптомелановый с гётитом и гидрогётитом	15-45	Металлургический марганцевый оксидный (сортировочный, гравитационно-(магнитный)	Николаевское
		Гётит-вернадит-псиломелановый	16-28	То же	Шунгулешское (проявление)
		Пиролюзит-псиломелановый	26-37	"	Кипчакское (проявление)
		Псиломелан-вернадитовый	25-30	"	Усинское
		Вернадит-псиломелан-пиролюзитовый	15-28	Металлургический марганцевый оксидный (промывочный, сортировочный, гравитационно-магнитный)	Порожинское
		Пиролюзит-псиломелановый	10-19	Металлургический марганцевый оксидный (сортировочный, гравитационно-магнитный)	Громовское
Диагенетически-седиментационные в современных осадках	Плащеобразный	Кобальт-железо-марганцевые конкреции и корки	20-30 (Fe, Co, Ni, Cu)	Металлургический, химический кобальт-марганцевый оксидный (гидрометаллургический)	Абиссальные равнины дна океанов (ЖМК) и подводные горы и поднятия (КМК)
		Железомарганцевые конкреции и корки	5-30 (Fe)	Металлургический, железомарганцевый оксидный (гидрометаллургический)	Шельф Финского залива

Скопления железомарганцевых образований на дне морей и океанов относятся к перспективным комплексным месторождениям, образующимся в процессе седиментации и диагенеза современных осадков. По условиям образования среди них выделяются глубоководные и мелководные. Железомарганцевые конкреции (ЖМК) и кобальтомарганцевые корки (КМК) встречаются во всех океанах.

ЖМК сосредоточены на абиссальных долинах океанов преимущественно на глубинах 4800-5500 м. Подавляющее число рудных полей расположено в Тихом океане, особенно в зоне Кларион - Клиппертон. (1500ґ2000 км). Плотность залегания конкреций (их масса, приходящаяся на 1 м 2 дна) варьируется в широких пределах, редко превышая 30 кг/м 2.

Залежи конкреций являются комплексными месторождениями Mn, Ni, Co и Cu. Диаметр конкреций составляет 0,1-n · 10 см., преимущественно - 3-7 см. Конкреции содержат (%): Mn 25-30; Fe 6-12; Ni 1-2; Co 0,2-1,5; Cu 1-1,5; Р 0,5-1; в качестве примесей в них обнаружены Mo, РЗЭ, V, платиноиды, Au и другие компоненты.

Потенциальный интерес представляют кобальтомарганцевые, конкреционно-корковые образования Мирового океана, известные на подводных горах и океанических поднятиях на глубинах от 300 до 4000 м, где они нередко образуют покрытия мощностью от нескольких миллиметров до 10 см на коренных породах или уплотненных осадках. Корки сложены гидроксидами Fe и содержат Mn, Co, Ni, Cu и Р.

Железомарганцевые конкреции* (ЖМК) на дне Финского залива Балтийского моря являются новым видом минерального сырья, использование которого обусловлено острым дефицитом в России марганецсодержащих руд. Целенаправленно руды начали изучаться только с 1999 г.

ЖМК залегают непосредственно на поверхности морского дна и образуют залежи относительно небольших (3-15 км) размеров на глубине 10-90 м. В составе конкреций гидроксиды и оксиды марганца составляют 65-70 % общей массы рудного вещества, гидроксиды железа 30-35 %. Содержания Mn в ЖМК колеблется от 5 до 30 %, Fe 5-30 %, Р 1-5 %, органического вещества 7,5-24 % при среднем 11,5 %.

Залежи шельфовых ЖМК Финского залива значительно отличаются от известных залежей глубоководных океанических ЖМК по морфологии пластов, условиям формирования и залегания, минеральному и химическому составу конкреций, технологии их добычи и переработки. Шельфовые ЖМК в отличие от глубоководных могут рассматриваться исключительно как марганцевая руда. По минеральному составу марганцевые руды разделяются на оксидные, карбонатные и смешанные. Наибольшее промышленное значение имеют оксидные руды, в которых главными рудными минералами являются оксиды и гидроксиды марганца (пиролюзит, псиломелан, якобсит, манганит, браунит, гаусманит и др). Оксидные руды включают окисные (первичные пиролюзит, псиломелан, манганит, браунит, якобсит и др.) и окисленные - развивающиеся в коре выветривания главным образом карбонатных руд (пиролюзит, псиломелан, вернадит, тодорокит, криптомелан). За рубежом наибольшее промышленное значение имеют окисные (пероксидные - пиролюзитовые, нсутитовые) руды (Mn 50±8 %) низкофосфористые (P 0,04-0,08 %), как правило используемые без обогащения. Окисные руды интенсивно используются промышленностью, так как отличаются высоким содержанием марганца, легко обогащаются путем простого грохочения и служат высококачественным сырьем, пригодным для химической промышленности и производства стандартных марок ферромарганца. В России крупные и среднего масштаба месторождения окисных руд отсутствуют. Руды мелких месторождений бедные и среднего качества (15-37 % Mn), хрупкие, при дроблении склонные к переизмельчению и, как следствие, - к потерям наиболее ценных минералов со шламами.

Среди руд этого типа выделяют пероксидные, отличающиеся преимущественно пиролюзитовым минеральным составом. В качестве критерия для отнесения марганцевых руд к пероксидным используют коэффициент пероксидности - отношение содержания диоксида марганца к содержанию общего марганца (К = МnО 2/Мn): руды относятся к пероксидным, если коэффициент пероксидности ? 1,3 при содержании МnО 2 ? 41,8 %. Пероксидные руды Грузии (Чиатурское месторождение) бедные (26 % Mn) - единственные в СНГ, из которых обогащением получают высококачественные пиролюзитовые концентраты.

Несколько особняком стоят оксидные руды ЖМК и КМК дна морей и океанов. Руды являются природно-легированными и могут широко использоваться в черной металлургии: при содержании Mn 10-35 % - для получения зеркального чугуна, при 5-10 % - для производства марганцовистого чугуна. Это процесс прямого легирования, который медленно, но внедряется на заводах России. Считается, что при содержании Mn в железной руде больше 15 % расходы энергоносителей превышают необходимый экономический эффект (руды трудно плавятся), но процесс прямого легирования приводит к значительной экономии дорогих марганцевых сплавов.

Карбонатные руды сложены преимущественно карбонатами марганца: родохрозитом, манганокальцитом, марганцовистым кальцитом. Руды при относительно низких содержаниях марганца (не превышает 20-25 %) и относительно высоком содержании фосфора характеризуются трудной обогатимостью и высокой себестоимостью концентратов, однако в связи с сокращением запасов оксидных руд и поиском прогрессивных технологий переработки доля их в производстве марганца будет неуклонно возрастать.

Смешанные руды являются переходным типом между оксидными и карбонатными. Их химический состав зависит от количественного соотношения оксидов (манганита, пиролюзита, псиломелана) и карбонатов марганца (манганокальцита, родохрозита), в соответствии с которым выделяются железомарганцевые, карбонатно-силикатные, оксидно-силикатные, оксидно-силикатно-карбонатные и др. Наиболее ярко они проявлены на Большетокмакском месторождении Украины, где обогащением выделяют селективные продукты - оксидных и карбонатных минеральных типов, которые в дальнейшем подвергаются глубокому обогащению с получением товарных продуктов.

Карбонатно-силикатные, оксидно-силикатные, оксидно-силикатно-карбонатные смешанные руды могут представлять промышленный интерес при условии небольшого количества силикатов марганца и пониженного содержания фосфора. Промышленная технология обогащения карбонатно-силикатных руд с получением товарных ликвидных продуктов разработана только в Австралии: для реализации Са-Si-Mn промпродукт (32-37 % Мn) облагораживается подшихтовкой родохрозитовыми или пиролюзит-псиломелановыми богатыми концентратами. Кроме марганца в рудах может присутствовать железо, количество которого иногда значительно. По соотношению этих элементов выделяются: а) железомарганцевые руды, в которых оба металла находятся в существенных количествах, часто при преобладании железа (Mn/Fe ? 1);

б) марганцовистые железные руды (с содержанием марганца 5-10 %). Из-за тесного срастания этих минералов руды относятся к труднообогатимым.

Браунит-гаусманитовые руды образуются при слабом метаморфизме осадочных месторождений. Они представляют значительный промышленный интерес, но не образуют крупных месторождений и добываются в небольшом количестве. В качестве примеси в рудах присутствуют оксиды железа, карбонаты марганца. Руды характеризуются вкрапленными, массивными, слоистыми текстурами, при обогащении переизмельчаются, концентраты требуют брикетирования.

В марганцевых рудах нередко присутствуют вольфрам, никель, кобальт, золото, серебро, цинк, свинец, таллий, барий, бор, фосфор. Последний является вредной примесью, к содержанию его в концентрате предъявляются жесткие требования. Золото мелкое и тонкое, находится в свободном состоянии и может быть выделено механическими способами. Анализ геологических материалов показал, что в окисленных рудах марганца всех месторождений России и СНГ содержится значимое количество золота (до 300 мг/т); при содержании более 80 мг/т извлекаемого золота процесс становится экономически рентабельным.

Фосфор связан с минералами марганца, железа и апатитом: в последнем случае при обогащении выделяется промпродукт с содержанием до 30 % Р 2О 5, из минералов марганца и железа фосфор извлекается выщелачиванием.

Вольфрам представлен собственными минералами (вольфрамит, гюбнерит, шеелит) и выделяется в собственный промпродукт. Никель, кобальт и другие цветные металлы могут быть выделены выщелачиванием. В США (цинковое месторождение Франклин, штат Нью-Джерси) марганец и железо выделяют из франклинитовых руд (франклинит - (Fe, Mn, Zn)О (Fe, Mn)2О 3). Из руды цинк выделяется дисцилляцией, осадок содержит до 15 % Мn и около 40 % Fe, используемого для производства зеркального чугуна.



4. Ресурсы и запасы марганцевых руд на территории Российской Федерации

Балансовые запасы марганцевых руд России насчитывают 231,2 млн. т, из них разведанные (категорий А+В+С 1) - 137,5 млн. т, или 2,7 % мировых запасов. Имеются и перспективы расширения минерально-сырьевой базы - прогнозные ресурсы марганцевых руд Российской Федерации значительны, они составляют 1120,2 млн. т, что позволяет стране входить в десятку ведущих стран ресурсодержателей. Основная часть прогнозных ресурсов и запасов марганцевых руд сосредоточена в Сибирском регионе: в Красноярском крае, Иркутской, Кемеровской областях, в Республике Алтай, где они представлены вулканогенно-осадочным геолого-промышленным типом и корами выветривания линейного типа, развитыми по первичным рудам. Здесь же разведаны два месторождения, которые могут быть отнесены к крупным; остальные российские объект-средние и мелкие.

Рисунок 1 - Марганцевоносные провинции и районы, их ресурсный потенциал (млн. т), доля в запасах РФ (%) и основные месторождения

В Алтае-Саянской металлогенической провинции сосредоточено более половины балансовых запасов страны, практически все - в крупном Усинском месторождении в Кемеровской области. Месторождение сложено в основном карбонатными рудами, содержащими в среднем 19,7 % марганца; 5 % запасов объекта составляют окисленные руды, содержание марганца в которых достигает 25,57 %. Мелкое Дурновское месторождение окисленных марганцевых руд, находящееся в той же провинции и заключающее 0,2 % запасов РФ, разрабатывается. Крупное Порожинское месторождение (Красноярский край) расположено в пределах Енисейско-Восточно-Саянской металлогенической провинции, в нем заключено 12,7 % запасов страны. Оно представлено преимущественно окисленными рудами со средним содержанием марганца 18,8 %. Остальные месторождения провинции мелкие, суммарно в них заключено менее 5 % запасов марганцевых руд; одно из них - Мазульское - разрабатывается. Перспективы прироста запасов марганцевых руд в Сибирском регионе весьма существенны, здесь сосредоточена значительная часть российских прогнозных ресурсов категории Р 1: в Алтае-Саянской провинции - почти 42 % (96,6 млн. т), в Енисейско-Восточно-Саянской - 42,4 % (97,8 млн. т). Кроме того, ресурсы категории Р 1 выявлены в Малохинганском рудном районе в Еврейской АО (почти 11 % суммарных). Объекты Малохинганского рудного района представляют собой месторождения оксидных и оксидно-карбонатных марганцевых и железомарганцевых руд в метаморфических породах, с подчиненным количеством окисленных в гипергенных условиях разностей. Средние содержания марганца в них составляют 11,3-21,6 %. Самое крупное в районе Южно-Хинганское месторождение заключает 3,9 % российских запасов.



Рисунок 2 - Основные месторождения марганцевых руд и распределение их балансовых запасов по субъектам РФ, млн. т.

Государственным балансом учитывается 28 месторождений марганцевых руд, в числе которых четыре месторождения железомарганцевых конкреций (ЖМК) на шельфе Финского залива Балтийского моря. Запасы Биджанского (Еврейская автономная область) и Селезеньского (Кемеровская область) месторождений относятся к забалансовым. В 2009 г. впервые поставлены на учет в Государственном балансе запасов РФ месторождения Трехгранное (Челябинская область) и Каменское (Иркутская область). В распределенном фонде недр РФ находится двенадцать объектов. Месторождения, числящиеся в нераспределенном фонде, по количеству запасов относятся к средним и мелким. Оба крупных месторождения марганцевых руд России: Усинское в Кемеровской области и Порожинское в Красноярском крае - подготавливаются к освоению. Работы на Порожинском ведет компания ООО "Туруханский меридиан"; она планирует ввести его в эксплуатацию в 2013-2014 гг. Компания ЗАО "ЧЕК-СУ.ВК" в 2009 г. Занималась проектированием горно-обогатительного комбината и сопутствующих объектов инфраструктуры на Усинском месторождении; добыча на нем должна начаться в 2012-2013 г.



5. Методика поисков и разведки месторождений марганцевых руд

Основными методами поисков и разведки месторождений марганцевых руд являются:

Гравитационный метод широко используется при геологических исследованиях самого разнообразного характера и масштаба и при поисках различных полезных ископаемых. Велико значение метода при поисках рудных месторождений. Круг геологических задач.

Гравитационным методом, весьма широк, а по мере развития методики и техники непрерывно расширяется. В этом отношении гравиразведка является самым универсальным методом среди других методов разведочной геофизики. При поисках и разведке различных металлических полезных ископаемых гравиразведка обычно применяется вместе с магниторазведкой, электроразведкой, металлометрией.

Магниторазведка применяется на всех этапах геологических работ - от мелкомасштабного геологического картирования до разведки месторождений. Обычно магниторазведка комплексируется с другими геофизическими методами, выбор и последовательность применения которых определяются поставленными геологическими задачами. Месторождения черных металлов чрезвычайно разнообразны по типу руд, морфологии и условиям залегания рудных тел. Различны они и по физическим свойствам руд, в том числе и магнитным. Все это определяет неодинаковые возможности применения магниторазведки при поисках месторождений данного типа.

Моря и океаны - огромные вместилища различных полезных ископаемых: руд золота, олова, железа, марганца, хрома, никеля, кобальта, меди, фосфора, нефти, газа. Они заключены в донных осадках и в коренных породах. В настоящее время основными объектами исследований являются осадки в пределах береговой зоны суши и мелководной зоны шельфа.

К техническим методам поисков относятся такие приемы обнаружения полезных ископаемых, при которых горно-буровые работы приобретают самостоятельное (профилирующее) значение. Горные и буровые работы используются почти всегда и на всех стадиях геологоразведочного процесса. Это, прежде всего, расчистки, закопушки, шурфы и канавы, проходка которых осуществляется для создания искусственных обнажений коренных пород при геологической съемке и поисках в районах с небольшой мощностью рыхлых отложений. Они же широко применяются при изучении шлиховых и геохимических ореолов рассеяния, проверке геохимических аномалий, а также для вскрытия рудных тел, их оконтуривания и опробования с целью оценки промышленных перспектив оруденения. С этими же целями в районах с большой мощностью наносов используются картировочные и поисково-структурные скважины.

5.1 Критерии поискового прогнозирования марганцевых руд

1. Главное отличие марганцеворудного процесса от всех других и неожиданная для большинства его исследователей особенность заключается в том, что истинные растворы марганца не стареют и они подвижны.

Сульфидные (сероводородные) растворы марганца не остаются в жестко фиксированной позиции на всем протяжении геологических времен и, если вызванная тектонической обстановкой принудительная миграция тяжелых растворов не встречает на своем пути мелководные аэрирующие препятствия, то весь накопленный в этих водах марганценосный потенциал (миллиарды тонн) способен целиком и без большой для себя утраты медленно перемещаться из котловины в котловину, из впадины во впадину, из синеклизы в синеклизу.

2. В цепи марганцевого рудогенеза на континенте различаются пространственная и временная составляющие, главное направление и побочные.

Звеньями этой цепи в пространстве являются застойные впадины внутренних водоемов геосинклиналей, передовых прогибов и синеклиз. Каждое такое звено может содержать промышленное месторождение марганца в том борту депрессии, который обращен в сторону более древней подготовительной впадины. В Уральском регионе можно различить широтное направление смещения марганцевого рудообразования - из внутренних водоемов в краевые прогибы и меридиональное - от Новой Земли до Прикаспийской впадины и Тургайского прогиба.

Главным направлением течения марганцеворудного процесса во времени является постепенное увеличение запасов растворенного металла в более поздних подготовительных бассейнах, обусловленное слиянием растворов из многочисленных разновременных впадин замыкающейся гео­син­кли­нали в стабильные и крупные депрессии краевых прогибов и платформ.

3. Континентальный марганцеворудный процесс начинается в геосинклиналях, а завершается на окраинах платформ. В нестабильных условиях геосинклиналей марганцеворудный процесс не приводит к образованию крупных месторождений, поскольку в небольших водоемах проливного типа запасы металла в растворах невелики, а смещение щелочного барьера под напором вод пролива снижает его эффективность. Сказывается и недостаток нейтрализатора - щелочных вод встречной трансгрессии, поэтому рудные образования водоемов проливного типа не концентрируются в форме компактных залежей, а вытягиваются в направлении течения рудоносных растворов на многие десятки километров (Зианчуринская группа).

На окраине платформы колоссальные запасы металла, накопленные в сероводородных котловинах стабильных синеклиз, разгружаются в малоподвижные воды океанического шельфа и почти полностью нейтрализуются их щелочами, что приводит к образованию крупных и очень крупных месторождений (Грут-Эйланд, Моанда, Никополь).

На окраине континента марганцеворудный процесс не прекращается, он лишь трансформируется в океаническое конкрециеобразование.

4. Образованию месторождения марганца всегда предшествует геократический режим обширного внутриконтинентального бассейна, продолжительность которого исчисляется геологическими веками, эпохами, периодами и, иногда - эрой.

Только продолжительное накопление марганца в анаэробной восстановительной обстановке обеспечивает необходимое исходное условие образования промышленного месторождения.

5. Марганцеворудный процесс дискретен и непрерывен одновременно, поскольку продолжительная аккумуляция металла в зонах аноксий лишь на короткое время прерывается выпадением его из растворов в окислительных условиях.

Каждая некомпенсированная впадина рудоотложения со временем превращается в подготовительный бассейн для последующих эпох рудообразования, поэтому от любого звена рудогенеза можно проследить всю цепь, как в геологическое прошлое, так и в будущее.

6. Марганец осаждается в результате строго определенного сочетания случайных геологических событий и закономерных изменений физико-химических параметров водной среды:

- выщелачивание марганца из горных пород с кларковым его содержанием,

- сепарация (освобождение от элементов-спутников) на путях миграции в процессе эфемерного рудоотложения (Н.М. Страхов, А.Г. Бетехтин, В.И. Грязнов и др.),

- продолжительная аккумуляция в анаэробной зоне системы подготовительных бассейнов (В.В. Мокиевская, Б.А. Скопинцев, Д.Г. Сапожников и др.),

- окисление сульфидных вод в процессе регрессии, аэрации, распада и разгрузки через про­ливы последнего в цепи рудогенеза подготовительного водоема;

- формирование кислых растворов с высокими концентрациями марганца,

- нейтрализация кислых растворов в слабощелочных водах бассейна рудной садки,

- коллоидная концен­трация и сорбция золей взвесями терригенного и вулканического происхождения,

- седиментация коагелей в неспокойной обстановке авандельты,

- перемещение и захоронение рудного осадка,

- дегидратация и диагенез,

- гипергенез в окислительной и восстановительной обстановке.

Никакое иное сочетание перечисленных явлений не приводит к образованию значительных скоплений марганца, поэтому промышленным типом его месторождений может быть только один осадочный.

7. Чем менее длительными были фазы сепарации и аккумуляции марганца, тем более железистыми будут руды, в этом заключается главное отличие месторождений, формировавшихся в неспокойных ус­ловиях геосинклиналей, от месторождений краевых прогибов и наложенных впадин платформ.

Поэтому большое число считающихся вулканогенными месторождений нужно вернуть в перечень осадочных, вне зависимости от количества вулканогенного компонента в рудах основное количество металла этих месторождений имеет все же аккумулятивное происхождение подготовительной стадии и поэтому же поиски "марганценосных" вулканов и разломов бесперспективны, а выявление черноцветных разрезов подготовительных сероводородных котловин и связанных с ними наложенных впадин продуктивно.

8. Наиболее полное и эффективное завершение конечных стадий аккумуляции марганца и седиментации руд приходится на время существенной аридизации климата, что объясняется уменьшением растворимости кислорода и соответствующим увеличением объема анаэробной зоны, а также увеличением концентраций растворимых солей, которые в подготовительном водоеме повышают растворимость соединений марганца, а в бассейне рудной садки способствуют их дегидратации.

По­этому присутствие в регионе более поздних осадков галогенной формации, замещающей марганцевый рудогенез подготовительного бассейна, нужно считать положительным поисковым критерием.

9. Промышленные месторождения марганцевых руд обязаны своим происхождением регрессии подготовительного водоема, которая происходит одновременно с тектоническим заложением крупной впадины, принимающей через мелководные проливы кислые марганецсодержащие воды подготовительного бассейна.

Поэтому все крупные месторождения окисных руд марганца залегают во флишах и молассах некомпенсированных впадин и приурочены к тем их бортам, которые примыкают к последним котловинам замыкающейся геосинклинали.

10. Одиночный пролив на безрудном этапе существования размывает свои же продуктивные отложения, а в системе проливов наиболее крупный из них (например, Днепровский), обладающий наибольшей скоростью эрозионного вреза, перехватывает сток вод у менее производительных (например, у Никопольского, Токмакского, Ингулецкого) и тем предохраняет их рудные осадки от размыва на пострудном этапе.

Поэтому месторождения марганца никогда не остаются в одиночестве, но всегда образуют группу марганцеворудного бассейна.

Необратимая разгрузка подготовительного бассейна может произойти только однажды вот почему необъяснимые на первый взгляд "вспышки" марганцевого рудогенеза (как и бокситорудного процесса) никогда не повторяются.

11. Главными геохимическими барьерами в марганцевом рудообразовании являются окислительный барьер в подготовительном водоеме и щелочной - в конечном бассейне рудной садки.

Эффективное действие окислительного барьера зависит от режима стока вод подготовительного бассейна через проливы, в которых завершается аэрация и окисление застойных вод, а повышенная скорость течения препятствует осаждению образующихся коагелей и дисперсоидов марганца.

Эффективность щелочного барьера определяется его контрастностью, т.е. перепадом рН кислых рудоносных вод пролива и нейтральных конечного бассейна рудоотложения.

12. Полное и необратимое подавление сероводородного заражения в подготовительном бассейне сопровождается окислением сульфидов до сульфатов, резким снижением рН водной среды, образованием ацидокомплексов марганца и повышением его концентраций на стратифицированном уровне водоема до многих десятков граммов на литр, что означает формирование молекулярного рудоносного раствора.

Формирование кислых рудоносных растворов в заключительной фазе химической эволюции вод континентального бассейна сопровождается садкой бескарбонатных глин "майкопского" облика, присутствие которых в кровле черноцветного разреза служит отличительным признаком подготовительного бассейна и может указывать на рудонакопление в нижестоящей некомпенсированной впадине. Признаком рудовмещающей структуры являются песчано-глинистые отложения зеленовато-серого цвета (с глауконитом) в переслаивании с оолитовыми известняками.

13. Приток кислых растворов марганца в нейтральные воды конечного бассейна сопровождается распадом комплексных соединений истинных растворов, коагуляцией, сорбированием рудного вещества взвесями твердого стока и седиментацией руд в авандельте пролива.

Местоположение погребенного палеопролива можно определить выявлением линейных понижений кровли дорудных образований в разделяющей водоемы структуре. Осадительным барьером физической аэрации может служить также любое мелководное препятствие на пути перетока тяжелых сероводородных вод подготовительного бассейна (литораль впадины, архипелаг островов, тектоническая ступень).

14. Седиментация первичноокисных руд завершается формированием промышленных залежей лишь при непременном и дозированном участии терригенного или вулканогенно-терригенного компонента, который обеспечивает сорбцию рудного вещества и предохраняет осадок от повтор­ного редуцирования в двухвалентную форму и растворения в восстановительных условиях донных отложений. Избыточное поступление обломочного материала влечет разубоживание руд, а недостаток сопровождается формированием бедных марганцем карбонатных отложений.

Поэтому залежи наиболее ценных окисных руд находятся в терригенных осадках и поэтому же промышленными считаются маломощные (0.5-1,0 м) слои пероксидов марганца, а не многометровые толщи убогих манганокальцитовых отложений.