Месторождения титановых и цирконовых руд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Месторождения титановых и цирконовых руд

Диоксид титана (TiO₂) в чистом виде в природе встречается редко. В большинстве случаев для получения TiO₂ служит минерал ильменит, по химическому составу представляющий собой метатитанат железа (FeTiO₃).

Диоксид титана - мелкодисперсный порошок белого цвета с желтоватым оттенком. Как природный, так и искусственный диоксид титана обнаруживает полиморфизм. Модификациями диоксида титана являются анатаз, брукит и рутил. Характеристики этих модификаций приведены в табл. 10.1.

При нагреве анатаз и брукит переходят в рутил. При переходе анатаза в рутил обычно происходит агрегирование частиц. Размер частиц увеличивается от 1-2 до 5-15 мкм.

Анатаз (TiO₂) - минерал химически устойчив. Цвет бурый, коричневый, черный. Блеск алмазный.

Встречается в пегматитах и кристаллических сланцах (хлоритовых, слюдяных). Хорошо образованные кристаллы наблюдаются на кварце в жилах альпийского типа на Северном Урале. Встречаются в Атлянских золотоносных россыпях на Южном Урале, около г. Миасс и в других местах.

цирконий титан месторождение руда

Свойства различных модификаций диоксида титана

Брукит (TiO₂). Цвет брукита желто- или красно-бурый до черного. Блеск алмазный. При прокаливании плотность его увеличивается и становится равной плотности рутила (очевидно, происходит перестройка кристаллической структуры). Превосходные кристаллы брукита встречаются в Атлянской золотоносной россыпи: близ г. Миасс и в жилах альпийского типа в ряде мест Урала.

Рутил (TiO₂) является наиболее устойчивой модификацией TiO₂ как при высоких, так и при низких температурах. Рутил образуется, главным образом, эндогенным путем при магматических, пегматитовых и гидротермальных процессах, а также при региональном и контактном метаморфизме и экзогенных процессах.

Происхождение магматогенное - в основных и щелочных изверженных породах. Метаморфическое - в гнейсах и сланцах. Гидротермальное - в кварцевых жилах и особенно жилах альпийского типа, где рутил образует отдельные кристаллы и друзы. Встречается в россыпях.

Кристаллы рутила - призматические, столбчатые до игольчатых. Часто на гранях кристаллов наблюдается шероховатость. Двойники обычно коленчатые. Сетчатые сростки двойников игольчатого рутила называются сагенитом. Цвет темно-желтый, бурый, красный, черный. Блеск алмазный, у непрозрачных черных разностей - металловидный.

Крупных скоплений рутил в природе не образует.

Рутил содержит 96-99% TiO₂. Наиболее обычные примеси FeO (до 1,4%), Nb₂O₅ (до 2,5%), Fe₂O₃ (до 6,7%).

Рутил наряду с ильменитом является важнейшим источником титана (60% Ti). Кроме того, из него извлекают Nb и Ta.

Рутил - акцессорный минерал гнейсов, кварцитов, эклогитов (Кутимское месторождение, Пермская область), наждаков. В полевошпат-слюдяных и кварц-слюдяных сланцах центрального Уралтау (Республика Башкортостан) обнаружены линзы и гнездообразные участки пород, содержащих до 50-60% рутила с мусковитом, полевым шпатом, кварцем, турмалином, названные рутилом.

Превосходные кристаллы рутила известны в жилах альпийского типа Приполярного Урала. Рутил и сагенит известны в россыпях по р. Каменке в Сысертском районе Свердловской области. Известны месторождения рутила в пегматитовых жилах Ильменских гор (Челябинская область). В настоящее время рутил изготавливается синтетически.

Рутил употребляется для выплавки ферротитана, применяемого в производстве некоторых стойких при ударе сортов стали, в керамике, в радиотехнике, для изготовления титановых белил и др.

Месторождения титановых руд расположены в основном на Южном Урале и представлены промышленными рудами титаномагнетита как коренного, так и россыпного залегания. Титановые месторождения выявлены в пегматитах Ильменских, Шишимских и Назямских гор (Челябинская область). В месторождениях Кусинско-Копанской группы при бортовом содержании 5% титана прогнзные ресурсы его в ильменитовых, титано-магнетитовых и ильменит-титаномагнетитовых рудах по категории Р₁ составляют сотни миллионов тонн. Наиболее ценные участки разведаны, запасы доведены до промышленных категорий или категории С₂. Установлены месторождения комплексных медно-ванадиево-титано-железных руд, в которых концентрат титана получается как побочный продукт (Куроямский, Погорельский массивы, массив Куйбас и многие другие). На ряде участков развиты первичные магматические метаморфогенные рутилоносные амфиболиты, эклогиты. Прогнозные ресурсы некоторых из них составляют более 100 млн. тонн (категория С₂). Крупные прогнозные ресурсы категории Р₃ связываются с массивами габбро на юго-востоке Челябинской области. Они еще требуют изучения. Остаточные скопления титана отмечены в корах выветривания диабазовых порфиритов в Каменском районе, в коре плагиогранитов на Большом Романовском прииске около г. Челябинска. Россыпи минералов титана установлены на западе в Челябинской области, в районе Атляна, в Яумбаевском рудоуправлении, в бокситовых месторождениях, в угленосных отложениях Полтаво-Брединского района. Россыпи титана известны в районе Кусинско-Копанской группы месторождений.

Прогнозные ресурсы разных россыпей от сотен тысяч до нескольких миллионов тонн диоксида титана. В титаноциркониевых россыпях титан сосредоточен в свободном ильмените, рутиле и выделение его не представляет сложности.

Ильменит - титанопористый железняк (FeTiO₃). Является важной титановой рудой. Слабо магнитен. Твердость 5-6 (по Моосу). Хрупок. Плотность 4,72-5,0 г/см³. Служит основным источником получения различных соединений титана - сплава ферротитана, диоксида титана, четыреххлористого титана. Кристаллы ильменита известны в пегматитах нифелиновых сиенитов Ильменских гор, в магнезитовых жилах Сатки.

Химический состав (%): Fe - 36,8; Ti - 31,6; в качестве изоморфных примесей может содержать Mg, нередко в значительных количествах (пикроильменит), иногда Mn (до нескольких%). Существует непрерывный изоморфный ряд FeTiO₃-МgTiO₃ и, вероятно, ряд FeTiO₃-МnTiO₃. Цвет ильменита железисто-черный или стально-серый. Блеск полуметаллический. Непрозрачен.

Перовскит (CaTiO₃). Это минерал, представляющий собой соединение диоксида титана с основным оксидом. Твердость 5,5-6 (по Моосу). Блеск алмазный. Плотность 3,97-4,04 г./см³.

Перовскит встречается в некоторых магматических горных породах, в контактных известняках, а также в титанистых доменных шлаках. Крупных скоплений он обычно не образует. Самостоятельного практического значения не имеет.

Известны месторождения перовскита в ряде районов Урала (Сарановское хромитовое месторождение, Назямские и Шишимские горы и др.).

Титанит (сфен) - минерал, являющийся силикатом кальция и титана CaTiO[SiO₄]. Встречается в виде отдельных кристаллов, вросших в породу, или в виде друз по трещинам. Иногда образует зернистые агрегаты. Часто наблюдаются двойники. В качестве вторичного минерала титанит образуется по ильмениту и другим титансодержащим минералам в пегматитах (каемки толщиной до нескольких сантиметров вокруг выделений ильменита в Ильменских, Вишневых, Назямских и Шишимских горах).

В Ильменских горах сфен различных генераций встречается главным образом в сиенитовых и нефелин-сиенитовых пегматитах. В Назямских и Шишимских горах сфен встречается в контактовых образованиях на границе габбро и амфиболитов с известняками. Титанитовые месторождения найдены на хр. Бырранга (Таймыр).

Химический состав титанита (%): CaO - 28,6; SiO₂ - 30,6; TiO₂ - 40,8. Нередко устанавливаются примеси FeO (до 6%), иногда MnO (до 3%), MgO, Fe₂O₃, Al₂O₃ (до 12%), (Y, Ce)₂О₃ (иттротитанит), изредка Cr₂O₃, ZrO₂ (до 0,18%), Nb₂O₅, F, OH, Th и др.

Цвет - желтый, бурый, зеленый, иногда черный, розовый или красный. Блеск - алмазовидный, жирный. Твердость 5-6 (по Моосу). Плотность 3,29-3,56 г./см³.

Сфен служит сырьем для получения диоксида титана, широко применяемого в качестве белого пигмента в титановых белилах.

Титаномагнетит - магнетит (FeFe₂O₄) с содержанием TiO₂ (до нескольких%); содержит повышенное количество ванадия. Титаномагнетиты служат рудой на ванадий.

При плавке титаномагнетитовых руд из шлаков извлекается ванадий, имеющий большое значение при изготовлении качественных сталей. Оксид ванадия (V₂O₅) используется в химической промышленности, а также как краситель - в керамике и для других целей.

Кусинское месторождение ильменит-магнетитовых руд расположено на левом берегу руки Кусы в 15 км к востоку от Кусинского завода и в 18 км к северу от г. Златоуст. Рудные тела имеют жилообразную форму и круто падают на юго-восток под углом 70-80^оС. Мощность их от 1 до 10 м, средняя 3 м; залежи разведаны на глубину до 150-250 м. Руды сложены магнетитом (60-70%), ильменитом (20-30%), хлоритом (2-10%). Ильменит располагается отдельными зернами величиной 0,1-2,0 мм среди других зерен магнетита, что способствует довольно легкому обогащению этих руд.

Химический состав руд (%): FeFe₂O₄ - 50-57; V₂O₅ - следы; S - 0,12; Р - 8,1; TiO₂+Cr₂O₃ - 11-22.

Нижне-Тагильское и Первоуральское титаномагнетитовые месторождения представлены жилами сплошных руд, залегающими среди изверженных пород габбровой формации.

Цирконовые руды

В природных минералах цирконий присутствует в виде диоксида циркония ZrO₂ (бадделеит, бразелит и другие), циркона ZrSiO₄ и цирконо-силикатов (эвдиалит, эльпидит и другие). Из всех минералов, содержащих цирконий, практическое значение имеют пока только циркон, бадделеит, и отчасти эвдиалит. Наиболее распространенным цирконийсодержащим минералом, из которого получают диоксид циркония, является циркон ZrSiO₄ (ортосиликат циркония). Цирконийсодержащее сырье различных месторождений содержит от 33 до 66% ZrO₂. Содержание ZrO₂ в природном минерале может доходить до 99%.

Минерал циркон (ZrSiO₄) широко распространен в природе. Промышленным сырьем служат чаще всего цирконовые пески. Теоретический состав (%): ZrO₂ - 67,1; SiO₂ - 32,9. Циркон химически инертен. Цирконий может замещаться Th, Fe, Ca, Nb. В виде примесей в цирконе почти всегда присутствуют: гафний (HfO₂) - до 4%, торий (ThO₂) и оксиды других редкоземельных элементов, а также в небольшом количестве оксиды железа (0,35% и больше), часто кальция (0,05 - 0,4%), магния, иногда Al₂O₃.

Химический состав циркониевого сырья приведен в табл. 10.2.

Химический состав циркониевого сырья

Циркон в большинстве случаев радиоактивен. В осадочных породах присутствует в виде окатанных удлиненной формы зерен. Для него характерна способность к образованию идиоморфных кристаллов. Окраска разнообразная: желтая, бурая, красноватая, реже - зеленоватая, бесцветная. Блеск алмазный до стеклянного. Плотность из-за примесей колеблется от 3,98 до 4,9 г/см³, твердость по шкале Мооса 7-8.

Циркон растворяется в плавиковой кислоте, в порошкообразном состоянии под воздействием концентрированной серной кислоты медленно разлагается. При нагревании обычно обесцвечивается. При температуре 1775^оС плавится инконгруэнтно с образованием при охлаждении моноклинного диоксида ZrO₂ и аморфного кремнезема.

Циркон очень стойкий минерал. При разрушении содержащих его горных пород циркон попадает в россыпи, где в значительных количествах образует промышленные месторождения. Циркон как акцессорный (второстепенный) минерал присутствует в магматических, метаморфических и осадочных породах.

Прозрачная разновидность циркона (гиацинт) имеет красный, красно-бурый цвет. Кристаллы мелкие, часто хорошо образованные - короткостолбчатые, призматические, реже дипирамидальные; иногда коленчатые двойники. Цвет - светло-желтый, желтовато-зеленый, оранжевый, красный, темно-коричневый, реже - бесцветный, серый. Блеск - стеклянный, алмазный, иногда жирный. Твердость 7-8. Хрупок. Излом неровный. Плотность 4,68-4,70 г./см³.

Прозрачные разности (гиацинты) используются в ювелирном деле как драгоценные камни. Обычный циркон применяется для получения металлического циркония и оксида циркония, отличающегося высокой огне- и кислотоупорностью. Диоксид циркония используется в производстве огнеупоров, технической и бытовой керамики, глазурей, при изготовлении эмалей и стекла для химической посуды.

Циркон добывается преимущественно из россыпей.

На Урале известно более 10 месторождений и рудопроявлений, содержащих циркон в качестве основного полезного минерала или в виде минерала-спутника в комплексных рудах. Например, в кварцитах и вмещающих породах месторождения Гора Караульная суммарное содержание циркона и рутила составляет 0,05-1,0%.

Циркон распространен, главным образом, среди миаскитовых и сиенитовых пегматитов (Ильменские и Вишневые горы, Челябинская область), россыпные месторождения циркона расположены на Южном, Среднем и Северном Урале. Практическое значение имеют россыпные месторождения Южного Урала.

В настоящее время промышленную добычу циркона и поставки концентрата осуществляет Вишневогорский ГОК (Челябинская область). Запланирован ввод в эксплуатацию Малышевского месторождения циркона (Свердловская область). Оба месторождения находятся в недропользовании Минатомпрома РФ, поэтому, в первую очередь, обеспечивают сырьем свою отрасль.

Циркон используется в качестве основного компонента для термостойкой керамики. Температурный коэффициент линейного расширения циркона незначителен и при нагреве до 1400^оС составляет в среднем 4,5•10^-6 град.^-1. В соответствии с этим спекшийся циркон нечувствителен к перемене температур.

Для радиокерамики используется обогащенный циркон (содержание ZrO₂ - 97,5%).

В огнеупорном производстве цирконовые изделия выпускались в ограниченном количестве в опытном порядке, поэтому сведения об их производстве и службе ограничены.

Промышленность выпускает в основном технический диоксид циркония.

Из частично стабилизированного ZrO₂ изготавливают волоки, плавающие поплавки, резцы для обработки металла. Для производства огнеупоров преимущественно используют электроплавленный ZrO₂ с содержанием стабилизирующих оксидов, обеспечивающих наличие от 5 до 40% моноклинной фазы, так как двухфазовый материал более термостоек.

Хорошая коррозионная стойкость и низкая теплопроводность ZrO₂ позволяет эффективно его использовать в качестве плит скользящих затворов при плавке агрессивных и марганцовистых сталей, раскисленных повышенным количеством алюминия и сталей Х18Н9Т на установках полунепрерывного литья.

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Титано-циркониевые россыпи Урала перспективны, но требуют дальнейшего всестороннего изучения.

2. Комплексный состав россыпей (ильменит, рутил, циркон) не влияют на характер их разработки, так как технология получения отдельных компонентов не представляет трудностей.

Размещено на Allbest.ru