Изучение геохимических свойств никеля и кобальта и их поведение в различных геологических процессах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕТСИТЕТ (НИ ТГУ)

Геолого-географический факультет

Кафедра минералогии и геохимии

Контрольная работа

Изучение геохимических свойств никеля и кобальта и их поведение в различных геологических процессах

Автор работы

студент 02580 группы

М.И. Попов

Проверил

А.А. Пешков

Томск 2018

1 Общие сведения об элементах

1.1 История открытия и область применения

1.1.1 Никель

История. Никель - это один из сравнительно недавно открытых и используемых человеком элементов. Впервые присутствие никеля в соединении никеля и мышьяка NiAs ("купферникель") обнаружил шведский металлург А.Ф. Кронштедт в 1751 году. Тогда никель относили к "полуметаллу" - простому веществу, обладающему как свойствами металлов, так и неметаллов. Данная точка зрения подвергалась серьезным сомнениям. Но в 1775 году швед Т. Бергман доказал, что никель - простое вещество. Окончательное утверждение никеля произошло в 1804 году, когда немецкий химик И. Рихтер получил чистый никель путем восстановления никелевого купороса [13].

Применение. Никель по большей части является составным компонентом различных сплавов. Все нержавеющие стали обязательно содержат никель, так как никель повышает химическую стойкость сплава. Также сплавы никеля характеризуются высокой вязкостью и используются при изготовлении прочной брони. При изготовлении важнейших деталей различных приборов используется сплав никеля с железом (36 - 38% никеля), обладающий низким коэффициентом термического расширения [13].

При изготовлении сердечников электромагнитов широкое применение находят сплавы под общим названием пермаллои. Эти сплавы, кроме железа, содержат от 40 до 80% никеля. Из никелевых сплавов чеканятся монеты. Общее число различных сплавов никеля, находящих практическое применение, достигает нескольких тысяч.

Различные металлы никелируют, что позволяет защитить их от коррозии. На металл наносится тонкий никелевый слой, обладающий высокой коррозионной стойкостью. Вместе с этим никелирование придает изделиям красивый внешний вид.

Никель широко используют при изготовлении различной химической аппаратуры, в кораблестроении, в электротехнике, при изготовлении щелочных аккумуляторов, для многих других целей. Специально приготовленный дисперсный никель находит широкое применение как катализатор самых разных химических реакций. Оксиды никеля используют при производстве ферритных материалов и как пигмент для стекла, глазурей и керамики; оксиды и некоторые соли служат катализаторами различных процессов. Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.

Современная промышленность выпускает разнообразную продукцию из никеля. Наиболее распространены никелевая проволока и нить, лента и фольга, прутки и круги, листы и полосы, трубки, порошок [13].

круговорот никель кобальт природа

1.1.2 Кобальт

История. Происхождение названия кобальта происходит от названия минерала кобольда, который люди находили в Саксонии еще с древних времен. Рудокопы кобальтом называли злой дух, по их мнению, обитавший в минерале.

Этот минерал и использовался в качестве добавок к стеклу, придавая им синие оттенки. Эти стекла, а также эмали и краски известны человеку более 9 тысяч лет. Правда неизвестно, что приготовление рецептур с минералом было сознательным, или все происходило случайно. Первое упоминание о синих красках приходится на конец XVII века [17].

Кобальт был открыт в 1735 году шведским химиком Г. Брандтом. О полученном полуметалле кобольде он сообщил в своей работе "Диссертация по полуметаллам". Что такое полуметаллы? Таковыми он считал металлы, похожие на известные, но которые не поддавались ковке. Таких металлов, по его мнению, были: цинк, сурьма, кобальт, мышьяк, ртуть, висмут. В 1744 году Брандт обнаружил еще один минерал, в состав которого входил кобальт-сульфид кобальта Co3S4.

В дальнейшем Г. Брандт детально изучил кобальт. Изучение свойств кобальта занимались химики Л. Пруст, Л. Тенар, И. Берцеллиус, Т. Бергман. Столь широкое представительство помогла достаточно подробно изучить свойства кобальта. Хотя многие химики не верили в существовании данного химического элемента. Так венгерский химик П. Падакс считал, что это не отдельный металл, а соединение кобальта и мышьяка [17].

Лишь в конце XVIII -- начале XIX веков многими учеными было подтверждено открытие Г. Брандта. Часто кобальт, вместе с железом и никелем, находили в метеоритах, иногда в больших количествах [17].

Применение. Кобальт находит широкое и разнообразное применение в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине, что связано с замечательными свойствами этого металла и его сплавов [20].

В чистом виде кобальт применяется относительно мало: только в виде радиоактивного 60Со в промышленной г-дефектоскопии и г-терапии и для изготовления измерительных инструментов [20].

Около 80% кобальта расходуется на получение сверхтвердых, жаропрочных, инструментальных и износостойких сплавов, а также постоянных магнитов. Эти сплавы находят применение в машиностроении, в авиационной технике, ракетостроении, электротехнической и атомной промышленности [20].

Кобальт широко используется в качестве легирующего элемента при производстве жаропрочных сталей, а также жаропрочных кобальтовых сплавов [20].

Значительный интерес для атомной промышленности в качестве конструкционного материала ядерных реакторов представляют собой нержавеющие стали с низким содержанием кобальта (<0,05%) [20].

1.2 Основные физические свойства элементов

1.2.1 Никель

Никель - серебристо-белый металл, не тускнеет на воздухе. Имеет гранецентрированную кубическую решетку с периодом a = 0,35238 нм, пространственная группа Fm3m. В чистом виде весьма пластичен и поддается обработке давлением. Является ферромагнетиком с точкой Кюри 358 °C [26].

Физические свойства следующие (таблица 1.2.1.1).

Таблица 1.2.1.1 - физические свойства никеля [13].

Свойство	Никель
Атомный номер	28
Атомная масса, а.е.м	58,69
Атомный диаметр, пм	248
Плотность, г/смі	8,902
Удельная теплоемкость, Дж/(K·моль)	0,443
Теплопроводность, Вт/(м·K)	90,9
Температура плавления, °С	1453
Температура кипения, °С	2730-2915
Теплота плавления, кДж/моль	17,61
Теплота испарения, кДж/моль	378,6
Молярный объем, смі/моль	6,6
Группа металлов	Тяжелый металл

Никель - ковкий и тягучий металл, из него можно изготовлять тончайшие листы и трубки. Предел прочности при растяжении 400-500 Мн/м2 (т. е. 40 - 50 кгс/мм2); предел упругости 80 Мн/м2, предел текучести 120 Мн/м2; относительное удлинение 40%; модуль нормальной упругости 205 Гн/м2; твердость по Бринеллю 600 - 800 Мн/м2. В температурном интервале от 0 до 631 К (верхняя граница соответствует точке Кюри) никель ферромагнитен. Ферромагнетизм никеля обусловлен особенностями строения внешних электронных оболочек (3d84s2) его атомов [26].

1.2.2 Кобальт

Кобальт - металл, внешне схож с железом, но темнее. Цвет элемента серебристо-белый, с розовыми или синеватыми отблесками. Разнится с железом и твердость по шкале Мооса. Показатель кобальта - 5,5 баллов. Это чуть выше среднего. У железа твердость, напротив, немногим меньше 5-ти баллов [18].

По температуре плавления близок к никелю. Элемент размягчается при 1494-х градусах. Кристаллическая решетка кобальта начинает меняться при нагреве до 427-ми по шкале Цельсия. Гексагональная структура преобразуется в кубическую. До 300-от градусов металл не окисляется, будь воздух сухим или влажным [18].

Основная характеристика кобальта - тягучесть. Она превышает показатели других металлов. Тягучесть сочетается с относительной хрупкостью, уступающей, к примеру, стали. Поэтому, металл с трудом куется [18].

Более подробно физические свойства представлены в таблице 1.2.2.1.

Таблица 1.2.2.1 - физические свойства кобальта [20].

· Плотность при 20°С, г/см3	8,92
· Коэфф. линейного расширения при температуре 20-100°С, К-1	12,1.10-6
· Tпл., °С	1495
· Tкип., °С	3550
· Удельная теплоёмкость, Дж/(кг.К):
в твердом состоянии при температуре 20°С	415
в жидком состоянии при температуре плавления	850
· Удельное электросопротивление при температуре 20°С, мк*Ом*м	0,062
· Удельная теплопроводность при температуре 20°С, Вт/(м.К)	69
· Предел прочности при растяжении, МПа:
· для кованого и отожженного	500
· для литого	242-260
· для проволоки	700

1.3 Химические свойства элементов

1.3.1 Никель

Атомы никеля имеют внешнюю электронную конфигурацию 3d84s2. Наиболее устойчивым для никеля является состояние окисления Ni(II). Никель образует соединения со степенью окисления +1, +2, +3 и +4. При этом соединения никеля со степенью окисления +4 редкие и неустойчивые. Оксид никеля Ni2O3 является сильным окислителем. Никель характеризуется высокой коррозионной стойкостью - устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в ряде кислот [26].

Никель -- сидерофильный элемент, элемент земных глубин, маскируется магнезиальными и железистыми минералами, образуя с ними твёрдые растворы [5]. Сидерофильный характер никеля сказывается в его способности в свободном состоянии или в виде соединений легко растворяться в железном расплаве. Вместе с тем он обладает чертами халькофильности и в меньшей степени литофильности [28].

Он изоморфно замещает железо и магний. При повышенном содержании в магме серы возникают сульфиды никеля вместе с медью, кобальтом, железом и платиноидами.

Электроотрицательность - 1,8, 1-й ионизационный потенциал - 7,64 эв. Радиус нейтрального атома никеля 0,124 нм, радиус иона Ni2+ от 0,069 до 0,083 нм [28].

Оксид никеля обладает основными свойствами. Он существует в двух полиморфных

модификациях: низкотемпературной (гексагональная решетка) и высокотемпературной (кубическая решетка, устойчива при температуре выше 252°C). Имеются сообщения о синтезе оксидных фаз никеля состава.

При нагревании никель реагирует со всеми галогенами с образованием дигалогенидов NiHal2. И растворимые в воде дигалогениды никеля, и нерастворимый в воде сульфид никеля могут быть получены не только «сухим», но и «мокрым» путем, из водных растворов [28].

1.3.2 Кобальт

В химическом отношении кобальт относится к металлам средней активности. В электрохимическом ряду напряжений металлов он располагается левее водорода, между цинком и оловом. Чистый металл при комнатной температуре довольно устойчив, его активность сильно увеличивается при нагревании, особенно если он находится в мелкодисперсном состоянии [7].

Ковалентный радиус - 116 пм; радиус иона (+3е) - 63 пм, (+2е) - 72 пм; электроотрицательность 1,88 (шкала Полинга); степень окисления - 3,2,0,-1; энергия ионизации (первый электрон) - 758,1 кДж/моль [24].

· На воздухе кобальт окисляется при температуре выше 300 °C.

· Устойчивый при комнатной температуре оксид кобальта представляет собой сложный оксид Co3O4, имеющий структуру шпинели, в кристаллической структуре которого одна часть узлов занята ионами Co2+, а другая -- ионами Co3+; разлагается с образованием CoO выше 900 °C.

· При высоких температурах можно получить б-форму или в-форму оксида CoO.

· Все оксиды кобальта восстанавливаются водородом:

· При нагревании, кобальт реагирует с галогенами, причём соединения кобальта (III) образуются только с фтором.

· С серой кобальт образует 2 различных модификации CoS. Серебристо-серую б-форму (при сплавлении порошков) и чёрную в-форму (выпадает в осадок из растворов).

· При нагревании CoS в атмосфере сероводорода получается сложный сульфид Со9S8

· С другими окисляющими элементами, такими как углерод, фосфор, азот, селен, кремний, бор кобальт тоже образует сложные соединения, являющиеся смесями, где присутствует кобальт со степенями окисления 1, 2, 3.

· Кобальт создаёт комплексные соединения. Чаще всего на основе аммиака.

Известно около 60 видов минералов, в которых кобальт замещает Fe, Ni, и Mg. Об это будет подробно рассмотрено в следующей главе.

В составе пирита железо изоморфно замещается кобальтом и никелем, так же кобальт в пентландите изоморфно замещает никель и железо [24].

Так как оба элемента проявляют сидерофильные свойства то по [24] они имеют общие геохимические особенности, а именно:

1. Строение иона: ионы переходного типа с числом электронов в наружной оболочке от 8 до 18;

2. Магнитные свойства: ферромагнитны и парамагнитны;

3. Химическое сродство к C, P, Sb;

4. Другие свойства: большая плотность, часто встречаются в самородном виде.

2 Нахождение элементов в природе

2.1 Нахождение никеля в природе

Никель -- элемент земных глубин (в ультраосновных породах мантии его 0,2% по массе). Существует гипотеза, что земное ядро состоит из никелистого железа; в соответствии с этим среднее содержание никель в земле в целом по оценке около 3% [22]. Содержание никеля в различных оболочках представлено на рисунке 2.1.1.

Рисунок 2.1.1 - содержание Ni в различных системах [22].

Содержание никеля в различных породах представлено на рисунке 2.1.2.



Рисунок 2.1.2 - содержание никеля в различных породах

Никель в земной коре -- спутник Fe и Mg, что объясняется сходством их валентности (II) и ионных радиусов; в минералы двухвалентных железа и магния никель входит в виде изоморфной примеси. Собственных минералов никеля известно 53; большинство из них образовалось при высоких температурах и давлениях, при застывании магмы или из горячих водных растворов. Месторождения никеля связаны с процессами в магме и коре выветривания. Промышленные месторождения никеля (сульфидные руды) обычно сложены минералами никеля и меди [22].

На земной поверхности, в биосфере никель -- сравнительно слабый мигрант. Его относительно мало в поверхностных водах, в живом веществе. В районах, где преобладают ультраосновные породы, почва и растения обогащены никелем [22].

Основные руды никеля - никелин (купферникель) NiAs, миллерит NiS, пентландит (Fe,Ni)9S8 (рисунок 2.1.3) - содержат также мышьяк, железо и серу.



а б

Рисунок 2.1.3 - никелин (а) NiAs, миллерит (б) NiS

2.2 Нахождение кобальта в природе

Содержание кобальта в земной коре составляет около 0,003%. Однако, большая часть кобальта сосредоточена в центральном ядре Земли, где преобладают элементы группы железа. В литосфере кобальта содержится в среднем около 0,003 вес. %, кобальт находится в железных (около 0,6%) и каменных (0,08) метеоритах. Ничтожные количества кобальта имеются в морской воде (10-7%) и в воде минеральных источников [10,16].

Содержание кобальта в различных оболочках представлено на рисунке 2.2.1.

Рисунок 2.1.1 - содержание Ni в различных системах [10].

Содержание никеля в различных породах представлено на рисунке 2.2.2 и рисунке 2.2.3

Рисунок 2.1.2 - содержание никеля в различных породах [2].

Рисунок 2.2.3 - содержание никеля в различных породах [10].

Кобальт входит в состав более 30 минералов. К ним относятся каролит CuCo2SO4, линнеит Co3S4, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO3, смальтит СоAs2 и другие (рисунок 2.2.4). Как правило, кобальту в природе сопутствуют его соседи по 4-му периоду - никель, железо, медь и марганец.



а б

Рисунок 2.1.3 - сферокобальтит (а) CoCO3, смальтит (б) СоAs2 [14, 27].

3 Поведение в геологических процессах никеля и кобальта

Никель энергично мигрирует в магматических, гидротермальных и гипергенных процессах, с которыми связано образование его месторождений. При дифференциации базальтовой магмы возникают медно-никелевые сульфидные месторождения, в гидротермальных системах образуются сульфидные Ni=Co-месторождения, в биосфере образуются силикатные месторождения Ni в коре выветривания ультраосновных пород. Таким образом, Ni проявляет и сидерофильные (в ультраосновной магме, земном ядре) и халькофильные (при дифференциации основной магмы, в гидротермах), и литофильные (в биосфере) свойства [25].

При метасоматическом преобразовании пород на примере Жирекенском месторождения [25] было установлено, что в аргиллизированных породах заметно сокращается количество Ni, при этом он концентрируется во внутренней зоне исходной породы [25].

Рисунок 3.1 - Вариационная диаграмма содержания окислов в породах разреза интрузии Кивакка [4].

Та же версия подтверждена [4]. С этапом последующего метаморфизма гипербазитов -- хлоритизацией, амфиболизацией, карбонатизацией и оталькованием связано, как можно судить по анализам из массива Невгозеро, дальнейшее уменьшение содержания никеля. Вариационная кривая содержания никеля по разрезу интрузии Кивакка (рисунок 3.1) образует резкие изломы, свидетельствующие о неравномерном распределении элемента.

Неравномерное содержание никеля связано с особенностями его распределения в породообразующих минералах. Как известно, содержание никеля находится в прямо пропорциональной зависимости от содержания магния в силикате.

При изучении диабаз-пикритового магматизма западного склона Южного Урала [Ковалев, 2011], было установлено, что во всех комплексах Co и Ni входят в силикатные минералы (оливин) ранней генерации, а последующие процессы дифференциации приводят к их накоплению в низах ультраосновного горизонта.

При эволюции сульфидного расплава происходит повышение количества Ni, Co [19].

Так же при рассмотрении содержаний никеля и кобальта в различных породах в предыдущей главе, можно сделать вывод, что количество Ni уменьшается от ультраосновных пород к кислым породам, в осадочных наблюдается чуть больше, чем в кислых. Аналогичная ситуация и для Co, уменьшение содержания кобальта от ультраосновных пород к кислым, с небольшим преобладание в осадочных над кислыми.

4 Круговорот элементов в природе, поведение в водной и воздушных средах

Круговорот веществ- закономерный процесс многократного участия веществ (абиогенных и биогенных) в явлениях, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере.

4.1 Круговорот никеля

Различные вещества имеют разную скорость обмена в биосфере. Никель относится к пассивному.

Основные источники поступления в окружающую среду никеля- предприятия горнорудной промышленности, цветной металлургии, машиностроительные, металлообрабатывающие, химические, приборостроительные и другие, использующие в технологических процессах различные соединения никеля; тепловые электростанции, работающие на мазуте и каменном угле; автотранспорт. Образуются биогеохимические «провинции» с повышенным его содержанием в почве, воде, воздухе и местных продуктах питания растительного и животного происхождения. В воду никель может попадать в результате выветривания из коренных пород и вымывания из почвы. Значительные количества никеля поступают в водоемы со сточными водами промышленных предприятий. Загрязнения атмосферного воздуха соединениями никеля происходит в результате выбросов предприятиями по его производству и переработке; при сжигании твердого и жидкого топлива. Никель поступает в воздух с выхлопными газами автотранспорта в количествах, зависящих от вида используемого топлива, а также в виде продуктов износа автомобильных шин и деталей автомобилей.

В водах никель, как и другие тяжелые металлы, мигрирует в виде простых ионов и комплексных соединений, в том числе с органическими лигандами [1]. Коэффициент водной миграции никеля 0,002 - 0,005, что относит его к достаточно инертным элементам. Однако поступление этого химического элемента в транспонирующую водную среду определяется несколькими фазами: во3первых, никель выносится из силикатов, в которых находится, как уже отмечалось, в сорбированной и связанной форме; во3вторых, и это превалирует, в поступлении никеля в водоток участвуют хелатные органоминеральные комплексы. Ионы никеля, локализованные в лигнитах углисто-глинистых озерно3болотных отложений в карстовых депрессиях, при изменении термодинамических условий вовлекаются в водную миграцию. Комплексообразование с присутствующими в воде гуминовыми и фульвокислотами удерживает никель в растворенном виде.

В сутки в организм человека поступает с пищей в среднем 0,3-0,6 мг никеля, что, по мнению многих исследователей, покрывает суточную потребность в нем взрослого человека [23].

4.2 Круговорот кобальта

В атмосфере кобальт присутствуют в форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей. Основные механизмы выведения кобальта из атмосферы вымывание с осадками и осаждение на подстилающую поверхность.

Больше всего кобальта в глинистых почвах кобальтовые включения в итоге попадают в почву всюду, где сегодня произрастают растения (без него не могло бы вырасти ни одно растение). Особенно много его на дне водоемов: ил озер и почвы, образованные на месте древних морей. Пусть и в мизерных количествах, но необходимые растениям доли кобальта присутствуют и на торфяниках. Одним из способов занесения его на верхушки гранитных скал является массовая миграция травоядных птиц и насекомых, которые разносят помет по всей поверхности суши [6].

Реки и озера могут загрязниться кобальтом как следствие выщелачивания медных и других руд, из почв во время разложения вымерших организмов (животные и растения), ну и конечно же в результате активности химических, металлургических и металлообрабатывающих предприятии. лавные формы соединений кобальта находится в растворенном и взвешенном состояниях. Вариации между этими двумя состояниями могут происходить, из-за изменений рН, температуры и состава раствора. В растворённом состоянии, кобальт содержится в виде органических комплексов. Реки и озера имеют характерность, что кобальт представлен двухвалентным катионом. При наличии большого количества окислителей в растворе, кобальт может окисляться до трехвалентного катиона [6].

Он входит в состав растений и животным, потому что играет важную роль в их развитии. Входит в число основных микроэлементов. Если в почве наблюдается дефицит кобальта, то его уровень в растениях будет меньше обычного и как следствие могут появиться проблемы со здоровьем у животных (возникает риск возникновения малокровия). Этот факт наблюдается особенно в таежно-лесной нечерноземной зоне. Он входит в состав витамина В12, регулирует усвоение азотистых веществ, повышает уровень хлорофилла и аскорбиновой кислоты. Без него растения не могут наращивать необходимое количество белка. Как и все тяжелые металлы, он может быть токсичным в больших количествах [6].

5 Основные типы месторождений

5.1 Никель

Никель - стратегический металл, использующийся в крупномасштабном производстве нержавеющих сталей и сплавов многоцелевого назначения. Мировую минерально-сырьевую базу Ni в основном составляют месторождения двух типов - сульфидные Cu-Ni (37% доказанных запасов) и силикатные Co-Ni (63%).

Месторождения обеих групп генетически и пространственно тесно связаны с массивами основных и ультраосновных пород. Однако из-за различных условий образования они почти не встречаются в пределах одной и той же территории [3].

Для магматических сульфидных медно-никелевых месторождений рудообразование заключается в первоначальном накоплении и обособлении сульфидов и происходит в процессе внедрения, дифференциации и ликвации первоначально однородного никеленосного расплава на две жидкости: силикатную и сульфидную составляющие. Сульфидный расплав, благодаря большему весу опускается и концентрируется в придонных частях интрузивов и кристаллизуется после кристаллизации силикатного расплава. Подъём никеленосной магмы совершается по глубинным разломам, глубоко проникающим в мантию, которые и определяют геологическую позицию рудных районов и полей медно-никелевых месторождений [3].

Месторождения экзогенных силикатных никелевых руд кор выветривания связаны с тем или иным типом коры выветривания серпентинитов, при выветривании которых происходит стадийное разложение минералов, а также перенос подвижных химических элементов водными растворами из верхних частей коры в нижние, где эти элементы выпадают в осадок в виде вторичных минералов [3].

Отечественная минерально-сырьевая база этого металла составляет около 10% мировой: более крупными запасами располагают только Австралия и Индонезия (рисунок 5.1.1).

Рисунок 5.1.1 - состояние МСБ никеля РФ на 1.01.2013 г.

Российскую сырьевую базу никеля в значительной степени формируют пять крупных и гигантских месторождений сульфидного медноникелевого промышленного типа, расположенных на севере Красноярского края, в Норильско-Хараелахской металлогенической зоне; они приурочены к области распространения сибирских траппов и образуют Талнахский и Норильский рудные узлы (рисунок 5.1.2) [11].

Рисунок 5.1.2 - основные месторождения

Суммарные запасы пяти этих объектов превышают две трети российских (рисунок 5.1.3).



Рисунок 5.1.3 - основные месторождения Ni и распределение его запасов по субъектам Российской Федерации [12].

В общей сложности по результатам ГРР, проведенных на территории России в 2012 г., получен прирост разведанных запасов никеля в 99,8 тыс. т; большую его часть (почти три четверти) обеспечили эксплуатационно-разведочные работы на Талнахском месторождении в Красноярском крае. Прирост запасов категорий А+В+С1 в результате ГРР позволил компенсировать менее 30% запасов, погашенных при добыче (рисунок 5.1.4).

Рисунок 5.1.4 - динамика добычи никеля и прирост его запасов категории АВС1 в результате ГРР в 2003-2013 гг., тыс. т [11].

Мировые производители и их доля представлена на рисунке 5.1.5.

Рисунок 5.1.5 - производство никеля на 2012 год, тыс. тонн [12].

5.2 Кобальт

Промышленные типы месторождений:

1. Магматические (медно-никелевые сульфидные руды ликвационного генезиса - Талнах, Седбери)

2. Скарновые (железорудные известковые скарны с Со-содержащим пиритом - Дашкесан)

3. Стратиформные (Со скапливается в медистых песчаниках Замбии и Заира)

4. Выветривания (Ni-носные коры выветривания)

5. Осадочные (в железо-марганцевых конкрециях)

6. Гидротермальные

· вулканогенные (месторождения тяготеют к разломам и вулканическим структурам, формируются на незначительной глубине в условия резкого спада Т и р и возрастающем воздействии О2)

Кобальт (Канада) относится к серебро-арсенидной формации.

Эльдорадо (Канада)

· плутоногенные (связаны с гранитоидными интрузивами среди осадочных или метаморфических толщ и др. Рудные тела образуют жилы и штокверки. Руды комплексные (Co-Ni, Co-Ni-Ag, Co-Ni-Cu-Pb-Zn), как правило, с несколькими этапами минералообразования)

Ховуаксы (Тува) относится к шмальтин-хлоантит-никелин-аргентитовой формации.

Бу-Аззер (Марокко) принадлежит арсенопирит-глаукодот-кобалтиновой формации.

Как элемент довольно высокой активной поляризации кобальт почти целиком уходит или в ликвационное отщепление сульфидов или же в летучие погоны, не сохраняясь в остаточных магмах и лишь частично вместе с Ni удерживаясь в силикатах протокристаллизации. Поэтому его материнским источником всегда приходится считать основные или ультраосновные породы, в областях которых и необходимо вести прежде всего поиски на кобальт (и совместно с ним на никель) [16].

Концентрация кобальта в условиях гипергенеза связана с корой выветривания ультраосновных и основных пород, а также с зоной окисления месторождений кобальтсодержащих руд. Концентрация кобальта в условиях гипергенеза вызвана следующими явлениями:

1. Образованием водонерастворимых кислородных соединений кобальта в зоне окисления месторождений гипогенных, мышьяковых, сернистых и других минералов кобальта. Все эти гипергенные образования, весьма редко образующие большие скопления, представлены арсенатами, карбонатами, сульфатами, молибдатами и селенатами кобальта, никеля и железа. Низкотемпературные условия образования этих соединений при участии воды, свободного кислорода и углекислого газа ограничивают изоморфизм членов триады в указанных минералах прежде всего в результате изменения их валентностей [16].

2. Коллоидно-химическим соосаждением кобальта с марганцем. В присутствии свободного кислорода и вследствие окислительного действия марганца на кобальт образуется Мn 2- Мn 4 и Со2- Со3. Эти образования весьма характерны для коры выветривания и по существу являются наиболее распространенной формой концентрации кобальта в условиях гипергенеза. Данная форма концентрации кобальта возникает не только в континентально-осадочных, но и в морских осадочных (марганцевые конкреции на дне океанов) образованиях.

Концентрация кобальта в силикатно-никелевых месторождениях коры выветривания ультраосновных пород связана с двумя типами коры выветривания -- площадными и линейными (или трещинными) [16].

Промышленные запасы кобальта сосредоточены в основном в латеритных никелевых рудах (например, на Кубе), в сульфидных медно-никелевых рудах (в России), а также в медных месторождениях (только Замбия, Конго и Уганда). Распределение запасов кобальта в разных типах месторождений свидетельствует о превалировании латеритных никелевых месторождений, на долю которых приходится около 60% всех запасов (рисунок 5.2.1) [8].

Рисунок 5.2.1 - доля мировых запасов кобальта в разных типах месторождений, %

Кроме того, пока не оцененные количественно ресурсы кобальта, которые содержатся в железо-марганцевых конкрециях и корках на дне океанов.

По данным геологической службы США (UGSG), разведанные запасы по состоянию на начало 2012 г. оцениваются в 7,5 млн т. По данным LibMetal, этот показатель составляет 11 млн. т, по расчётам ИАЦ «Минерал» запасы близки к 13 млн. т. В любом случае, разведанных запасов хватит примерно на 70 лет при сегодняшнем уровне добычи [12].

Подавляющий объем запасов кобальта сосредоточен в Конго и Австралии, кроме того, в число лидеров по разведанным запасам входят Куба, Новая Каледония, Замбия и Россия (рисунок 5.2.2) [12].

Рисунок 5.2.2 - добыча кобальта на 2012 год, тонн [12].

Добычу кобальтсодержащих руд ведут более 10 стран - Австралия, Бразилия, Замбия, Канада, Китай, Конго, Куба, Марокко, Новая Каледония, Россия и др. (рисунок 5.2.3).

Суммарный объем кобальта в добываемых рудах находится сегодня на уровне, близком к 30 тыс. т [12].



Рисунок 5.2.3 - добыча кобальта на 2012 год, тонн [12].

Список использованной литературы

1. Бизяев Н. А. Никель в гидросфере Липовского месторождения // Мат-лы / VII Межрег. геол. конф. Екатеринбург: Институт геологии и геохимии УрО РАН, 2010. - С. 290 - 292.

2. Войткевич. Г. В. Справочник по геохимии / Г. В. Войткевич. - М. : Недра, 1990. - 480 с.

3. Геохимия гипербазитов Карело-Кольского региона. Коллектив авторов. Л. : Наука, 1971. - 140 с.

4. Министерство природных ресурсов и экологии РФ государственный доклад о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов РФ в 2014 году под ред. Е.А. Киселева. - М., 2015. - 317 с.

5. Перельман А. И. Геохимия: учеб. для геол. спец. вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1989. - 528 с. : илл.

6. Перельман Ф. М. Кобальт и никель / Ф. М. Перельман. - М. : Наука, 1975.

7. Радомская Т. А. Минералогия и геохимия Кингашского платиноидно-медно-никелевого месторождения (В. Саян) : автореф. / Т. А. Радомская. - Иркутск, 2012. - 23 с.

Размещено на Allbest.ru

...