Анализ геологических факторов, определяющих условия локализации и формирование кобальтовых руд на Худесских месторождениях Северного Кавказа

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Анализ геологических факторов, определяющих условия локализации и формирование кобальтовых руд на Худесских месторождениях Северного Кавказа

Введение

Актуальность работы. К числу примесных, редких металлов, в первую очередь, относится кобальт, количество которого было учтено при подсчете запасов руды на Худесском месторождении. Стабильно в качестве изоморфных примесей в пирите колчеданных руд проявляются теллур и селен. Линзовидные тела сплошных руд (Главная, Промежуточная и Кизилкольская залежи) стратифицированы и генетически относятся к производным гидротермально-осадочного рудогенеза.

Основные запасы промышленно ценных руд сосредоточены в Главной рудной залежи.

В настоящее время УГОКом Худесское месторождение готовится к промышленной отработке. На примере медноколчеданных месторождений Северного Кавказа рассматривается возможность их комплексного использования. На примере Худесского месторождения доказывается наличие промышленных скоплений кобальта исключительно в серноколчеданных рудах. В Худесском медно-кобальтовом месторождении наиболее полно представлены особенности первого подтипа руд. К этим особенностям относятся: а) линзовидная и линзовидно-пластовая форма стратиформных залежей; б) наличие мощной зоны подрудных пиритизированных метасоматитов; в) большой объем серноколчеданных руд (более 60 %); г) повышенные концентрации кобальта в серноколчеданных рудах.

Цель работы. Основной целью исследований является установление геологических факторов, определяющих условия локализации и формирование кобальтовых руд на Худесских месторождениях Северного Кавказа.

Основные задачи работы.

1. Изучить геологическое строение месторождений и их рудовмещающей толщи.

2. Выявить геологические условия формирования и локализации кобальтовых руд.

3. Исследовать минеральный состав кобальтовых руд.

Работа включает текстовую часть, состоящую из 5 разделов, Введения, Заключения, списка литературы и таблиц и рисунка.

1. Общая характеристика Худесского медно-кобальтового промышленно-генетического типа месторождения

К технологическим сортам руд относятся сплошные медноколчеданные, медно-цинковые и серноколчеданные руды. Особое внимание привлекают серноколчеданные руды, в которых в заметных количествах содержатся кобальт, селен, теллур.

Приоритетное положение в этих рудах занимает кобальт, который, не образуя собственных минералов, изоморфно замещает железо.

В процессе просмотра более 1500 полированных шлифов и минералогическое картирование Главной залежи авторы статьи не обнаружили самостоятельных минералов кобальта в сплошных и прожилково-вкрапленных рудах. Спектральные и химические анализы монофракций рудных минералов (пирит, сфалерит, халькопирит) указывают на тесную связь кобальта исключительно с пиритом (кобальтпирит). Спектральные анализы монофракций рудных минералов дают следующие результаты по содержанию кобальта: пирит - 0,2?0,007?%, халькопирит - 0,0?%, сфалерит - 0,0?%. Богуш И.А. Комбинированные руды колчеданных месторождений Северного Кавказа // Геол. рудных месторождений. - 1979. - №6. - С. 32?46.

Кобальт относится к VIII группе периодической системы Менделеева и принадлежит к триаде железо-кобальт-никель. В этой триаде проявляются сходные физические свойства, атомный радиус и значения электроотрицательности. Кларккобальта составляет 1,8 х 10?3 ?%, в пределах пород разной основности больше всего кобальта в ультраосновных породах - кларк 2,10 х 10?3 ?%, в основных породах- 4,5 х 10?3 ?%, в кислых породах 5х10-4?%. Это положение объясняет присутствие кобальта в колчеданных рудах Северного Кавказа, локализованных в толщах пород базальтоидного состава. Учитывая близкие ионные радиусы двухвалентных кобальта и железа, соответственно 0,83 Е и 0,82 Е принято считать , что кобальт изоморфно замещает часть железа пирита и накапливается в этом минерале. Содержание кобальта в кобальт-пиритных серноколчеданных рудах варьирует в широких пределах, от 0,003 до 0,20?%, среднее 0,067?%. В кобальтовых месторождениях Канады, Китая, Колумбии, США, Бразилии, Зимбабве промышленные концентрации кобальта 0,05?% вполне сопоставимы с содержаниями металла в серноколчеданных рудах Худесского месторождения. В известных медно-никелевых месторождения РФ Норильского района содержания кобальта 0,02?0,039?%, а в месторождениях Печенгской группы Кольского полуострова кобальта 0,022?0,039?%.

Механизм неравномерного обогащения кобальтом пирита разных участков залежи обуславливается динамикой и направлением роста стратиформной залежи за счет увеличения мощности серноколчеданных руд. В разрезах колчеданных тел Северного Кавказа кобальт максимально увеличивается по содержанию в пирите по мере приближения к корневой зоне. Концентрация кобальта в рудах лежачего бока залежей объясняется максимальным по времени контактом этих руд с рудогенными растворами корневой зоны. Известные кобальтоносные месторождения Урала вулканогенных комплексов заимствуют кобальт в контактирующих ультрабазитах. Ивановское месторождение этой группы по мнениям А.А. Захарова и А.А. Захаровой и А.И. Кривцова связано с вулканогенными базальтоидами. Аналогом Кавказских кобальтоносных колчеданов является месторождение Дерни в Китае. Богуш И.А. Комбинированные руды колчеданных месторождений Северного Кавказа // Геол. рудных месторождений. - 1979. - №6. - С. 32?46.

Отличительной особенностью субмаринных колчеданных месторождений является отсутствие собственных минералов кобальта в рудах и наличие его изоморфных примесей в пирите и пирротине. Эта особенность полностью сохраняется в колчеданах Северного Кавказа (Худесское, Урупское, Кизил-Дере). Основной проблемой получения кобальта из колчеданов являются отсутствие эффективных технологий его извлечения. В сульфидных рудах кобальт служит составной частью комплексных сложных по составу руд и рассматривается попутным компонентом. Голик, В.И. Подземная разработка месторождений: Учебное пособие / В.И. Голик. - М.: Инфра-М, 2017. - 384 c

В настоящее время только Худесское медноколчеданное месторождение Северного Кавказа рассматривается промышленным кобальтовым месторождениям. По массе колчеданных руд и размерам Худесское месторождение занимает первое место среди колчеданов Кавказа. К технологическим сортам руд относятся сплошные медноколчеданные, медно-цинковые и серноколчеданные руды. В серноколчеданных рудах в заметных количествах содержатся кобальт, селен, теллур, которые не имеют собственных минеральных форм, а присутствуют в виде изоморфных примесей в пирите. Обработка документации горных выработок и рудного керна в сочетании с материалом химического анализа бороздовых и керновых проб позволил уточнить распределение кобальта в залежах сплошных руд. В Худесском месторождении содержания кобальта, близкие к промышленным, приурочены исключительно к серноколчеданным рудам (табл. 1).

Таблица 1. Содержание компонентов кобальта в рудах Худесского месторождения. Колчеданные месторождения Большого Кавказа. М., 1973. 256 с

2. Особенности геологического строения и формирование Худосского месторождения

2.1 Стратиграфия и литология

Худесское месторождение расположено в верховьях реки Тохана, выявлено в 1950 году, разведка проводилась в 1955-1961 гг., в 1962 году запасы месторождения утверждены в ГКЗ СССР. Колчеданные месторождения Большого Кавказа. М., 1973. 256 с

Рис. 1

Медноколчеданные руды Худесского месторождения локализуются внутри двух рудоносных зон - Центральной (Главная залежь) и Промежуточной (Промежуточная залежь), представляющих собой цепь крупных тел кварц-серицит-хлоритовых метасоматитов. Главные запасы медноколчеданных руд (94,8 %) сосредоточены в Главной залежи, представляющей собой крутопадающую линзу с общим падением к югу под углами 65-80°. Ее длина по простиранию 1060 м, по падению - 560 м, средняя мощность 33 м. Голик, В.И. Разработка месторождений полезных ископаемых: Учебное пособие / В.И. Голик. - М.: Инфра-М, 2019. - 384 c.

Рудовмещающие породы представлены базальтами, андезитами, риолитами кызылкольской свиты, имеющей максимальную для всего Передового хребта мощность до 2000 м. На месторождении выделяются три типа промышленных руд: медно-колчеданный, медно-цинковый, колчеданный и серноколчеданный. В минеральном составе рудных тел преобладают пирит, халькопирит, марказит, сфалерит, борнит. Второстепенными минералами являются халькозин, самородная медь, куприт, теннантит, малахит, азурит, ковеллин, гематит, магнетит, самородное серебро и золото, халькантит, электрум. В рудах месторождения отмечается большое количество промышленно ценных компонентов: медь, цинк, сера, золото, серебро, кобальт, селен, теллур и примесей - кадмий, индий, таллий, галлий, германий и висмут.

Балансовые запасы меди на 01.01.2001 г. при среднем содержании 1,54% составляют: по категории Б+С1 - 388,2 тыс. т; С2 - 127,4 тыс. т, цинка соответственно 206 и 64 тыс.т при среднем содержании 0,84%, серы и кобальта (по категории С2) - 14998 т (при среднем содержании 51,12%) и 7076 т. По запасам меди месторождение среднее, оно законсервировано и является государственным резервом. Худесское месторождение в настоящее время (2014 г.) не разрабатывается.

Для Худесского подтипа характерна линзовидная и линзовидно-пластовая форма стратиформных тел сплошных колчеданных руд, демонстрирует соотношение медноколчеданных и серноколчеданных руд. 95?% рудной массы месторождения сосредоточены в Главной залежи, из которых только 10?11?% представлены медноколчеданными рудами.

В самих серноколчеданных рудах кобальт обогащает наиболее кристаллические зрелые пириты с максимальным количеством зон роста и пириты зон синрудного катаклаза. В рудном сечении по скважине 31 от висячего бока к лежачему содержание кобальта заметно возрастает (от 0,02 до 0,12?%) от медноколчеданных руд в сторону основания залежи и относительно стабилизируется в высоких значениях, (0,2?0,12?%) в рудах серноколчеданных. В подрудных пиритизированных метасоматитах корневой зоны среднее содержание кобальта невелико по причине малого содержания пирита (5?8?%), но в самом пирите выявлены максимальные содержания кобальта - 0,2?0,6?%.Казикаев, Д.М. Практический курс комбинированной разработка рудных месторождений. / Д.М. Казикаев. - М.: МГГУ, 2010. - 186 c.

Установленная прямая генетическая ассоциация кобальта с серноколчеданными рудами позволяет использовать этот факт для прогноза колчеданного кобальта в колчеданных месторождениях. В приведенных разрезах колчеданных залежей кизилкольской базальтоидной свиты в типоморфных разрезах повсеместно присутствуют серноколчеданные руды. Проявления кристаллически зрелых анхипиритных серноколчеданных руд служат надежным критерием аномальной кобальтоносности месторождения. С этой позиции наиболее кобальтоносным следует считать Быковское месторождение (не опробованное на кобальт). Высокая кристалличность сплошных маломедистых и серноколчеданных руд Бескесского месторождения также требует оценки их кобальтоносности. Колчеданные месторождения даутской свиты спилито-кератофировой формации также содержат кобальт (0,001?0,006?%), содержание которого аномально к фону, но далеко от промышленного. В пластовых телах колчеданов этого типа руды корневой зоны имеют незначительную мощность, а серноколчеданные руды практически отсутствуют.

2.2 Тектоника

В общей структуре Кавказского сегмента Альпийско-Гималайской складчатой системы территория листов K-38-I, -VII располагается в зоне сопряжения магматически активного Транскавказского поперечного поднятия с центральным сегментом складчато-глыбового сооружения Большого Кавказа. В структуре последнего, рассматриваемая площадь охватывает его восточный фланг, в пределах которого разместились основные части Кубано-Малкинской киммерийской и Эльбрусской неогенчетвертичной вулкано-плутонических областей с широким развитием процессов эндогенной, в том числе вулканической и рудноминеральной, активности. Современное тектономагматическое наполнение территории листов связано с механизмами неоднократной коллизии между Скифской и Закавказской эпигерцинскими плитами, а на межрегиональном уровне - с конвергентным взаимодействием активной окраины Евразийской литосферной плиты с дрейфующей в северном направлении Аравийской. Казикаев, Д.М. Практический курс комбинированной разработка рудных месторождений. / Д.М. Казикаев. - М.: МГГУ, 2010. - 186 c.

В геодинамическом отношении рассматриваемый фрагмент Большого Кавказа принадлежит фронтальной, вовлеченной в орогенное поднятие, части Скифской эпигерцинской плиты. Тектонический облик последней представляет собой продукт герцинских, индосинийских, киммерийских и альпийских тектономагматических процессов, обусловивших сложное геологическое строение как домезозойского фундамента молодой платформы и ее осадочного чехла, так и консолидированной земной коры.

Основу строения консолидированной коры Скифской эпигерцинской плиты составляют Центрально-Кавказский и Предкавказский мегаблоки с Армавиро-Невиномысской (Предкавказской) межблоковой шовной зоной между ними. По данным МОВЗ, выполненного по линии Приэльбрусского геолого-геофизического профиля, консолидированная кора Центрально-Кавказского мегаблока (кристаллический массив) характеризуется повышенной мощностью, непрерывно увеличивающейся в южном направлении от 40 - 50 км на севере площади, до 55 - 65 км на юге в районе так называемых «корней гор». «Кристаллический фундамент» располагается на глубине от 3 до 1 км от поверхности домезозойского фундамента, структурно-вещественные комплексы которого в свою очередь залегают на глубине -500 - 0 м на севере площади до + 4000 м в высокогорной ее части, где они выведены на дневную поверхность. Земная кора кристаллического массива отличается от коры Предкавказского мегаблока повышенной расслоенностью, реализованной в возникновении большого количества (до 10-ти) неустойчивых по простиранию границ обмена со встречным погружением к осевой наиболее высокогорной части Большого Кавказа. В зоне Главного хребта (к югу от вулкана Эльбрус) последние погружаются на север под горное сооружение и в целом субпаралельны Главному Кавказскому краевому шву Скифской плиты. На северном фланге Центрально-Кавказского кристаллического массива границы обмена или субгоризонтальны, или погружаются на юг и сопровождаются большим количеством зон рассогласования. Наиболее протяженные из них связываются с магматически активным Срединным, и Подкумским разломами в фундаменте. Особого внимания заслуживают зоны рассогласования на уровне поверхности Мохо под Кавказскими Минеральными Водами и на продолжении Срединного разлома. Каплунов, Д.Р. Комбинированная разработка рудных месторождений: Учебное пособие / Д.Р. Каплунов, М.В. Рыльникова. - М.: Горная книга, 2012. - 344 c.

Они рассматриваются как зоны вероятного поступления мантийного флюидного материала.

Геоэлектрический разрез консолидированной коры Центрально-Кавказского мегаблока также неоднороден. В общем виде он характеризуется относительной низкоомностью (до 150 Омм) средней и нижней коры, в составе которых допускается наличие волноводов, отождествляемых с зонами разогрева, разуплотнения и частичного плавления пород. На этом фоне выделяются две сквозные субвертикальные зоны повышенной проводимости. Наличие последних в сочетании с особенностями распределения относительных аномалий скорости Р-волн, с материалами региональной геофизики, данными интерпретации гравиметрического поля методом подбора, и с уже отмечавшимися выше локальными неоднородностями сейсмического разреза позволило выделить в составе консолидированной коры три аномальных блока, в целом характеризующих магматические колонны Эльбрус-Кюгенского, Малкинского и Минераловодского вулканических районов Эльбрусской вулканической области.

2.3 Магматизм

Мигматиты представлены среднезернистыми породами с содержанием биотита (от 3 до 15%) и неравномерным пятнисто-шлировым его распределением, часто со следами течения. Метатектиты это наиболее интенсивно мигматизированные, от мелко до крупнозернистых, породы, по облику, составу и текстуре соответствуют гранито-гнейсам. Их вещественная неоднородность устанавливается по теневым реликтам, последние не имеют четких ограничений. На отдельных интервалах мигматиты имеют однородный гранитный облик, где содержание биотита не превышает 3-5%. Количество жильного материала варьирует от 25 до 60%. Пучков, Л.А. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых / Л.А. Пучков, Ю.А. Жежелевский. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2015. - 562 c.

Выделяются мигматиты, в которых уверенно различим исходный субстрат (палеосома) и новообразованный гранитный материал (лейкосома) и метатектиты, в которых различить исходную и новообразованную составляющие практически невозможно.

Магматические образования на данном участке распространены незначительно, поэтому они не имеют большого значения.

Они представлены породами основного, среднего и кислого состава.

Схема магматизма

Гранодиорит-диориты S1v - D2kn

Сиениты D2gl - J1db

Дайки базальтов J1db

Постнижнесилурийский - среднедевонский комплекс

Диорит-гранодиоритовые интрузии составляют более 50% от всех интрузивных образований данной территории. Основная часть диорит-гранодиоритов расположена на юг территории. Прорывают осадочные породы верхнего кембрия с образованием контактовых роговиков и скарн перекрывают нижний и средний отделы ордовика.

Постсреднедевонский комплекс - Сиениты.

Составляют приблизительно 25% всех интрузивных тел на данной территории. Выходы тел на поверхность зафиксированы в центральной части и юго-западе исследуемой территории.

На контактах образуют роговики.

Постнижнеюрский дайковый комплекс базальтов.

Прослеживаются на юге данной территории, прорывают осадочные породы верхнего кембрия. Являются самыми молодыми интрузивными телами на представленной территории.

Процесс внедрения магматических пород проходил в две стадии:

· Первый этап проходил в интервале между силурийской и девонской системами. В этом период происходило внедрение магматических интрузии представленных двум небольшими батолитами в северной части региона. Эти образования представлены диоритами и гранодиоритами. Угол наклона магматических пород около 400.

· Второй период магматизма идёт в конце девонской системы. В этом период происходит внедрение штоков пород среднего и основного состава, а также одинаково ориентированных даек базальтов.

2.4 Метаморфизм

Метаморфические образования на площади имеют значительное распространение, участвуют в строении кристаллического фундамента и представлены различными по составу и степени метаморфизма кристаллическими сланцами и мигматитами позднепротерозойского возраста. Наиболее распространенными являются ультраметаморфические и регионально-метаморфические породы, претерпевшие метаморфизм амфиболитовой, эпидот-амфиболитовой и в редких случаях субгранулитовой фаций. Все эти образования выделены в метаморфические комплексы. Меньшее распространение имеют породы переходные от метаморфизованных к метаморфическим с фациями метаморфизма от зеленых сланцев до амфиболитовой. Эти образования также выделены в ранге метаморфических комплексов, хотя как переходные имеют право на существование и в ранге свит. Каплунов, Д.Р. Комбинированная разработка рудных месторождений: Учебное пособие / Д.Р. Каплунов, М.В. Рыльникова. - М.: Горная книга, 2012. - 344 c.

Метаморфизм распространен на контакте с магматическими породами обоих периодов. На контакте гранодиоритов с вмещающими породами идёт процесс метосамотоза, в результате, которого образуются скарнированные породы, а также идёт процесс образования контактовых роговиков на контакте со всеми остальными магматическими породами. Больше на территории исследуемого района интрузивных образований не отмечено.

В основном распространены метаморфические образования, входящие в группу метапелитов и кварц-полевошпатовых пород. Образования данного класса выделены в серии и комплексы. Породы, претерпевшие региональный метаморфизм андалузит-силлиманитового типа, амфиболитовая и эпидотамфиболитовая фации, распространены, в основном, в зоне Главного хребта. Здесь выделены донгузорунский, ктитебердинский, дуппухский и субашинский метаморфические комплексы, объединенные в макерскую серию, образующую супраструктуру.

К числу примесных, редких металлов, в первую очередь, относится кобальт, количество которого было учтено при подсчете запасов руды на Худесском месторождении. Стабильно в качестве изоморфных примесей в пирите колчеданных руд проявляются теллур и селен.

2.5 Основные рудообразующие минералы

Сплошные руды Худесского месторождения имеют сравнительно простой минеральный состав (пирита - 82 - 100 %; халькопирита, сфалерита, теннантита - в сумме до 10 %, нерудных минералов - кварц, карбонат, барит - 1 - 7 %). Кроме главных рудных компонентов (медь, цинк, сера), в рудах выделяются сопутствующие элементы, представляющие промышленный интерес (кобальт, селен, теллур, золото, серебро, платина). Михайлов, Ю.В. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых: Подземная разработка рудных месторождений в сложных горно- геологических условиях / Ю.В. Михайлов. - М.: Academia, 2015. - 44 c

На основе вещественного состава руд и рудовмещающих вулканитов герцинской базальтоидной формации колчеданные месторождения Северного Кавказа отнесены к месторождениям уральского типа. Нами на основании установленных групповых и индивидуальных различий в морфологии рудных тел, минералогических, текстурно-структурных и геохимических особенностей руд, формационно-фациальном характере двух продуктивных девонских формаций вулканитов Северного Кавказа - риолит-базальтовой (D2 d) и базальт-андезит-дацит-риолитовой (D2 ks) - выделяется два подтипа месторождений: 1 - Худесский; 2 - Урупский. Генетически оба подтипа этих колчеданных месторождений классифицируются как гетерогенные - вулканогенно-осадочные.

В Худесском медно-кобальтовом месторождении наиболее полно представлены особенности первого подтипа руд. К этим особенностям относятся: а) линзовидная и линзовидно-пластовая форма стратиформных залежей; б) наличие мощной зоны подрудных пиритизированных метасоматитов; в) большой объем серноколчеданных руд (более 60 %); г) повышенные концентрации кобальта в серноколчеданных рудах (табл. 2) Колчеданные месторождения Большого Кавказа. М., 1973. 256 с.

Таблица 2. Содержания полезных компонентов в рудах Худесского месторождения

Рудные тела Худесского месторождения (Главное, Промежуточное, Кизилкольское) представлены стратиформными линзами сплошных руд, подстилаемых воронкообразными телами пиритизированных метасоматитов.

Медноколчеданные руды имеют относительно простой минеральный состав: пирит - 91 %, халькопирит - 2,0 - 4,5 %, сфалерит - 1,5 %, теннантит - около 0,2 %. Базис этих руд представлен тонкосреднезернистым (0,08 - 0,6 мм) пиритом.

Серноколчеданные руды представлены среднегрубозернистыми (размер зерен пирита 0,8 - 5,0 мм) анхипиритными сплошными рудами. Серноколчеданные руды закономерно располагаются в лежачем боку рудных тел Худесского, Быковского и Бескесского месторождений.

Содержание кобальта в кобальт-пиритных серноколчеданных рудах варьирует в широких пределах, от 0,003 до 0,20 %, среднее - 0,067 %. В известных кобальтовых месторождениях Канады, Китая, Колумбии, США, Бразилии, Зимбабве промышленные концентрации кобальта составляют 0,05 %, что вполне сопоставимо с содержаниями металла в серноколчеданных рудах Худесского месторождения.

2.6 Генетические особенности формирования месторождения

Вулканогенно-осадочные месторождения формировались на дне геосинклинальных и платформенных морей. В раннюю стадию на дне геосинклиналей за счет продуктов базальтоидного магматизма возникали месторождения железа, марганца и колчеданов. Главные геологические особенности руд: Железорудные месторождения докембрия и нижнего палеозоя, описанные Л. Н. Формозовой, приурочены к центральным частям геосинклинальных прогибов и тесно связаны с областями подводных излияний основных магм. С излившимися магмами переслаиваются осадочные рудовмещающие породы, иногда отмечается ритмичное переслаивание сланцев, рудных прослоев, песчаников и вулканогенных пород. Михайлов, Ю.В. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых: Подземная разработка рудных месторождений в сложных горно- геологических условиях / Ю.В. Михайлов. - М.: Academia, 2015. - 44 c

Рудоносность и масштаб месторождений зависят от интенсивности проявления вулканизма. Рудоотложение часто происходит в относительно глубоководных условиях вдали от берега, этим вулканогенно-осадочные месторождения отличаются от типично морских осадочных. В придонных осадках этих впадин выделяются слои железистого монтмориллонита, аморфного гётита, сульфидов и ангидрита.

Высказана следующая гипотеза о происхождении этих своеобразных скоплений: соляные рассолы первоначально накапливались в изолированных усыхающих впадинах, затем были перекрыты океанической водой, прорвавшейся в трог Красного моря, и минерализованы гидротермальными водами магматогенного происхождения.

По мнению Г. С. Дзоценидзе, приносимые газогидротермами рудные вещества могут создать месторождение лишь при наличии депрессии на дне моря, где отложенные вещества не рассеиваются на большой площади дна бассейна, а концентрируются в виде слоя или слоев разной мощности, защищенных от размыва волнениями и течениями. Механизм отложения рудного вещества, диагенез и модели гидротермально- осадочного месторождения:

К категории особых, усложненных явлений, происходящих в ходе диагенеза осадков, следует отнести формирование гидротермально -осадочных месторождений. Месторождения формируются синхронно с накоплением осадков и их диагенезом, но состав поровой влаги усложнен проникновением в осадки минерализованных (в том числе рудоносных) растворов. Идут обычные для диагенеза физико-химические и биологические процессы, осадок уплотняется, перекристаллизовывается, в нем протекают реакции изменения одних и кристаллизации других минералов. В зависимости от состава гидротермальных растворов, пропитавших илы, образуются разные минеральные (в том числе промышленные) послойные месторождения -- медные, полиметаллические, свинцово-цинковые, железорудные, железомарганцевые. Гидротермальные растворы могут иметь различное происхождение, связанное с вулканической деятельностью, интрузивными процессами, мантийными явлениями. По генетическим особенностям эти месторождения относятся, в равной мере условно, как к экзогенным, так и к эндогенным. Типы месторождений: К числу вулканогенно-осадочных месторождений исследователи относят многие месторождения черных и цветных металлов:

-Железорудные: Клинтон в США, Ньюфаундленд в Канаде, некоторые месторождения Швейцарии и Югославии;

-Марганцеворудные, нередко железосодержащие: Кара- джал в Казахстане, Южно-Гербиканское Хабаровского края, некоторые месторождения Южного Урала и Закавказья. К вулканогенно-осадочным сульфидным рудным месторождениям относятся:

-Некоторые колчеданные месторождения Северного Кавказа.

К гидротермально-осадочным месторождениям относят прежде всего месторождения колчеданных (т.е. существенно пиритовых) руд состава Cu, Cu-Zn, Cu-Zn-Pb-Ag, а также окисных руд Fe и Mn. Рудоносные разломы в современных гидротермальных системах проявлены как сбросы. Оруденение обычно приурочено к пересечениям продольных рифтовых долин (грабенов) с поперечными трансформными сдвигами. Эти структуры определяют заложение и развитие впадин и одновременно являются каналами для движения флюидных систем. В крутопадающих каналах движения рудоносных флюидов в интервале палеоглубин от поверхности до нескольких километров образуются прожилково-вкрапленные руды состава, строения и облика, обычного для месторождений гидротермально-метасоматического типа. Часть рудного вещества накапливается на малой глубине путем замещения донных илов и (или) покровных вулканитов. Пучков, Л.А. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. В 2-х т. Т. 2. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых: Учебник для вузов / Л.А. Пучков. - М.: Горная книга, 2013. - 720 c

Поскольку в рудоносных системах сочетается отложение металлов гидротермально-осадочным путем на дне моря и обычным гидротермально-метасоматическим путем под покровом донных вулканогенных и осадочных отложений, колчеданные месторождения нередко имеют черты и тех и других. Длительность метасоматической активности, сохраняемой после отложения слоистых руд на дне моря и их перекрытия надрудными отложениями (на Урале это обычно туфы и экструзивы риолитов), доказывается мощными зонами серицит-кварцевых, каолин-алунит-кварцевых метасоматитов в риолитах. Надрудные метасоматиты содержат вкрапленность тех же сульфидов, что и подстилающие их колчеданные залежи, хотя и в меньшей концентрации. В этих послерудных по отношению к колчеданным залежам измененных риолитах нередко обнаруживается эпитермальная золото-серебряная минерализация, сходная с таковой в обычных эпитермальных месторождениях.

3. Факторы, определяющие промышленную ценность месторождения

Худесский рудник, или Худесское медно-колчеданное месторождение - месторождение медноколчеданных руд в Малокарачаевском районе КЧР, в верховьях реки Тохан у северного подножия горы Эльбрус на высоте 2800-3400 м. Михайлов, Ю.В. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых: Подземная разработка рудных месторождений в сложных горно- геологических условиях / Ю.В. Михайлов. - М.: Academia, 2015. - 44 c.

Медноколчеданные руды Худесского месторождения локализуются внутри двух рудоносных зон - Центральной (Главная залежь) и Промежуточной (Промежуточная залежь), представляющих собой цепь крупных тел кварц-серицит-хлоритовых метасоматитов. Главные запасы медноколчеданных руд (94,8 %) сосредоточены в Главной залежи, представляющей собой крутопадающую линзу с общим падением к югу под углами 65-80°. Ее длина по простиранию 1060 м, по падению - 560 м, средняя мощность 33 м.

Рудовмещающие породы представлены базальтами, андезитами, риолитами кызылкольской свиты, имеющей максимальную для всего Передового хребта мощность до 2000 м. На месторождении выделяются три типа промышленных руд: медно-колчеданный, медно-цинковый, колчеданный и серноколчеданный. В минеральном составе рудных тел преобладают пирит, халькопирит, марказит, сфалерит, борнит. Второстепенными минералами являются халькозин, самородная медь, куприт, теннантит, малахит, азурит, ковеллин, гематит, магнетит, самородное серебро и золото, хальконтит, электрум. В рудах месторождения отмечается большое количество промышленно ценных компонентов: медь, цинк, сера, золото, серебро, кобальт, селен, теллур и примесей - кадмий, индий, таллий, галлий, германий и висмут. Худесское месторождение в настоящее время (2014 г.) не разрабатывается.

Судя по записям в энциклопедии Брокгауза и Ефрона промышленная добыча на Худесском руднике началась в конце XIX века. В 1894 г. предприятием владело акционерное общество "Эльбрус". Было разведано 68 рудоносных жил, работал обогатительный комбинат. В 2006 г. Урупский ГОК приобрёл месторождение за 31,5 млн. руб. Планировалось в том районе построить горно-обогатительный комбинат. Примерные запасы месторождения составляют более 31 млн тонн руды по категориям B+С1, около 500 тыс. тонн меди, 268,8 тыс. тонн цинка, 25,7 тонны золота и 334 тонны серебра. Однако проект и сейчас остаётся только инвестиционным предложением.

Худесское рудное поле выявлено в 1960 г. СКГУ , в его промышленные перспективы определялись работами 1956г. В 1962-1963г.г. выполнились: доразведка глубин центральной части и восточного фланга Главной рудной залежи (с пересчетом запасов) и оценка рудоносности флангов и глубоких горизонтов Центральной зоны: доразведка рудной залежи ( с подсчетом запасов) и оценке рудоносности флангов и глубоких горизонтов Промежуточной зоны: поиски и съемка масштаба 1:10000 в пределах юга и восточного фланга рудного поля: предварительная оценка рудопроявления коренного золота в районе хр. Ташлусырт. Рудное поле месторождения находятся в юго -восточной части "глыбо-складчатой зоны" Передового хребта Кавказа, в строении которого принимает значение участие: зеленокаменные образования эффузивной и туфогенно-осадочной свит нижнего карбона-среднего девона, комплекс пород свит (вулканогенный, туфосланцевый, глинистых сланцев) карачаевской серии нижнего карбона и терригенные отложения верхней красноцветной толщи нижней перми. Комплекс этих образований рвется гипабиссальными интрузиями гранитоидов и дайками основного,среднего и кислого состава. В пределах рудного поля находятся две рудоносные зоны (Центральная и Промежуточная) , локализующиеся среди эффузивов нижнего карбона, и ряд зон пиритизации, приуроченных как к вулканогеннам нижнего девона (Южная), так и нижнего карбона (Северная, Подкова и др) Все зоны согласно залегают среди вмещающих их комплексов пород, вытянуты в субширотном направлении и отстоят друг от друга на 0,3-1,5 км. В структурном отношении они приурочены к южномукрылу Кизилькольской антиклинали. Центральная и Промежуточные зоны являются пока основными объектами локализации промышленных запасов медисто-колчеданных руд. В пределах зон разведены три крутопадающих линзообразных тел колчеданного типа. Месторождение по запасам полезных компонентов относится к разряду крупных медисто-колчеданных со средним качеством минерального сырья. Гидрогеологические условия простые: рудные тела расположены выше базиса эрозии.

Территория участка дренируется ручьем Кислый, в 800 м ниже впадающего в р. Тахана, долина которой известна своими минеральными источниками. Нарушения почвенного слоя альпийских пастбищных лугов связаны с проведением дорожных серпантинов к 3 штольням с рудными отвалами, а также промоинами, оползнями на склонах, свалками, площадками для техники, водоводом и площадью временной застройки. При отсутствии рекультивации первоначальная площадь нарушений увеличивается со временем. Загрязнение поверхностных вод выражается в превышении ПДК от 2 до 5 раз для V, Cu, Mo, Mn, Cd, Ag, Pb. В водах штолен также содержание Fe достигает 100 ПДК, которое быстро выпадает в осадок в виде гидроокислов при смешении с кислородсодержащими водами ручьев на протяжении 1 км. В р. Тохана попадает до 50 куб. м гидроокислов в год. Водозабор ниже по течению от штолен и водопровод местного молокоприемного пункта в 15 км ниже имеет содержания Cd и Zn равные ПДК. В целом площадь токсикации растительности сульфидами в 2 раза превышает площадь отвалов. Мезофауна в ручьях и на участке 10 км по р. Тохана отсутствует, что свидетельствует о загрязненности вод и может отрицательно сказаться на сохранении ценных видов рыб (форель). Инженерно-геологические (геомеханические) нарушения проявлены на площади 35 га и выражаются в просадочно-оползневых деформациях грунтов (воронки до 40 м в диаметре глубиной до 8 м; сдвижения грунта и трещины по склонам около шахты), вызвавших повреждением лесов. Кроме указанных к этому типу нарушений относятся карьерный отвал с преобладанием рудоносных пород размерами 750 х 220 м высотой 15 м и шахтный отвал 200 х 70 м, продолжающий увеличиваться. . Пучков, Л.А. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. В 2-х т. Т. 2. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых: Учебник для вузов / Л.А. Пучков. - М.: Горная книга, 2013. - 720 c

4. Требования промышленности к основным типам минерального сырья

Важным фактором, определяющим выбор технологической схемы, является требование чистоты кобальта, предназначенного для использования (до 40 %) в виде металла или оксида применяется в жаропрочных и жаростойких сплавах и сталях, где служит легирующей добавкой к другим металлам. Михайлов, Ю.В. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых: Подземная разработка рудных месторождений в сложных горно- геологических условиях / Ю.В. Михайлов. - М.: Academia, 2015. - 44 c.

До 20 % кобальта идет на изготовление магнитных сплавов, обладающих большей магнитной энергией на единицу объема, чем магниты из других сплавов.

В большом количестве (16 %) кобальт применяется для изготовления твердых сплавов, среди которых различаются литые (стеллиты) и металлокерамические сплавы (керметы), в состав которых кроме кобальта входят хром, вольфрам, титан, молибден и углерод.

В химической и керамической промышленности потребляется до 20 % кобальта в качестве катализатора или для изготовления красок и эмалей.

В последнее время кобальт широко применяется в производстве литиево-кобальтовых аккумуляторов и элементов питания.

Радиоактивный изотоп 60Со применяется в медицине, дефектоскопии и сельском хозяйстве.

Минералы Кобальта редки и не образуют значительных рудных скоплений. Главным источником промышленного получения Кобальта служат руды никеля, содержащие Кобальт как примесь. Переработка этих руд весьма сложна, и её способ зависит от состава руды. В конечном итоге получают раствор хлоридов Кобальта и никеля, содержащий примеси Cu2+ , Pb2+ , Bi3+ . Действием H2 S осаждают сульфиды Cu, Pb, Bi, после чего пропусканием хлора переводят Fe (II) в Fe (lll) и добавлением СаСО3 осаждают Fe (OH)3 и CaHAsO4 . От никеля Кобпльт отделяют по реакции: 2CoCl2 +NaCIO+4NaOH+H2 O = 2Co (OH)3 +5NaCI.

Значительная доля запасов кобальта сосредоточена в комплексных кобальтсодержащих месторождениях, которые кроме указанных выше сульфидных медноникелевых и силикатных никелевых включают в себя следующие геологопромышленные типы: медистых песчаников и сланцев, железорудные (магнетитовые) и медноколчеданные.

Стратиформные месторождения кобальтсодержащих медистых песчаников и сланцев выявлены только в Республике Конго, Замбии и Уганде. Рудные тела представлены пластообразными, реже жилообразными формами. Кобальт присутствует в рудах в основном в виде кобальтсодержащего пирита, линнеита и карролита в ассоциации с минералами меди и урана. Содержание кобальта до 0,3 % в сульфидных и 0,25-2,0 % в окисленных рудах. Масштаб месторождений этого типа очень крупный, запасы кобальта в них составляют до 50 % общемировых, а производство свыше 40 %. В России аналогичных месторождений не выявлено.

В железорудных месторождениях кобальт присутствует в кобальтсодержащем пирите, частично в магнетите, а также, реже, в арсенидах и сульфоарсенидах. Содержание кобальта в рудах 0,007-0,028 %. Месторождения этого типа известны во многих странах мира, в том числе и в России. В настоящее время при переработке этих руд кобальт не извлекается, несмотря на наличие технологий, по экономическим причинам.

В месторождениях медноколчеданного типа кобальт сосредоточен в пирите в виде изоморфной примеси и реже встречаются собственные минералы - кобальтин, линнеит и др. Содержание кобальта в рудах 0,013-0,07 %. Месторождения этого типа известны в Финляндии, Норвегии и России.

Интерес для освоения могут представлять техногенные месторождения, образовавшиеся в результате складирования забалансовых никелевых и кобальтовых руд, никель- и кобальтсодержащие отходы обогатительного (пирротиновый концентрат, хвосты) и металлургического (шлаки, кеки) процессов. Состав и строение техногенных месторождений определяются геолого-промышленным типом исходного природного месторождения, способом добычи и технологической схемой переработки минерального сырья, а также условиями складирования и сроками хранения отходов. Указанные факторы требуют специфических подходов к изучению и оценке техногенных месторождений, особенности которых изложены в соответствующих нормативно-методических документах и в настоящих Методических рекомендацияхне рассматриваются.

5. Основные направления комплексного использования минерального сырья

Кобальт в виде порошка используют в основном в качестве добавки к сталям. При этом повышается жаропрочность стали, улучшаются ее механические свойства (твердость и износоустойчивость при повышенных температурах). Кобальт входит в состав твердых сплавов, из которых изготовляется быстрорежущий инструмент. Один из основных компонентов твердого сплава - карбид вольфрама или титана - спекается в смеси с порошком металлического кобальта. Именно кобальт улучшает вязкость сплава и уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам. Так, например, резец из суперкобальтовой стали (18% кобальт) оказался самым износоустойчивым и с лучшими режущими свойствами по сравнению с резцами из ванадиевой стали (0% кобальт) и кобальтовой стали (6% кобальт). Также кобальтовый сплав может использоваться для защиты от износа поверхностей деталей, подверженных большим нагрузкам. Твердый сплав способен увеличить срок службы стальной детали в 4-8 раз. Голик, В.И. Разработка месторождений полезных ископаемых: Учебное пособие / В.И. Голик. - М.: Инфра-М, 2019. - 384 c.

Также стоит отметить магнитные свойства кобальта. Данный металл способен сохранять данные свойства после однократного намагничивания.

Магниты должны иметь высокое сопротивление к размагничиванию, быть устойчивыми по отношению к температуре и вибрациям, легко поддаваться механической обработке. Добавление кобальта в стали позволяет им сохранять магнитные свойства при высоких температурах и вибрациях, а также увеличивает сопротивление размагничиванию. Так, например, японская сталь, содержащая до 60% кобальта, имеет большую коэрцитивную силу (сопротивление размагничиванию) и всего лишь на 2-3,5% теряет магнитные свойства при вибрациях. Магнитные сплавы на основе кобальта применяют при производстве сердечников электромоторов, трансформаторов и в других электротехнических устройствах.

Стоит отметить, что кобальт также нашел применение в авиационной и космической промышленности. Кобальтовые сплавы постепенно начинают конкурировать с никелевыми, которые хорошо зарекомендовали себя и давно используются в данной отрасли промышленности. Сплавы, содержащие кобальт, используются в двигателях, где достигается достаточно высокая температура, в конструкциях авиационных турбин. Никелевые сплавы при высоких температурах теряют свою прочность (при температурах от 1038°С) и тем самым проигрывают кобальтовым.

В последнее время кобальт и его сплавы стали применяться при изготовлении ферритов, в производстве «печатных схем» в радиотехнической промышленности, при изготовлении квантовых генераторов и усилителей. Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД. Соединения кобальта, введенные в стекла при их варке, обеспечивают красивый синий (кобальтовый) цвет стеклянных изделий. Фосфаты акваамминкобальта (II) могут использоваться как биологически активные соединения, содержащие одновременно в составе молекулы макроэлементы фосфор и азот, а также микроэлемент кобальт. Указанные вещества ускоряют развитие и рост растений в сельском хозяйстве. Они также могут найти применение в органическом синтезе в качестве катализаторов. - пигмент для художественных красок и росписи на стекле и фарфоре. Используют комплексные соединения для осаждения малорастворимых осадков. Например, многие катионы тяжелых металлов образуют с гексацианокобальтом (III) ярко - окрашенные, малорастворимые соли, - зеленый, - желтый. Большинство комплексных соединений имеет характерную окраску, поэтому их применяют в качественном и количественном анализе. Ряд катионов обнаруживают путем образования комплексных соединений. Так открывают ионы: - желтый осадок), - синий осадок), - синий и - красный) и другие.Колчеданные месторождения Большого Кавказа. М., 1973. 256 с

Заключение

кобальт колчеданный месторождение

Таким образом, в результате исследований книжных материалов и интернет-ресурсов было установлено, что основными разновидностями месторождения являются: Главные промышленные типы руд кобальта -- сульфидные медно-никелевые, руды кор выветривания ультраосновных пород и кобальтсодержащие медистые песчаники и сланцы Заира и Замбии. Кроме того, добываются колчеданные руды с кобальтоносным пиритом, а также арсенидные и сульфоарсенидные комплексные (Ni-Co, Ni-Co-Ag иногда с Аu) и свинцово-цинковые кобальтсодержащие руды.

В сульфидных медно-никелевых рудах содержание кобальта невысокое (сотые доли процента), и его получают попутно с медью и никелем. Среди руд кор выветривания ультраосновных пород различают собственно кобальтовые асболановые руды с высоким содержанием кобальта (до 3%), кобальт-железо-никелевые (0,1--0,2% Со) и силикатные никелевые кобальтсодержащие руды (сотые доли процента Со). При переработке силикатных никелевых руд, содержащих кобальт, последний накапливается в шлаках, из которых затем извлекается. В связи со сложностью минерального состава руд и содержанием кобальта в нескольких минералах извлечение его в концентрат невысокое.

Из медно-колчеданных руд с кобальтоносным пиритом получают пиритный концентрат, который используется для производства серной кислоты. Остающийся при этом твердый огарок служит сырьем для получения кобальта и других металлов.

Извлечение кобальта из свинцово-цинковых руд возможно лишь в том случае, если кобальт представлен самостоятельными минералами, которые поддаются извлечению.

Именно кобальт улучшает вязкость сплава и уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам.

Стоит отметить, что кобальт также нашел применение в авиационной и космической промышленности.

В последнее время кобальт и его сплавы стали применяться при изготовлении ферритов, в производстве «печатных схем» в радиотехнической промышленности, при изготовлении квантовых генераторов и усилителей.

Литература

1. Богуш И.А. Комбинированные руды колчеданных месторождений Северного Кавказа // Геол. рудных месторождений. - 1979. - №6. - С. 32?46.

2. Голик, В.И. Подземная разработка месторождений: Учебное пособие / В.И. Голик. - М.: Инфра-М, 2017. - 384 c.

3. Голик, В.И. Разработка месторождений полезных ископаемых: Учебное пособие / В.И. Голик. - М.: Инфра-М, 2019. - 384 c.

4. Казикаев, Д.М. Практический курс комбинированной разработка рудных месторождений. / Д.М. Казикаев. - М.: МГГУ, 2010. - 186 c.

5. Каплунов, Д.Р. Комбинированная разработка рудных месторождений: Учебное пособие / Д.Р. Каплунов, М.В. Рыльникова. - М.: Горная книга, 2012. - 344 c.

6. Колчеданные месторождения Большого Кавказа. М., 1973. 256 с

7. Михайлов, Ю.В. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых: Подземная разработка рудных месторождений в сложных горно- геологических условиях / Ю.В. Михайлов. - М.: Academia, 2015. - 44 c.

8. Пучков, Л.А. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых / Л.А. Пучков, Ю.А. Жежелевский. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2015. - 562 c.

9. Пучков, Л.А. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. В 2-х т. Т. 2. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых: Учебник для вузов / Л.А. Пучков. - М.: Горная книга, 2013. - 720 c.

Размещено на Allbest.ru