ЛЕКЦИЯ 2 ЛЕГИРУЮЩИЕ МЕТАЛЛЫ (Ti, Va)
2.1 МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТИТАНА
2.1.1 Свойства и применение
Белого цвета с серебристым цветом. Тплавления=1660°С, Ткипения>3000°C. Небольшая прочность.
Сплавы (Al, Mg, Cr, Cu, Ni, Co, Fe, Mo, W и др.) применяются при производстве танков, орудий, самолётов, ракетных двигателей.
TiO2 – для производства белил, наполнитель в бумажной, резиновой промышленности, для производства линолеума, эмалей, пластмасс и др.
2.1.2 Геохимические особенности
В таблице – 22-е место (атомная масса 47,9).
Образует 5 изотопов, 48Ti – главный изотоп.
Присутствует во многих породах и минералах как литофильный элемент.
Изоморфно замещает →® Al, Mg, Zn, Fe.
Сам замещается ← Fe, Ta, Nb.
Содержание Ti: в 3К 0,44%;
в ультрабазитах 0,31%;
в основных 0,9%;
в кислых 0,23%;
в щелочных габброидах до 4%.
Концентрация титана связана с породами основного и щелочного состава. Накапливается в остаточных расплавах (с Ta, Nb, Zr, Tr), образует позднемагматические месторождения.
В гранитах только акцессории (ильменит, сфен, рутил).
В зоне гипергенеза образуются россыпи (рутил, ильменит).
При метаморфизме горных пород, богатых Ti, возникают новообразования рутила и ильменита.
2.1.3 Промышленные минералы и типы руд
Титан содержится в 80 минералах, из них промышленными являются:
Рутил - TiO2;
Ильменит - FeTiO3;
Лопарит - (Na2,Ce, Ca)(Nb, Ti)O3.
Из лопарита Ti получают совместно с Nb и Ce.
Лейкоксен - вторичный минерал.
Основные виды сырья:
1) россыпные месторождения (ильменит, рутил, циркон, иногда золото и платина);
2) коренные титаномагнетитовые руды.
Из песков получают рутиловый и ильменитовый концентраты. Из коренных титаномагнетитовых руд вначале получают шлаки, из которых извлекается титан.
2.1.4 Металлогения
Месторождения титана формировались в ранние стадии эвгеосинклиналей и связаны с габбро-пироксенит-дунитовой формацией.
На активизированных платформах крупные месторождения связаны с гарбургит-ортопироксенит-норитовых массивах.
Месторождения меньших масштабов залегают в ультраосновных щелочных массивах и щелочных массивах центрального типа.
По возрасту местородждения формировались в докембрийский, каледонский, герцинский и альтийский циклы.
Россыпи – прибрежно-морские, аллювиальные и др. известны в Австралии, Индии, Бразилии, на Украине, Казахстане.
2.1.5 Промышленные типы месторождений
1) россыпные рутил-ильменитовые месторождения:
а) прибрежно-морские современные (Австралия, Индия, США) и древние погребённые (СССР);
б) континентальные аллювиальные (США).
титаномагнетитовые месторождения.Главный промышленный тип – россыпи (60% добычи). Второй тип (40% добычи).
Категории месторождений:
Коренные титаномагнетитовые месторождения:Крупные (TiO2 > 10 млн. т.);
Средние (TiO2 – 1-10 млн. т.);
Мелкие (TiO2 до 1 млн. т.).
2. Россыпи рутила:
Крупные (TiO2 > 1000 тыс. т.);
Средние (TiO2 – 1000-300 тыс. т.);
Мелкие (TiO2 до 300 тыс. т.).
Россыпи ильменита:Крупные (TiO2 > 5000 тыс. т.);
Средние (TiO2 – 2000-5000 тыс. т.);
Мелкие (TiO2 < 2000 тыс. т.).
Примеры месторождений:
Тип первый. Россыпные рутил-ильменитовые месторождения.
Россыпи комплексные (магнетит, циркон и др.).
Содержание TiO2 в них 0,2 – 10%.
(Австралия, Индия, США, Украина).
Прибрежно-морские россыпи Австралии.
Это самые крупные в мире месторождения по запасам рутила. Расположены на восточном побережье Австралии в виде полосы шириной до 800 м и длиной 75 км. Пляжевые пески состоят из кварца, циркона, ильменита, лейкоксена (монацит, гранат, магнетит, хромит, касситерит, золото и платина). Мощность песков 1,8 м, содержание тяжёлых минералов 5 – 6%.
Тяжёлый шлих: рутил (30%), циркон (39%), ильменит (26,5%), монацит (0,5%), прочие – 4%. В россыпи добывается 1/3 всех титановых концентратов зарубежья.
Россыпи Среднего Приднепровья (Украина).
Это погребённые прибрежно-морские россыпи, на северо-восточной окраине Украинского кристаллического щита.
Состав россыпи: циркон-рутил-ильменитовит. Находятся в прибрежно-морских фациях олигоцена – миоцена. Источник россыпей – мощная кора выветривания метаморфитов Украинского щита. Содержание рудных минералов неравномерное (0,5 до 300 кг/м3). Россыпь перекрыта четвертичными глинами мощностью 30 – 40 м.
2.1.6 Запасы, добыча и потребление титана
Запасы TiO2 в капстранах 417,8 млн. т. из них 119 млн. т. рутил (Бразилия, Австралия, Индия).
Производится ежегодно:
Рутиловый концентрат 350 тыс. т.;
Ильменитовый концентрат 3800 тыс. т.
Потребители: США, европейские страны. Используются для получения пигментов и титановой губки. Япония – основной поставщик губчатого титана.
2.2 МЕСТОРОЖДЕНИЯ ВАНАДИЯ
2.2.1 Свойства и применение
Чистый ванадий – серебристый ковкий металл.
Тплавления=1900°С, Ткипения=3400°С.
Плотность – 5,96 г/см3.
Применение: а) чёрная металлургия (для легирования чугуна и стали);
б) получение сплавов с Cu, Au;
в) чистый V – в атомной механике, в химической, стекольной и керамической промышленности.
2.2.2 Геохимические особенности
В таблице 23-е место, атомная масса 50,94, расположен между Ti и Cr.
Степени окисления +2, +3, +4, +5.
Литофильный элемент, но имеет разнообразные химические свойства.
Содержание V: 3К по [] 0,015%;
ультраосновные породы - 0,014%;
основные - 0,020%;
средние - 0,010%;
кислые - 0,004%.
Промышленные концентрации связаны с основными породами. Накопление в остаточных расплавах вместе с Fe и Ti, а концентрация в ильмените позднемагматических месторождений. Гидротернмальный процесс. В первичных рудах отсутствует, накопление в окисленных рудах (%). В гипергенных условиях образуются комплексные соединения и ванадийорганические соединения. В осадочном процессе концентрируется в ильменитовых россыпях, осадочных рудах железа и марганца, углях, фосфоритах, «чёрных» ванадиеносных сланцах. Инфильтрационные концентрации связаны с медистыми песчанниками, ураноносными песчаниками, нефтью и твёрдыми битумами.2.2.3 Промышленные минералы и типы руд
Кулсонит FeO⋅ЧV2O3
Ванадиевый магнетит Fe(Fe, V)2O4
Титаномагнетит (ванадийсодержащий) (Fe, Ti)3O4
Роскоэлит KV2⋅Ч[AlSi3O10][OH]2
Ванадинит Pb5⋅Ч[VO4]3Cl.
Промышленние руды:
титаномагнетитовые; ванадитовые (при окислении полиметаллических месторождений); роскоэлитовые (в песчаниках); осадочные руды железа; бокситы; фосфориты и др.Содержание V2O5 до 1% или более 1%.
2.2.4 Металлогения
1) В геосинклиналях накапливается:
а) в рудах титаномагнетитовых месторождений;
б) в осадочных углеродисто-кремнистых чёрных сланцах и фосфоритах.
На платформенном чехле:а) осадочные руды железа;
б) бурые угли;
в) песчаники;
г) нефти и альфальтиты;
д) россыпи титаномагнетита.
Продуктивные металлогенические эпохи:а) протерозойская; (титаномагнетитовые
б) каледонская; месторождения)
в) раннегерцинская; (чёрные сланцы)
г) мезозой-кайнозойская. (осадочные руды железа,
ванадиеносные песчаники)
Наиболее крупные провинции:
Бушвельд (ЮАР);
Канадский и балтийский щиты;
Индия;
Австралия;
СССР и др.
2.2.5 Промышленные типы месторождений
Основные типы месторождений:
титаномагнетитовые ванадийсодержащие месторождения (95,8% запасов и 71% добычи); медные ванадий-урановые в песчаниках (25% добычи ванадия).Возможный источник: нефть, битуминозные сланцы, осадочные руды железа, бокситы, угли и др.
Категории месторождений:
Крупные (более 100 тыс. т. V2O5);
Средние (10 – 100 тыс. т. V2O5);
Мелкие до 10 тыс. т. V2O5).
Примеры месторождений:
Первый тип. Титаномагнетитовые ванадийсодержащие месторождения Бушвельдский комплекс (ЮАР). Содержит 72% запасов и 50% добычи. В расслоеном массиве выделяются пластообразные залежи магнетита (мощностью 1,6 м, 0,3-0,75 м).
Главные рудные минералы:
Магнетит, титаномагнетит, ильменит, ульвошпинель.
Среднее содержание V2O5 – 1,8%. Из руд выплавляют ванадиевые шлаки с содержанием V2O5 25-28%.
2.2.6 Запасы, добыча и потребление
Общие запасы – 4980 тыс. т. [].
(ЮАР, Австралийский Союз, Индия, США и др.).
Годовое производство V2O5 (37,7 тыс. т.).
Основные потребители – США, Япония и страны Западной Европы.
