Введение
никель месторождение горный амурский
Целью данной работы является: разобрать основные
месторождения никеля, изучить общие сведения металла, какие бывают типы
месторождений, изучить мировые запасы и запасы в России, а также узнать какие
месторождения и проявления поделочных камней находятся в Амурской области.
1. Общие сведения химического элемента никеля
Никель (лат. Niссolum), Ni, химический элемент с атомным номером 28, атомная масса 58,69. Химический символ элемента Ni. Природный никель состоит из пяти стабильных нуклидов: 58Ni (67,88% по массе), 60Ni (26,23%), 61Ni (1,19%), 62Ni (3,66%) и 64Ni (1,04%). В периодической системе Д.И. Менделеева никель входит в группу VIII В и вместе с железом и кобальтом образует в 4-м периоде в этой группе триаду близких по свойствам переходных металлов.
Никель был открыт в 1751 г. шведским металлургом А.Ф. Кронстедтом. [3] Это серебристо-белый металл с сильным блеском, не тускнеющий на воздухе. Никель тверд, тугоплавок и легко полируется. При отсутствии примесей (особенно серы) он весьма гибок, ковок, тягуч и способен развальцовываться в очень тонкие листы и вытягиваться в проволоку.
Температура плавления никеля 1455 0С, температура кипения 2990 0С, плотность 8,9 г/см3. Кларк никеля, по А.П. Виноградову, 0,008%.
Наиболее древние - сульфидные медно-никелевый месторождения архейских зеленокаменных поясов расположены на западе Австралии. Одни месторождения этого района заключены в пачке высокомагнезиальных вулканогенных пород мощностью 240-600 м, залегают они в горизонте серпентинизированных комтиитовых перидотитов. Образование руд произошло до метаморфизма вулканогенных толщ. Месторождения второго более позднего типа ассоциируют с дайками дунитов.
На орогенной стадии геосинклинальных областей образуются комплексные никель-кобальтовые месторождения (часто с серебром, висмутом, ураном), ассоциирующие с комплексами гранитоидов.
Крупные сульфидные медно-никелевые месторождения возникли на активизированных древних платформах и щитах. Оруденение приурочено к расслоенным массивам основных и ультраосновных пород, а также связано с трапповым магматизмом.
Основные эпохи медно-никелевого оруденения - архейская (Западная Австралия), протерозойская (Канадский и Балтийский щиты, Ю. Африка) и мезозойская (Сибирская платформа). К наиболее важным рудным районам относятся Сёдберри и Томпсон (Канада), Камбалда (З. Австралия), районы Кольского полуострова и Норильский район (Россия)
Силикатно-никелевые месторождения коры выветривания основных и ультраосновных пород Урала, Кубы, Новой Каледонии, Филиппин, Австралии и др. возникли в мезозойское время в платформенных условиях.
Никель концентрируется главным образом в мафитах и ультрамафитах в виде примеси к силикатам и рассеянных мелких выделений сульфидов. Из гранитоидной магмы никель (вместе с кобальтом, мышьяком, серой, а иногда и висмутом, серебром, ураном) выносится в гидротермальных растворах и образует жильные сульфидные и силикатные никелевые месторождения. В поверхностных условиях никель переносится грунтовыми водами и в виде водных силикатов накапливается в коре выветривания. Известно более 40 минералов никеля и более 100 минералов, в которых никель и кобальт присутствуют совместно. На более часто встречающиеся и промышленные минералы никеля: сульфиды пентландит, миллерит, никелин, никелестый пирротин, полидимит, кобальт-никелевый пирит, виоларит, бравоит, ваэсит, хлоантит, раммельс - бергит, герсдорфит, ульманит, водные силикаты - гарниерит, аннабергит, ховахсит, ревдинскит, шухардит, никелевые нонтрониты и никелевые хлориты.
Обычно разрабатываются месторождения сульфидных руд, содержащие 1-2% Ni, и силикатные руды, содержащие 1 - 1,5% Ni. Сульфоарсенидные никель-кобальтовые руды добываются в небольшом количестве. Никель получают из комплексных руд: медно-никелевых, кобальт-никелевых, железоникелевых. Для комплексных сульфидных руд никеля минимальным промышленным содержанием считается 0,2%, для оксидно-силикатных - 0,6%. Сульфидные медно-никелевые руды бывают массивными, вкрапленными и прожилковато-вкрапленными. Богатые руды с содержанием никеля не ниже 2 - 2,5% направляются в плавку. Более бедные руды предварительно обогащаются методом флотации. Силикатные руды никеля с содержанием металла 1,1 - 2% обогащению не поддаются. Они просушиваются, брикетируются, к ним примешиваются добавки, содержащие серу, и руды направляются в плавку. Сульфидо-арсенидные руды комплексные (никель, кобальт, серебро, иногда золото, висмут, уран) обычно богатые. В случае необходимости они подвергаются обогащению методом флотации.
Никель обладает ценными свойствами: ферромагнитностью, ковкостью, тягучестью, не окисляемостью на воздухе, сильным блеском, хорошо полируется, поддается прокатке, ковке и сварке. Основная часть добываемого никеля (87%) идёт на производство жаропрочных, конструкционных, инструментальных, нержавеющих сталей и сплавов. Относительно небольшая часть никеля расходуется на производство никелевого и медно-никелевого проката, для изготовления проволоки, лент, разнообразной аппаратуры для химической и пищевой промышленности, а также в реактивной авиации, ракетостроении, в производстве оборудования для атомных электростанций, для изготовления приборов радиолокации. Сплавы никеля с медью, цинком, алюминием (латунь, нейзильбер, мельхиор, бронза), сплав никеля и хрома (нихром) и монельметалл (75% меди и 25% никеля), широко используются машиностроительной промышленностью.
Сплав никонель применяется в ракетостроении; элинар сохраняет
постоянную упругость при различных температурах; платинит заменяет дорогую
платину; пермаллой обладает магнитной проницаемостью. Пермаллойные сердечники
есть в любом телефонном аппарате. Десятая часть никеля, производимого в мире,
идёт на изготовление катализаторов в нефтехимическом производстве.
2. Промышленные типы месторождений никеля
В основу положена промышленная систематика месторождений, базирующуюся на морфологии рудных тел, геологических условиях их залегания, минеральном и вещественном составе руд, особенностях их технологической переработки.
Основные типы никелевых месторождений следующие:
Тип первый. Магматические сульфидные медно-никелевые месторождения. Рудообразование - первоначальное нaкопление и обособление сульфидов - 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. Подъем никеленосной магмы совершается по глубинным разломам, глубоко проникающим в мантию, которые и определяют геологическую позицию рудных районов и полей медно-никелевых месторождений. Месторождения сульфидных медно-никелевых руд связаны с лополитоподобными или плитообразными массивами расслоенных габброидов, приуроченных к зонам глубинных разломов на древних щитах и платформах.
Форма рудных тел наиболее крупных месторождений пластообразная (Фруд-Стоби, Томпсон и др. в Канаде; Норильск 1, Талнахское и Октябрьское в СНГ; Камбалда в Австралии и др.), часто совпадающая с направлением расслоенности интрузивных массивов. Многие месторождения (Мончегорское, Каула в СНГ; Линн-Лейк в Канаде; Пилансберг в ЮАР; ряд месторождений Австралии) имеют жильную, столбообразную или более сложную форму рудных тел, определяемую разрывными нарушениями.
Характерной особенностью медно-никелевых месторождений всего мира является выдержанный минеральный состав руд: пирротин, пентландит, халькопирит, магнетит; кроме них в рудах встречаются пирит, кубанит, полидимит, никелин, миллерит, виоларит, минералы группы платины, изредка хромит, арсениды никеля и кобальта, галенит, сфалерит, борнит, макинавит, валлерит, графит, самородное золото.
Руды комплексные. В них содержится (%): Ni 0.6-5, Cu 0.2-6, Co 0.01-0.1, металлы группы платины. Отношение Ni: Cu= 1,5-2,5:1, но может быть и иным. Отношение Co: Ni=1:20-1:40. Бедные руды (Ni до 1,5% - в основном вкрапленные руды) обогащаются. Богатые руды (Ni более 1,5%) могут идти в плавку без обогащения. Из медно-никелевых руд извлекают медь, никель, кобальт, металлы группы платины, золото, серебро, серу, селен, теллур.
Тип второй. Силикатные никелевые руды кор выветривания. Экзогенные месторождения силикатных никелевых руд повсеместно связаны с тем или иным типом коры выветривания серпентенитов. при выветривании происходит стадийное разложение минералов, а также перенос подвижных элементов, с помощью воды из верхних частей коры в нижние. Tам эти элементы выпадают в осадок в виде вторичных минералов.
В месторождениях этого типа заключены запасы никеля в 3 раза превышающие его запасы в сульфидных рудах, а запасы некоторых месторождений достигают 1 млн. т. и более никеля. Крупные запасы силикатных руд сосредоточены на Новой Каледонии, Филиппинах, Индонезии, Австралии и др. странах. Среднее содержание в них никеля равно 1.1-2%. Кроме того в рудах часто содержится кобальт.
Выделяют:
А) Месторождения площадной коры (Кемпирсайское, Сахаринское, Серовское месторождения).
Месторождения Кемпирсайской группы представляют собой сохранившиеся остаточные покровы коры выветривания на дунитах, перидотитах, пироксенитах и их серпентинизированных разностях. Площадь никеленосных участков достигает нескольких квадратных километров. Контуры рудных тел с кондиционным содержанием металла определяются опробованием и густотой разведочной сети. Мощность рудных тел - 30 м (средняя 6 м). В общем случае профиль никеленосной площадной коры расчленяется на зоны: охры, нонтрониты, выщелочные змеевики, карбонатизированные змеевики, малоизмененные материнские породы - змеевики. Рудой является зона нонтронитов, нижняя часть зоны охр и верхняя часть зоны выщелочных змеевиков. Месторождения отрабатываются открытым способом. Мощность вскрышных пород 0 - 40 м.
Б) Месторождения линейно-площадной коры (Рогожинское, Черемшанское месторождения, Средний Урал).
Промышленные никелевые руды представлены охрами, нонтронитами, нонтронизированными и выщелоченными серпентитами. По вещественному составу и технологическим свойствам выделяются два типа руд: железистый, с повышенным содержанием кобальта; магнезиальный, с повышенным содержанием никеля. Для месторождений характерны две зоны оруденения. Верхняя зона представлена никеленосными латеритами и участками окремнения с содержанием до 60-70% оксида железа и 1-2% никеля. Нижняя зона сложена богатыми гарниерит-серпентитовыми рудами, которые залегают под площадной никеленосной корой выветривания. Рудные тела крайне изменчивой мощности прослеживаются на глубину 150 м и по простиранию на сотни метров. Наиболее богатые рудные интервалы приурочены к верхним частям серпентитовых руд. Содержание никеля составляет 10-16%, с глубиной снижается до 2%., кобальта - 0.01-0.03%, а окиси магния - 20-30%. Гарниерит-серпентитовые руды являются объектом добычи с момента открытия никелевых руд в Новой Каледонии (1875 г.) и до настоящего времени.
В). Месторождения линейного типа (Липовское, Елизаветинское месторождения, Средний Урал).
Приурочены к тектоническим зонам дробления, вдоль которых кора выветривания проникает на значительную глубину. Ширина рудоносных зон неодинаковая, редко достигает нескольких десятков метров. Иногда встречаются ряд параллельных полос, сливающихся в верхней части коры. Чаще всего рудные тела имеют крутое падение и прослеживаются на глубину 25-60 м. Основные носители никелевого оруденения в этом типе - гарниерит и гидросиликаты магния, хризотил и хризопраз.
Трещинные месторождения по содержанию никеля более богаты, чем месторождения площадной коры.
Месторождения со сложной морфологией рудных тел.
Среди этих месторождений выделяются месторождения «открытого» и «закрытого» карста. Руды приурочены к контакту никеленосных пород с карбонатными. В связи с этим площади месторождения вытянуты вдоль линии контактов. Рудные тела прослеживаются вдоль контакта на 100-350 м, а по падению на 10-200 м. Карстовые полости выполняются разложенным серпентитом, известняком, тальком, хлоритом, глинами и др. Материал не сортирован и имеет слабовыраженную грубую слоистость. Основные носителем никелевого оруденения - гарниериты и другие никелевые силикаты и галлуазиты.
Рудные тела на всех никелевых месторождениях выветривания не имеют четких границ. Их контуры определяются по данным химических анализов. Никелевые руды комплексные. Полезными компонентами являются: никель, кобальт, железо (только из руд, перерабатываемых в ферроникель).
По технологическим свойствам среди силикатных никелевых руд
выделяют следующие сорта: железистый, кремнистый, магнезиальный и
глинозёмистый. Также выделяют промежуточные железисто-магнезиальные,
кремнисто-глинозёмистые, железисто - кремнистый и др. сорта.
Мировые запасы никеля
Основу минерально-сырьевой базы мировой никелевой промышленности составляют месторождения двух типов: сульфидные медно-никелевые и оксидно-силикатные кобальт-никелевые. На остальные месторождения, из которых никель извлекается попутно, приходится 0,1-0,2% запасов металла.
Общие запасы никеля в мире на начало 2002 г. оцениваются Геологической службой США в 160 млн тонн, выросшие с 1999 г. на 20 млн тонн. Уникальными месторождениями (более 20 млн. тонн) обладают Австралия (25 млн тонн) и Куба (23 млн тонн), очень крупными (10-15 млн тонн) - Новая Каледония и Канада (15 млн тонн), Индонезия (13 млн тонн), ЮАР (12 млн тонн), Филиппины (11 млн тонн).
По данным Геологической службы США на начало 2002 г. мировые подтвержденные запасы никеля составляли 58 млн. тонн, с начала 1999 г. они выросли на 12 млн. тонн. Крупнейшие запасы находятся в Австралии (20 млн тонн), затем идут Россия и Канада (по 6,6 млн тонн), Куба (5,6 млн тонн), Новая Каледония (4,5 млн тонн), Китай (3,7 млн тонн), Индонезия (3,2 млн тонн), ЮАР (2,5 млн тонн). В Канаде, России, Китае и ЮАР от 90 до 100% запасов никеля находится в сульфидных месторождениях, в Австралии на них приходится около 50% запасов. На долю пяти стран - Австралии, России, Канады, Кубы и Новой Каледонии - приходится 75% подтвержденных запасов мира. [2]
Запасы никеля в РФ
Основные запасы никеля в России сосредоточены на месторождениях сульфидных медно-никелевых руд. Наиболее крупными из них являются Талнахское и Октябрьское в Норильском районе Красноярского края (на Таймыре), и Ждановское на Кольском полуострове.
На долю сульфидных медно-никелевых месторождений Норильского района приходится не менее 85% подтвержденных запасов никеля страны. В сульфидных месторождениях Мурманской области заключено 10% подтвержденных запасов никеля. Остальные 5% связаны с силикатными никелевыми рудами месторождений Среднего и Южного Урала, среди которых наиболее крупными являются Буруктальское, Сахаринское и Серовское. Первые два разрабатываются карьерами АО «Южуралникель», с последнего получают руду - АО «Уфалей Никель» и Рижский никелевый завод.
Основная рудная база России - уникальные по запасам месторождения на Таймыре - принадлежат АО ГМК «Норильский никель». Здесь сосредоточено более 35% разведанных мировых запасов никеля, почти 10% меди, около 15% кобальта и более 40% мировых запасов платиноидов. По разнообразию минеральных разновидностей эти месторождения не имеют себе равных: помимо меди и никеля в них содержатся 56 элементов таблицы Менделеева.
На Таймыре разрабатываются два месторождения:
«Норильск-1» - рудники «Медвежий ручей» (открытые горные работы) и «Заполярный»;
«Талнахско-Октябрьское» - рудники «Комсомольский», «Октябрьский» и «Таймырский».
На месторождении «Норильск-1» добывается в основном вкрапленная руда. Рудник открытых работ «Медвежий ручей» - старейший действующий рудник на Норильской площадке. Его эксплуатация началась в 1948 г. В общем объёме руды, добываемой в Норильске, на его долю приходится 2,5%.
На подземном руднике Заполярный добываются вкрапленные руды. Богатые и медистые руды имеются в незначительных объёмах. На долю этого рудника приходится около 12% всей добываемой в Норильске руды и около 4% извлекаемых металлов.
На подземных рудниках Талнахского рудного узла добывается как богатая (сплошная) сульфидная руда, так и бедная (вкрапленная и медистая). Наиболее интенсивно ведётся разработка богатых руд. В них сосредоточено 48% никеля, 38% меди, 47% кобальта и около 30% платиноидов от общих запасов рудного узла.