Prospects for the Practical Value of the Integrated Development of Poor Titanium-Zirconium Placers and Weathering Crusts in Kazakhstan

Erzhan M. Sapargaliev; Сапаргалиев Ержан Молдашевич; Askhat Zh. Azelkhanov; Азельханов Асхат Женисович; Mikhail M. Kravchenko; Кравченко Михаил Матвеевич; Yertlek S. Suiekpayev; Суйекпаев Ертлек Серикканович; Boris A. Dyachkov; Дьячков Борис Александрович

doi:10.15593/2712-8008/2021.1.3

Перспективы практического значения комплексного освоения бедных титан-циркониевых россыпей и кор выветривания Казахстана

Авторы: Сапаргалиев Е.М.¹, Азельханов А.Ж.¹, Кравченко М.М.¹, Суйекпаев Е.С.¹, Дьячков Б.А.¹
Учреждения:
1. Алтайский геолого-экологический институт
Выпуск: Том 21, № 1 (2021)
Страницы: 17-22
Раздел: Статьи
URL: https://ered.pstu.ru/index.php/geo/article/view/1351
DOI: https://doi.org/10.15593/2712-8008/2021.1.3
Цитировать

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Статистика

Аннотация

На территории Республики Казахстан имеется значительное количество выявленных месторождений, относящихся к корам выветривания и титан-ильменитовым россыпям, несущих промышленную минерализацию редких и редкоземельных элементов. Месторождения россыпей и кор выветривания, образованные в результате денудации коренных пород в прибрежно-морских и континентальных условиях осадконакопления, составляют основу минерально-сырьевой базы титан-циркониевых руд в Республики Казахстан. Титан-циркониевые месторождения россыпей и кор выветривания, обычно имеют низкие средние содержания основных полезных компонентов (рутил, ильменит и циркон), при этом содержат попутную минерализацию ценных редких и редкоземельных элементов. Рассматриваются различные аспекты комплексного освоения бедных титан-циркониевых россыпей, которые в настоящее время не имеют практического значения. Попутные полезные компоненты титан-циркониевых россыпей обычно представлены редкими и редкоземельными элементами, которые имеют практическое значение в высокотехнологических отраслях промышленности. Изучение попутных полезных компонентов в титан-циркониевых россыпях позволит рассмотреть возможность рентабельной эксплуатации и оценить перспективы укрепления их минерально-сырьевой базы. В результате обзора, анализа и оценки известных титан-циркониевых россыпей на территории Казахстана выделены наиболее перспективные рудопроявления, которые могут иметь практическое значение при их комплексном освоении: месторождение Караоткель - повышенные содержания редких и редкоземельных элементов в россыпных рудах можно рассматривать не только в качестве источника мономинеральных концентратов ильменита, циркона, кварца и кварцита, слюды и полевошпатового керамического сырья, но также в качестве источника редких и редкоземельных элементов; рудопроявления Кундыбай, Заячье и Дружба имеют потенциал комплексного освоения титан-циркониевых россыпей с редкими и редкоземельными элементами. Выделенные объекты заслуживают проведения поисково-оценочных работ с технико-экономическими исследованиями возможности комплексного освоения.

Ключевые слова

титан, цирконий, редкоземельные элементы, россыпи, коры выветривания, ильменит, рудопроявления, запасы, минерал, рутил, свита, эндогенные, примеси.

Полный текст

Введение Россыпи представляют собой скопления рыхлого или сцементированного обломочного материала, содержащего в виде зерен, обломков или агрегатов ценные минералы. Они образуются в результате разрушения коренных источников, главным образом эндогенных месторождений, минерализованных пород, переотложения коры выветривания и осадочных пород с повышенными концентрациями ценных минералов (таблица). Под титан-циркониевыми россыпями понимаются полиминеральные россыпи, главными полезными компонентами которых являются минералы титана (ильменит, рутил, лейкоксен) и циркония (циркон, бадделеит), а попутными полезными компонентами могут быть редкие и редкоземельные элементы. В настоящее время в соответствии с требованиями научно-технического прогресса сохраняется устойчивый рост производства и потребления титана, циркона, редких и редкоземельных элементов. Титан и его сплавы благодаря своим свойствам коррозионной стойкости, тугоплавкости и легкости материалов применяются в различных отраслях промышленности в машино- и приборостроении, авиастроении, военной промышленности, космической технике, в медицине и бытовой промышленности. Циркон и его сплавы применяются в ядерной энергетике, в легировании, в пиротехнике, в качестве сверхпроводников и кислотостойких конструкционных материалов, в медицине и бытовой промышленности. Редкие и редкоземельные элементы широко используются в атомной энергетике, радиоэлектронике, авиационной и ракетной технике, машинах и приборостроении. В Казахстане множество титан-циркониевых россыпей не вовлечены в эксплуатацию в связи с отсутствием практического значения и экономической эффективности. По условиям образования они в основном представлены прибрежно-морскими и континентальными (аллювиальными, аллювиально-делювиальными, аллювиально-пролювиальными и элювиальными) россыпями. Изучение попутных редких и редкоземельных полезных компонентов в бедных титан-циркониевых россыпях позволит оценить перспективы комплексного освоения, а также укрепить их минерально-сырьевую базу. В настоящей статье приводятся результаты обзора, анализа и оценки титан-циркониевых россыпных рудопроявлений Казахстана. Исследования проведены с целью оценки перспектив вовлечения в эксплуатацию относительно бедных по содержанию титан-циркониевых россыпей, имеющих попутную минерализацию редкими и редкоземельными элементами. На основании приведенных данных выделены наиболее перспективные титан-циркониевые россыпи для комплексного освоения с попутными редкими и редкоземельными элементами, а также представлены рекомендации по их дальнейшему изучению [1-24]. Характеристика перспективных титан-циркониевых россыпей с попутными редкими и редкоземельными элементами Ниже приведена краткая геологическая характеристика рудопроявлений / месторождений, имеющих потенциал экономически эффективного комплексного освоения. Рудопроявление Кундыбай расположено в Жетыгаринском районе Костанайской области Республики Казахстан и приурочено к мезозойской коре выветривания [4, 25, 26]. Зона рудной минерализации локализуется вдоль западного эндоконтакта Шевченковского серпентинитового массива и представляет собой субмеридиональную вытянутую полосу размером 21×2 км. Зона минерализации представлена кульсонит-ильменитовыми и лейкоксен-рутиловыми рудами, слагающими вытянутые пластообразные рудные тела, при мощности от 2 до 40 м. Рудные тела залегают на глубине 5-20 м и представлены рыхлой глинисто-песчаной массой (95 %) с редкими обломками щебня размером до 10 см и количеством до 5 %. В геологическом строении района рудопроявления участвуют (снизу вверх): кристаллические породы докембрия; хорошо сохранившиеся мезозойская кора выветривания мощностью 10-70 м с ярко выраженным каолиновым профилем; глины и суглинки палеоген-неогенового возраста мощностью 2-10 м. Редкие земли в коре выветривания находятся в глине (каолинит и галлуазит) в ионно-сорбированной форме и образуют собственные минералы; черчит, неодим-черчит, иттриевый рабдофанит, неодим-бастнезит. Основной рудный минерал гидрофосфат иттрия - черчит (в количестве от 0,3 до 56,0 кг/м3). Сумма окисей редких земель колеблется в бедных рудах от 150 до 300 г/м3 (в среднем 2 кг). В редких землях доля Y составляет 54 %. Спектр оставшихся 46 % лантаноидов, принятый за 100 %, выглядит следующим образом: La - 6,6 %, Ce - 11,2 %, Pr - 1,2 %, Nd - 15,2 % (суммарно легкие лантаноиды составляют 34,3 %), Sm - 4,6 %, Eu - 2,0 %, Gd - 11,8 %, Tb - 2,0 %, Dy - 15,4 %, Ho - 3,6 % (сумма промежуточных редких земель - 39,0 %), Er - 12,2 %, Tm - 1,9 %, Yb - 11,3 %, Lu - 1,2 % (сумма тяжелых редких земель) - 26,7 %). Рудопроявление Заячье расположено в Акмолинской области Республики Казахстан (рис. 1, а) и приурочено к прибрежно-морским россыпным отложениям [25-27]. Общая площадь месторождения около 70 км2. Среднее содержание ильменита 25 кг/м3, рутила и лейкоксена (в сумме) - 11,1 кг/м3, циркона - 11,9 кг/м3. Основные рудные тела заключены в тонкозернистых хорошо отмытых кварцевых песках чеганской свиты эоцена, которые перекрываются песчано-глинистыми осадками чиликтинской свиты олигоцена. Нижняя часть продуктивной пачки представлена мелкозернистыми глауконит-кварцевыми Характеристика главных минералов титан-циркониевых россыпных месторождений с попутными ценными примесями Наименование Главный полезный компонент Содержание, % Ценные примеси в минералах Плотность, г/см3 Рутил TiO2 88,6-98,2 Sc, Nb, Ta 4,2-4,3 Ильменит TiO2 34,4-68,2 Sc, Nb, Ta, V, TR 3,7-4,8 Лейкоксен TiO2 55,3-97,0 Sc, TR, Nb, Тa 3,3-4,1 Циркон ZrO2 60,0-67,0 Hf, Th, Sc, Y, TR 4,5-4,7 Бадделеит ZrO2 95,0-99,0 Hf, TR, Th 5,4-6,2 Рис. 1. Геологический разрез: а - по профилю ХLIII месторождения Заячье; б - по профилю III месторождения Дружба [25] песками с прослоями крупнозернистых песков эоцена. Палеозойский фундамент залегает на глубине 10-35 м и состоит из угленосных терригенных отложений юры. В результате технологических исследований при гравитационном обогащении песков получен коллективный концентрат. При его доводке получены промышленные селективные концентраты в том числе : цирконовый с содержанием ZrO2 - 54,1 %. Содержание окисей Sc и Hf в цирконе в среднем составляет 183 г/т и 1,0 % (или 1,2 %) соответственно. Рудопроявление Дружба расположено в Павлодарской области Республики Казахстан приурочено к дружбинской толще среднего-верхнего эоцена (рис. 1, б) [25-34]. На россыпи выделено четыре участка (участки А и Б, Восточный и Южный), минеральный состав ильменит-циркон-рутиловый. Среднее содержание ильменита 14,8 кг/м3, рутила и лейкоксена (в сумме) - 20,4 кг/м3, циркона - 11,4 кг/м3. Разрез толщи начинается песчано-гравийными отложениями аллювиальной фации по реликтам древних речных долин, выработанных в кристаллических породах палеозойского фундамента. На них залегают крупнозернистые гравелитистые, в нижней части часто глинистые пески, сменяющиеся крупнозернистыми, иногда гравийными песками пляжной фации. Разрез толщи завершается титаноносными мелкозернистыми (0,25-0,063 мм) песками с небольшой (3 %) примесью неравномерно распределенного глинистого материала. Общая мощность толщи варьируется от 10 до 35 м. Продуктивные пески перекрываются лигнитовыми полимиктовыми песчаными и гравийными отложениями олигоцена, глинами аральской свиты неогена и супесями четвертичного периода. При технологических исследованиях методом гравитационного обогащения получен коллективный концентрат с извлечением 74,04-81,28 % TiO2 и 93,09-95,72 % ZrO2. При его доводке выделены кондиционные селективные концентраты: ильменитовый с содержанием TiO2 - 48,01-48,55 % (извлечение 15,31-17,37 %); цирконовый с содержанием ZrO2 - 61,92-64,09 % (извлечение 84,58-84,88 %); рутил-лейкоксеновый продукт с содержанием TiO2 - 75,8-84,7 %. Исследования по попутным компонентам не проводились. Месторождение Караоткель расположено в Кокпектинском районе Восточно-Казахстанской области Республики Казахстан, в 10 км к западу от эксплуатируемого Сатпаевского месторождения и приурочено к речным долинам, врезанным в мезозойскую кору выветривания и аллювиальным гравийно-песчано-глинистым отложениям палеогена [25-38]. Месторождение является коровым и россыпным, но основную ценность его представляют аллювиальные россыпи палеогеновых долин. Мощность рудных тел варьируется от 4 до 7 м. Среднее содержание ильменита составляет 28 кг/м3, рутила и лейкоксена в сумме - 6,3 кг/м3, циркона - 6,2 кг/м3. Низкое среднее содержание рудных минералов компенсируется высоким качеством концентратов, в которых практически отсутствуют вредные примеси фосфора и хрома. Отрицательным фактором является высокое содержание в рудных песках глинистого материала Рис. 2. Схематическая прогнозно-металлогеническая карта Караоткель-Преображенской прогнозной площади с использованием материалов [40, 43] (50-75 %), затрудняющее применение гравитационного метода обогащения. Район месторождения сложен породами трех разновозрастных структурных этажей [39-45]: 1) кристаллического фундамента из пород буконьской и майтюбинской свит среднего-верхнего карбона и прорывающих их гранитоидных и габброидных интрузивных пород Караоткельского массива; 2) песчано-глинистых образований верхнемеловой коры выветривания по интрузивным и осадочно-метаморфическим породам палеозоя; 3) континентальных песчано-глинистых рыхлых отложений палеогена, неогена и четвертичного периодов в делювиально-пролювиальных, аллювиальных и озерных фациях. Месторождение содержит три генетических и геолого-промышленных типа россыпных руд: 1) рудовмещающей коры выветривания по интрузивным породам; 2) рудовмещающих аллювиальных отложений северозайсанской свиты палеоцена; 3) озерных отложений в основании сарыбулакской свиты олигоцена, перекрытых красно-бурыми глинами павлодарской свиты среднего миоцена. Россыпи Караоткельского и Сатпаевского месторождений окаймляют Караоткель-Преображенскую интрузию серией долин радиального характера, в пределах которых установлено 18 точек Ti-Zr-минерализации (рис. 2). В результате технологических исследований россыпи были получены: ильменитовый концентрат с содержанием Sc до 55 %, Y - до 40 % и Nb - до 5 %; циркониевый концентрат с содержанием Zr до 78,7 %. После доводки черновых концентратов содержание TiO2 составило 60,53 %; извлечение до 87,7 %. После металлургического передела в титановом шлаке выявлены высокие концентрации Nb2O5 до 0,167 %, Sc2O3 - до 0,168 %, TiO2 - до 0,104 %. По месторождению запасы TiO2 составляют 3 170 тыс. т, в нем Nb2O5 - 12,0 тыс. т (0,199 %); Ta2O5 - 0,57 тыс. т (0,0096 %); Sc2O3 - 0,27 тыс. т (0,0045 %) и V2O5 - 2,82 тыс. т (0,047 %); в цирконе - запасы ZrO2 - 592.0 тыс. т (при содержании циркона в руде 6,0 %), в нем HfO2 - 8,5 тыс. т (0,95 %) и Y2O3 -1,79 тыс. т (0,20 %). Заключение На рудопроявлениях Кундыбай, Заячье и Дружба рекомендуется проведение поисково-оценочных геологических исследований с целью определения экономической эффективности комплексного освоения титан-циркониевых россыпей с попутными редкими и редкоземельными полезными компонентами. Повышенные содержания редких и редкоземельных элементов в россыпных рудах Караоткельского месторождения позволяют предположить, что месторождение может рассматриваться не только в качестве источника мономинеральных концентратов ильменита, циркона, кварца и кварцита, слюды и полевошпатового керамического сырья, но также в качестве источника редких и редкоземельных элементов (главными минералами-концентраторами в качестве изоморфной примеси могут служить минералы монацит и циркон). Караоткель-Преображенская прогнозная площадь находится на юго-восточном фланге Преображенского интрузивного массива, где на широкой площади сноса (около 120 км2), характеризующейся разветвленной сетью долин, в палеозойском фундаменте имеются благоприятные геолого-геоморфологические условия для образования титан-циркониевых россыпей с попутными редкими и редкоземельными элементами. Прогнозная площадь рекомендуется для проведения комплексных поисковых геологических исследований с целью выявления богатых титан-циркониевых россыпей с попутными редкими и редкоземельными полезными компонетами. В целом титан-циркониевые россыпи Казахстана с относительно бедным содержанием главных полезных компонентов, но с повышенным содержанием попутных редких и редкоземельных компонентов имеют практический потенциал при их комплексной геолого-экономической оценке.

Об авторах