МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» К. А. Савко, И. П. Лебедев МЕСТОРОЖДЕНИЯ РЕДКИХ И РАССЕЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Учебное пособие для вузов Воронеж Издательский дом ВГУ 2015 1 Утверждено научно-методическим советом геологического факультета 19 февраля 2015 г., протокол № 6 Рецензент – доктор г.-м. наук, профессор, заведующий кафедрой гидрогеологии и инженерной геологии В.Л. Бочаров Учебное пособие подготовлено на кафедре полезных ископаемых и недропользования геологического факультета Воронежского государственного университета. <...> Редкие и рассеянные элементы – это не только мало распространенные в земной коре, но, прежде всего, новые для промышленности металлы, использование которых насчитывает не более полувека. <...> Различие между редкими и рассеянными элементами состоит в том, что редкие элементы (Li, Be, Y, Zr, Nb, Cs, Ta, Th, U и др.) имеют свои собственные рудные минералы-концентраторы (например, циркон, колумбит, танталлит), которые являются предметом добычи. <...> По химическим свойствам редкие и рассеянные элементы подразделяются на три группы: 1) литофильные металлы – Li, Rb, Cs, Be, Y, лантаноиды, Zr, Nb, Ta, Hf, Re – эти элементы в природе встречаются в форме солей кислородных кислот и оксидов, эндогенные месторождения этих металлов в основном генетически связаны с кислыми и щелочными породами; 2) халькофильные – Cd, Ga, In, Tl, Ge, Se, Te – для них наиболее характерны соединения с серой и накопление в сульфидных месторождениях; 3) сидерофильные металлы – Sc, V* – тяготеют к железу, в эндогенных месторождениях они большей частью накапливаются в ультрабазитах и базитах. <...> Основное внимание уделено характеристике промышленных типов месторождений в соответствии с их значимостью, приводятся примеры наиболее типичных представителей важных в промышленном отношении конкретных месторождений <...>
Месторождения_редких_и_рассеянных_элементов.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
К. А. Савко, И. П. Лебедев
МЕСТОРОЖДЕНИЯ
РЕДКИХ И РАССЕЯННЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ
Учебное пособие для вузов
Воронеж
Издательский дом ВГУ
2015
1
Стр.1
Содержание
Введение ................................................................................................................. 4
1. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЛИТОФИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ................................. 6
1.1. Литий (Li) ........................................................................................................ 6
1.2. Рубидий (Rb) и цезий (Сs) ........................................................................... 11
1.3. Бериллий (Be) ............................................................................................... 12
1.4. Цирконий и гафний (Zr и Hf) ...................................................................... 19
1.5. Ниобий и тантал (Nb и Ta) .......................................................................... 20
1.6. Редкоземельные элементы (иттрий и лантаноиды Y и TR) ..................... 28
1.7. Рений (Re) ..................................................................................................... 36
2. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ХАЛЬКОФИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ......................... 38
2.1. Кадмий (Cd) .................................................................................................. 38
2.2. Галлий (Ga) ................................................................................................... 39
2.3. Индий (In) ..................................................................................................... 40
2.4. Таллий (Tl) .................................................................................................... 41
2.5. Германий (Ge) ............................................................................................... 43
2.6. Селен (Se) ...................................................................................................... 45
2.7. Теллур (Te) .................................................................................................... 46
3. МЕСТОРОЖДЕНИЯ СИДЕРОФИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ .......................... 48
3.1. Скандий (Sc) ................................................................................................. 48
Литература ........................................................................................................... 53
3
Стр.3
1. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЛИТОФИЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ
1.1. ЛИТИЙ (Li)
Общие сведения, свойства
Литий – элемент первой группы таблицы Д. Менделеева, имеет порядко0,5
г/см3, температура плавления 180 ºC, кипения – 1317 ºC.
Литий обладает пластичностью и вязкостью, твердость 0,6. Он легко
вый номер 3; открыт в 1817 г. шведским химиком А. Арфедсоном в петалите.
Природный литий – смесь двух изотопов Li6 и Li7. Плотность лития –
сплавляется почти со всеми металлами, образуя твердые растворы или интерметаллические
соединения.
Области применения
Традиционными областями использования лития являются военная
техника, стекольная и керамическая отрасли промышленности, производство
флюсов, припоев, смазок, щелочных аккумуляторов, приборов для кондиционирования
воздуха. В последние годы литий нашел применение при
получении алюминия, наметились большие перспективы его использования
в легких конструкционных материалах. Li6 – единственный источник получения
радиоактивного изотопа водорода-трития – основного «горючего»
компонента водородных бомб. Литий – теплоноситель ядерных реакторов
благодаря большой разнице между температурой плавления и кипения.
Геохимия и минералогия
Кларк лития 27 г/т. Содержание его в магматических породах возрастает
от ультраосновных к кислым породам. Всего установлено 54 минерала
лития. Большинство минералов представлено силикатами и фосфатами. В
половине всех минералов лития, в том числе в большинстве его силикатов,
K и Na, реже Cs и Rb находятся в формульных количествах, могут присутствовать
Ca, Ba и Sr; особенно характерен гетеровалентный изоморфизм. В
природе наиболее широко проявлено изоморфное замещение литием магния
и двухвалентного железа.
Главными промышленными минералами являются: сподумен LiAlSi2O6
(содержание лития 5,8–7,6 %), лепидолит (лития 3,2–4,4 %), петалит LiAlSi4O10
(лития 3,4–4,1 %), амблигонит-монтебразит LiAlPO4F (лития 4,6–9,1 %).
В богатых рудах содержание Li2O 1,3–1,5 %, редко достигает 2 %, в
бедных – 0,6–1 %.
Промышленные типы месторождений
Промышленные концентрации лития образуются как в эндогенных, так и
экзогенных процессах рудообразования. Ведущими промышленными типами
месторождений являются гранитные пегматиты, а также природные высокоминерализованные
воды (рапа соляных озер, рассолы, термальные воды).
Меньшее значение имеют грейзеновые и гидротермальные месторождения.
6
Стр.6
ЭНДОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Месторождения гранитных пегматитов
Альбит-сподуменовые пегматиты с колумбитом и бериллом. Наиболее
характерные месторождения этого типа находятся в России (Колмозерское,
Полмостундровское, Тастыгское), известны в США (Кингз-Маунтин) и Афганистане
(Дарае-Пич). Месторождения приурочены к метаморфическим,
реже интрузивным породам разного возраста от протерозоя до мезозоя.
Альбит-сподуменовые пегматиты группируются в протяженные зоны.
Форма рудных тел – плитообразные жилы с раздувами. Протяженность
пегматитовых жил 500–3000 м, мощность 10–40 м. Залегание жил, как правило,
согласное с региональным простиранием пегматитового поля.
Главные минералы – кварц, альбит и сподумен, количество микроклина
не превышает 15 %; из второстепенных минералов встречаются мусковит,
турмалин, апатит, касситерит, гранат. Наряду со сподуменом нередко
присутствуют берилл, колумбит и др.
Альбит-сподуменовые пегматиты характеризуются наименее отчетливой
зональностью и самой низкой степенью дифференциации. В их внутреннем
строении принимают участие всего три зоны: мелкозернистая кварцальбитовая,
кварц-альбит-сподуменовая и блокового микроклина (рис. 1).
Альбит-сподуменовые пегматиты представляют собой крупные месторождения
лития (с попутным извлечением Ta и Be). Сподумен образует
крупные кристаллы размером до 50 см, редко до 2 м.
Среднее содержание Li2O – 1–1,5 %. Запасы Li2O исчисляются сотнями
тысяч тонн.
Рис.1. Геологический разрез по жилам альбит-сподуменового пегматита
(Н.А. Солодов, 1957):
1 – кварц-альбит-сподуменовая зона; 2 – среднезернистая кварц-альбитовая зона; 3 – интенсивно
выщелоченный кавернозный пегматит; 4 – габбро-анортозит
7
Стр.7
Сподумен-микроклин-альбитовые пегматиты с лепидолитом, петалитом,
поллуцитом, танталатами и бериллом представляют один из наиболее
важных типов промышленных редкометальных месторождений. Они известны
во многих пегматитовых полях мира от позднеархейской до герцинской
эпох. К месторождениям этого типа относятся Бикита (Зимбабве), Карибиб
(Намибия), Берник-Лейк (Канада), Васин-Мыльк (Россия) и др.
Обычно сподумен-микроклин-альбитовые пегматиты залегают в метаморфических
породах и ассоциируют с микроклиновыми, микроклинальбитовыми
и альбитовыми разностями. При этом они более удалены от
магматического очага, чем микроклиновые и микроклин-альбитовые пегматиты.
Месторождения представлены крупными линзо- и жилообразными
телами. Длина их измеряется многими сотнями метров (в отдельных случаях
превышает 1 км), мощность 5–50 м (иногда до 150 м).
Сподумен-микроклин-альбитовые пегматиты отличаются от всех типов
пегматитов наибольшей сложностью минерального состава. Наряду с
главными минералами – альбитом, микроклином и кварцем – в жилах присутствуют
мусковит, апатит, гранат, турмалин. Редкометальные минералы
представлены сподуменом, петалитом, лепидолитом, амблигонитом, эвкриптитом,
поллуцитом, бериллом, танталитом и др.
Внутреннее строение рассматриваемых пегматитов характеризуется
самой высокой степенью дифференциации (рис. 2): в отдельных жилах выделяется
11 зон, в большинстве пегматитов 3–7 зон.
Рис. 2. Геологический план (а) и разрез (б) по жиле сподумен-микроклинальбитового
типа КНР, Коктогай (Н.А. Солодов, 1952):
8
Стр.8