МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ГЕОГРАФИИ И ГЕОИНФОРМАТИКИ Кафедра региональной геологии ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ СТРОЕНИЯ ИДЕАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ Курсовая работа Дыдышко Дмитрий Александрович, студент 2 курса, специальность «геология и разведка месторождений полезных ископаемых» Научный руководитель: кандидат географических наук, доцент Т. А. Жидкова Минск, 2024 ОГЛАВЛЕНИЕ Глава 1 Глава 2 Глава 3 Введение…………………………………………………………. Общая характеристика руд цветных металлов………………... Месторождения цветных металлов……………………………. 2.1 Основные требования к качеству руд и горно-геологическим параметрам……………………………………… 2.2 Способы разработки месторождений……………………… 3 4 9 9 Перспективы развития минерально-сырьевой базы цветных металлов……………………………………………………………… 3.1 Медь………………………………………………………………… 3.2 Никель………………………………………………………………. 3.3 Свинец цинк……………………………………………………….. 3.4 Алюминий…………………………………………………………. Заключение……………………………………………………………. Список использованных источников…………………………… 19 2 11 19 25 27 31 35 36 ВВЕДЕНИЕ Современная научно-техническая эпоха требует новых достижений и открытий в промышленности. В особенности это касается авиационной и космической отраслей, где научные разработки играют ключевую роль. Это ведет к повышенной потребности в различных видах металлов, среди которых выделяется группа цветных металлов. Именно поэтому становится актуальной проблема обеспечения роста минерально-сырьевой базы данных элементов. Решения данной проблемы может происходить как по экстенсивному (разведка новых месторождений), так и по интенсивному (новые технологии, повышающие эффективность добычи) пути. В контексте данной работы мы сконцентрируемся на первом положении и скомпилируем информацию, что поможет обнаружить новые районы рудообразования. Цель работы: установить геологические параметры залегания и образования руд цветных металлов для прогноза новых месторождений в дальнейшем. Задачи работы: 1. Составить подробную характеристику физико-химических свойств руд цветных металлов. 2. Охарактеризовать месторождения руд цветных металлов: требования к качеству руд и горно-геологическим параметрам, способы разработки месторождений. 3. Выявить характерные признаки разных типов месторождений с целью выявления и дальнейшей эксплуатации новых месторождений. При написании курсовой работы использовались научные и учебные пособия по геологии советских и российских ученых, а также ряд интернет источников. Личный вклад заключался в подборе и анализе источников, подборе изображений, оформлении полученной информации в формате курсовой. 3 ГЛАВА 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РУД ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ Основным сырьем для металлургии являются руды. Они представляют собой совокупность рудных минералов и вмещающей породы. В данной работе речь пойдет о рудах цветных металлов, их особенностях залегания и условиях формирования. Стоит начать с самого названия «Цветные металлы». Оно является условным, ведь характерным цветом обладают лишь медь и золото. Остальные металлы этой группы имеют белый или слегка сероватый цвет. Лишь чистая форма металла имеет характерные оттенки [9]. Главным отличием цветных металлов от черных является их способность сохранять свои свойства с течением времени. Цветные металлы практически не окисляются, воздействия внешних факторов проявляется лишь на поверхности металла и не способны повлиять на внутреннюю часть. По количеству полезных металлов в руде выделяют монометаллические и полиметаллические руды. Первые содержат один полезный компонент. Их представителями является часть золотых руд. Такие руды встречаются редко, большая часть являются полиметаллическими, то есть, включают более одного полезного металла. Это медно-никелевые, медно-цинковые и др. руды. Руды цветных металлов образуются в различных геологических условиях. Они могут быть найдены в виде жил, месторождений или включений в породы. Распространение руды в природе определяет ее добычу и ценность. Большая часть руд цветных металлов образовалась под воздействием магматических процессов, то есть относится к эндогенным. Тем не менее, существует несколько исключений: 1. Бокситы – ключевые алюминиевые руды. Относятся к осадочным образованиям. 2. Месторождения силикатного никеля, образовавшиеся благодаря накоплению никеля в коре выветривания. 3. Гидротермальные месторождения меди [3]. Из характерных для руд цветных металлов свойств выделяют: 1. Присутствие в руде более одного полезного металла (медно-цинковые, медно-никелевые руды). 2. Огромное разнообразие. Даже руды одного месторождения могут различаться по своим свойствам и составу. 4 3. Прочная связь между полезными минералами и минералами вмещающей породы [9]. Руды цветных металлов разделяются по видам рудных минералов на: сульфидные, окислы, смешанные (им свойственна и сульфидная и окисленная форма) и самородные. Сульфидные руды как правило, идут вместе с окислами и являются основным сырьем для цветной металлургии. Такие руды делятся на сплошные и вкрапленные. По классификации С.И. Митрофанова и С.И. Полькина, к сульфидным относятся те руды, содержание окисленных минералов в которых менее 10%. Такие руды делятся по взаимоположению с вмещающими породами и содержанию рудных минералов на два класса: 1. Сплошные (массивные) руды практически ни содержат вмещающей породы, содержание ценных компонентов в них более 80 %, граница с вмещающей породой – резкая. 2. Вкрапленные (прожилковые) – это менее богатые руды. По содержанию рудных минералов делятся на: густовкрапленные (50-80%), вкрапленные (30-50 %) и бедные вкрапленные (менее 30 %). Не имеют четкой границы с вмещающей породой, распространены по ней в виде вкрапленников. По размерам вкрапленников руды делятся на: Руды с вкрапленностью до 0,1 мм. Мелковкрапленные (0,1- 2 мм) Крупновкрапленные (2- 20 мм) Очень крупновкрапленные (больше 20 мм) [10,13]. Существуют два типа руд: простые или монометаллические, и комплексные или полиметаллические. В особенности популярны полиметаллические сульфидные руды, состоящие из сульфидов меди, цинка, свинца, а также комплексные руды никеля, кобальта, сурьмы и ртути. Во многих сульфидных рудах также присутствуют примеси платины, золота, серебра, кадмия, индия, селена и теллура. Большинство месторождений сульфидных руд являются эндогенными, в основном гидротермальными месторождениями. Часто они формируют жилы, но также известны пласты, линзы, штоки и трубообразные залежи. Такие тела сульфидных руд простираются на сотни метров в длину и глубину – первые километры. Запасы руды в них достигают сотен миллионов и даже миллиардов тонн, а запасы металлов – десятков, сотен тысяч и даже миллионов тонн [9]. Окисленные руды – это руды для которых характерны соединения металлов с кислородом. Окисленными рудами считаются те, в которых содержание окислов превышает 20%. Возникают в результате окисления первичных руд. 5 Компонентный состав этих руд представлен кислородными соединениями различных элементов: оксидов, карбонатов, гидроокислов и т.д. Окисленные руды, как правило, представляют собой огнеупорные материалы, которые обладают рыхлой структурой и содержат значительное количество глинистых веществ, таких как Al2O3, а также влаги. Содержание серы обычно невелико. Располагаются преимущественно в верхних слоях земной коры из-за чего большинство таких месторождений уже исчерпано. Часто обнаруживаются совместно с сульфидными рудами. Из-за высокого содержания влаги окисленные руды подвергаются измельчению, а затем сушке для дальнейшей переработки. К этой группе относятся бокситы, а также окисленные никелевые руды [16]. Смешанные руды – это руды, что способны находится как в окисленной, так и в сульфидной форме. Для них характерно содержание окислов от 10 до 20% [10]. Самородные металлы – это металлы, которые существуют в виде различных частиц по форме и размеру. Они образуются в результате различных процессов, таких как магматические, гидротермальные, метаморфические и гипергенные. Многие из них скапливаются в виде россыпей. Самородные элементы встречаются редко или крайне редко, и лишь некоторые из них образуют значительные месторождения. Особую промышленную ценность имеет самородное золото. Представители класса цветных металлов встречаются в виде самородков очень редко [14]. Медные руды. По содержанию меди руды делятся на: очень богатые (>3-5%), богатые (2-3%), рядовые (1-2%), бедные (0,7-1%). Для медно-порфировых руд принято немного другое деление: богатые (>1%), рядовые (0,4-1%), бедные (<0,2%) [9]. Основные виды промышленных руд включают меднопорфировые, медистые песчаники и сланцы, а также медноколчеданные руды. Меднопорфировые руды, которые встречаются в штокверковых месторождениях, имеют прожилкововкрапленные текстуры. Эти текстуры обусловлены наличием тонких прожилков и вкраплений рудных минералов, таких как пирит, халькопирит, халькозин, борнит и молибденит. Эти руды представляют собой комплексные сочетания содержание меди в которых варьирует от 0,4% до 1,2%, со средним значением около 0,6-0,7%. Кроме меди и молибдена, из этих руд извлекают рений, золото, серебро и другие металлы [4]. Медистые песчаники и сланцы представляют собой осадочные породы, в которых присутствуют сульфиды, такие как халькозин, борнит, халькопирит и пирит. Содержание меди в этих рудах колеблется от 1% до 10%, со средним значением около 3,5%. Кроме того, в этих рудах содержатся также свинец, цинк, 6 серебро и рений, а в некоторых африканских месторождениях – кобальт, уран, серебро, кадмий и германий. Медноколчеданные руды могут быть массивными, вкрапленными или прожилково-вкрапленными и также имеют сульфидный состав. Массивные руды, состоящие в основном из пирита с примесями халькопирита и сфалерита, часто содержат галенит, блеклые руды и другие сульфиды, хоть и в небольших количествах. Вкрапленные и прожилково-вкрапленные руды представлены гидротермально измененными осадочными и вулканогенными породами с вкрапленностями и прожилками из тех же сульфидов. В этих рудах также присутствуют нерудные минералы, такие как кварц, хлорит, серицит и карбонаты. В зависимости от соотношения преобладающих сульфидов выделяется несколько типов руд – халькопирит-пиритовые, халькопирит-сфалерит-пиритовые и другие. Содержание меди в таких рудах составляет от долей процента до 2-3%, со средним значением около 1,4%. В дополнение к меди, из этих руд извлекают также цинк, серу, золото, серебро, кадмий, селен и теллур [4]. Никелевые руды. Существует два основных типа никелевых руд: сульфидные медно-никелевые и силикатные никелевые (латеритные). Сульфидные медноникелевые руды состоят из пирротина, халькопирита и пентландита. Содержание никеля в них варьирует от 0,25% до 4%, а меди – от 0,2% до 7,5%, в зависимости как от типа месторождений, так и от типов руд – сплошных, брекчиевидных или вкрапленных. Состав руд месторождений и их геолого-структурные особенности определяются условиями внедрения и локализации рудоносных массивов, процессами дифференциации никеленосного расплава и петрохимическим составом рудоносных формаций [4]. Латеритные никелевые руды представляют собой рыхлые глинистые породы с обломками серпентинитов, кремнистых образований и бурого железняка. Содержание никеля в латеритных рудах варьирует от 0,9% до 2,9%. Существуют две разновидности руд: оксидные (лимонитовые) и силикатные (гарниеритовые). Оксидные руды состоят из охров и охристо-кремнистых образований и отличаются высоким содержанием кобальта в виде асболанов. Никель содержится в гидроксидах железа. Стоит помнить и о железо-марганцевых конкрециях о которых шла речь выше. Ресурсы никеля, включенного в конкреции на дне мирового океана, оцениваются в 73 миллиарда тонн. При этом среднее содержание никеля в этих конкрециях составляет 1,3% [4]. Алюминиевые руды. Бокситы – это важнейшие руды, используемые для производства алюминия. Состоят они из гидроксидов алюминия, оксидов и 7 гидроксидов железа, глинистых минералов и кварца. Отношение алюминия (Al2O3) к кремнезему (SiO2) должно быть не менее 2,6. Существуют различные типы бокситов по минеральному составу: диаспоровые, бемитовые, гиббситовые, а также комплексные, состоящие из двух или трех перечисленных минералов. По текстуре они делятся на каменистые, рыхлые, оолитовые, бобовые, брекчиевые и яшмовидные. Благодаря оксидам железа они обычно имеют разнообразные оттенки красного и коричневого цветов, а также встречаются в белом, сером, черном и других окрасках. Бокситы также содержат примеси различных элементов, таких как ванадий, хром, кальций, титан и другие. Глинозем в аморфной форме со временем проходит старение, превращаясь в бемит, а последний превращается в гиббсит. Именно поэтому гиббситовые бокситы являются наиболее распространенными в природе [4]. Свинцово-цинковые руды. Руды свинцово-цинковых месторождений всех типов являются комплексными и характеризуются сложным минеральным составом. Помимо двух главных металлов в рудах также могут присутствовать медь, сурьма, висмут и олово. Почти во всех случаях цинк преобладает над свинцом в большей или меньшей степени. Дополнительные компоненты руд включают кадмий, серебро, золото, селен, теллур, германий, таллий, галлий и индий. Свинцово-цинковые руды сосредоточивают более 80% мировых запасов кадмия, 40-50% таллия, 25-30% германия, 20-25% селена, теллура, индия, 15-20% галлия и висмута. Из этих руд добывают 50% всего серебра. Свинцово-цинковые руды относятся к богатым, если содержание свинца превышает 4% или сумма свинца и цинка превышает 7%; руды среднего качества содержат 2-4% свинца или 4-7% суммы свинца и цинка; бедные руды характеризуются содержанием свинца от 1,2% до 2% или суммы свинца и цинка не менее 4%. Технологические свойства свинцово-цинковых руд определяются, прежде всего, их структурными особенностями, так как крупнозернистые руды легко обогащаются и разделяются, а для селективной флотации тонкозернистых руд требуется их очень тонкое измельчение [4]. 8 ГЛАВА 2 МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ 2.1 Основные требования к качеству руд и горно-геологическим параметрам Для эффективного выделения промышленных участков, содержащих полезные ископаемые, и для успешного проведения поисков, разведки и оценки запасов, необходимо учитывать требования отрасли к качеству минерального сырья и к горнотехническим условиям разработки месторождений –- промышленные кондиции. Вследствие непрерывной эволюции технологий добычи и обработки минерального сырья, изменении цен на конечную продукцию и прочих стимулирующих факторов, необходимость периодической переоценки условий становится неотъемлемой. Уровень удельных капиталовложений в строительство горнорудного предприятия определяется на основе общих вложений в данную отрасль, и этот показатель имеет значимое влияние на принятие решений о разработке месторождения. Поэтому разведочные организации должны обеспечить полное получение информации о месторождении при расчете кондиций [2]. Наиболее простой метод для определения рентабельности месторождения при первой оценке – это сравнение его с уже имеющимся месторождением того же типа (эталонным месторождением). Если новое месторождение по ряду параметров соответствует ранее разработанному, то логично предположить, что новое месторождение тоже рентабельно. Существует ряд требований к качеству руд, в зависимости от которых месторождения будут отнесены к балансовым или к забалансовым. Факторы определяющие затраты при добыче руды это: 1. Содержание металла: руда должна содержать достаточное количество металла (например, меди, никеля, алюминия и др.) для экономически эффективной добычи. Этот показатель зависит от процентного содержания компонента в земной коре. 2. Бортовое содержание металла (минимальное содержание полезного вещества, при котором проба идет в учет промышленных запасов). 3. Наибольшая мощность прослоев пустой породы или бедных руд, включенных в рудный массив. 4. Размер месторождения (запасы полезного ископаемого). По размерам месторождения делятся на: уникальные, крупные, средние и мелкие. Отнесение месторождения к той или иной группе зависит от запасов минерального сырья. 9 5. Качество ископаемого (вещественный состав): руда должна быть максимально чистой от примесей, таких как сера, фосфор, олово и другие, которые могут усложнить процесс обогащения или ухудшить качество конечного продукта. По качеству руды делятся на: богатые, средние, бедные и убогие. Отнесение руды к той или иной группе зависит от содержания полезного вещества, его технических особенностей и сортности. В каждом подсчетном блоке требуется наличие минимального промышленного содержания полезного компонента. Каждый подсчетный блок должен быть геологически и технологически однородным, а также должен быть обеспечен достаточным количеством разведочных выработок, на основании которых можно получить надежную оценку. 6. Концентрация запасов полезного ископаемого: определяет в первую распределение рудного вещества в пределах месторождения. Измеряется данная величина количеством ископаемого на единицу площади или глубины, что отражает продуктивность месторождения. Не малое значение имеют и размеры, форма и условия залегания залежей. В зависимости от этих параметров будет отличаться система разработки месторождения, его экономическая эффективность. 7. Геометрические параметры рудного тела: условия залегания тел полезных ископаемых, а также их форма, размеры, мощность и тектоническая нарушенность являются основой для выбора способа и системы разработки месторождения. Например, глубина залегания тел полезных ископаемых, объем вскрышных работ и другие факторы должны быть учтены при выборе открытого способа разработки. Внутреннее строение тел полезных ископаемых, наличие безрудных участков и их размеры, количество рудоносных участков необходимы для определения возможности селективной отработки и оставления безрудных участков, а также для определения необходимости эксплуатационной разведки и ее масштаба. 8. Механические свойства: рудные породы должны иметь определенные механические свойства, чтобы установить возможность применения различных методов добычи (например, взрывного, подземного, открытого). Горнотехнические условия отработки, такие как крепость минерального сырья и пород, устойчивость, способность к вспучиванию и оплыванию, оказывают прямое влияние на себестоимость добычи и являются неотъемлемой частью проектирования отработки месторождения и его эксплуатации 9. Экологические требования: рудный материал должен удовлетворять нормам и стандартам в области охраны окружающей среды, включая минимизацию выбросов и отходов, соблюдение ограничений на концентрацию опасных веществ и т.д. 10 10. Гидрогеологические условия отработки определяют ожидаемые водопритоки и требуют проектирования предупредительных мероприятий, таких как мощности насосных установок, осушение и опережающее бурение [2]. Не стоит забывать и про затраты на доставку и строительство необходимой инфраструктуры. Для определения затрат, связанных с транспортировкой, следует учесть доставку минерального сырья от места добычи до места переработки, а также доставку концентратов от обогатительной фабрики до завода или потребителя. Географо-экономические факторы района, такие как удаленность от железнодорожных магистралей, состояние автодорожного хозяйства и климатические условия, должны быть учтены при определении этих затрат. Амортизационные отчисления представляют собой погашение затрат на строительство и возмещение износа основных фондов. Затраты, связанные с амортизацией, следует определить на основе общих капиталов, которые затрачиваются на строительство рудничного хозяйства, подготовку выработок, строительство обогатительной фабрики или завода, установку оборудования, строительство подъездных путей и других сооружений. Срок службы производственных зданий, сооружений и оборудования регламентируется специальными постановлениями. 2.2 Способы разработки месторождений Месторождение – это разведанные запасы полезного ископаемого добыча которого целесообразна. Месторождения можно разделить на промышленные и непромышленные. Первые пригодны для добычи в то время, как вторые из-за неких осложнений (сложных условий залегания, отсутствия необходимых технологий и т.д.) недоступны. Что же касается месторождений руд цветных металлов, она ведется тремя способами: карьерным (открытым); шахтным (закрытым); комбинированным [9]. Причем во всех случаях разработка месторождений включает в себя три стадии работ: вскрытие месторождения, подготовка к его добыче и непосредственно добыча. Во всех случаях ключевым моментом является выбор системы разработки месторождения. Система разработки – это ряд мероприятий по очистке выработок, что будут отвечать требованиям безопасности и гарантировать высокую эффективность и скорость добычи. Определение оптимальной системы 11 разработки требует сведений о теле полезного ископаемого, свойствах вмещающих его пород, валовая ценность и объемный вес руд [2]. Сейчас значительную долю руд добывают карьерным способом. Основным признаком этого метода является открытый доступ к ископаемому. После проведения буровзрывных работ рудную массу подымают на поверхность и направляют на обогатительную фабрику. Основные преимущества данного метода заключаются в больших производственных мощностях, относительной безопасности в сравнении с шахтным методом, незначительная стоимость добычи и разубоживание руды. Стоит отметить что есть сомнения на счет распространения такой практики в будущем. Ведь из-за активной добычи месторождения, находящиеся близко к поверхности, в значительной мере истощились. Если ранее глубина залегания могла не превышать первых десятков или сотен метров, то теперь в большинстве случаев она достигает или даже превосходит отметку в 1000 метров. Так же существует проблема разубоживания, т.е. смешения руд с пустой породой или рудами слабой кондиции. Это приводит к тому, что в товарной руде мы имеем низкое содержание металлов [9]. Шахтный способ используют для добычи глубоко залегающих руд. Этот метод требует дополнительных средств для подачи воздуха, откачки воды, транспортировки руды и персонала, что делает его весьма затратным. Исходя из этого, данный способ применяется лишь для добычи дорогих материалов (таких как золото). Глубина варьируется от 0,3-1,5 км и глубже. Основные преимущества это: отсутствие влияния на добычу внешних условий среды, возможность извлечения руды из трудных горно-геологических областей, высокая проходная способность горных выработок. Особенности устройства шахт зависят от форм залегания ископаемого, свойств руд и вмещающих их пород, рельефа и т.д. Из операций, проводимых при подземной разработке, выделяют: отделение руды от рудного тела, ее перемещение до горизонта откатки, поднятие руды на поверхность [2]. В том случае, когда горизонтально залегающее месторождение выходит на поверхность или залегает близ поверхности склона или оврага его разработку можно осуществить штольней. От штольни проводятся штреки для проведения очистных работ (рисунки 2.1-2.2). Стадия вскрытия. Месторождения, добываемые шахтным методом, делятся на горизонтально залегающие и наклонно залегающие. При глубоком залегании горизонтальных слоев ископаемого прокапывается шахта пересекающая рудный горизонт. В нижней части ствола шахты располагается зумпф для отхода грунтовых вод, а чуть выше большая камера-рудничный двор. Он необходим для подъема ископаемого на поверхность [2]. 12 Рисунок 2.1 – Продольный разрез штольни [16] 1 – наносы; 2 – вмещающие породы; 3 – рудный пласт; I – надшахтное здание; II – устье шахты; III – ствол шахты; IV – рудничный двор; V – штреки; VI – зумпф. Рисунок 2.2 – Вскрытие месторождения шахтой со штреками [2] 13 Если же тело ископаемого залегает под наклоном, то размеры шахтного поля определяются не по площади, а по падению и простиранию (рисунок 2.3). В большинстве случаев такие месторождения вскрываются с лежачего бока. Для этого перпендикулярно (реже наклонно) стволу шахты прокладывают квершлаги, идущие перпендикулярно рудному тела на разных этажах (горизонтах), высота которых обычно колеблется в пределах 30-50 метров. Рисунок 2.3 – Вскрытие наклонного месторождения шахтой с квершлагами. [2] Стадия подготовки к добыче. Подготовка к добыче начинается с прокладывания штреков. В случае с горизонтально залегающими телами в противоположных направлениях от рудничного двора проводят ключевые штреки. Перпендикулярно от них проводят промежуточные штреки, в стороны от которых будут проходить уже новые штреки. Основной задачей работ на данном этапе является заготовка эксплуатационных блоков – выемок из горизонтов [2]. В случае с наклонно залегающими телами из квершлагов проводят главные штреки по направлению рудного тела. Прокладывают гезенки, служащие для спуска ископаемого сверху вниз, восстающие для контакта между этажами и орты, проходящие вкрест залежей в местах раздувов рудных тел. Также составляются вертикальная проекция месторождения на которую наносятся выработки и план для всех этажей [2]. 14 Стадия добычи. В эту стадию производится извлечение сырья из заготовленных с последующей его доставкой на поверхность, а также выбор системы разработки для максимальной эффективности месторождения. При подземном способе разработки существует три группы системы разработки: для рудных, россыпных и нерудных месторождений. В контексте представленной темы нас интересуют первые два. По классификации систем разработки М. И. Агошкова существует восемь классов, выделяющихся посредством состояния, в котором находится выработанное пространство во время проведения очистных работ (выемки) под землей. Порядок, в котором будет проводится выемка определяется выбором группы систем разработки таких как: 1) блочная выемка (для данной группы характерно разделение рудного тела или этажа на отдельные блоки, вынимаемые без оставления целиков); 2) выемка камерами (осуществляется по простиранию тела или вкрест его, при выемке оставляются целики для последующей добычи); 3) выемка без разделения на блоки, камеры и целики (очистка проводится в одном или нескольких направлениях); 4) камеро-столбовая выемка (вынимаются только камеры, а целики оставляются в виде столбов) [1,2]. Группы систем включают в себя классы. По классификации М. И. Агошкова таких классов 8: I. Системы с открытым очистным пространством. Применяются при высокой устойчивости руд и вмещающих их пород. Как следует из названия, очистное пространство остается пустым, а устойчивость обеспечивается лишь целиками. Системы из данного класса не применяются при глубине более 800 метров из-за угрозы горного удара. II. Системы с магазинированием руды в очистном пространстве. Характерной особенностью данного класса является накопление отбитой руды в очистном пространстве. Выпуск осуществляется частично (около 30% от каждой отбойки). Полный же выпуск возможен лишь, когда отбойка в камере завершена. Применяется в условиях наклонных месторождений и при выемке жил мощностью 0,6 – 5 метров. III. Системы с закладкой очистного пространства. Отличаются от остальных классов использованием закладочного материала для закрытия выработанного пространства шахт. Не зависят от устойчивости руд и пород. Для отбойки руды применяются тупиковые заходки. 15 IV. Системы с креплением очистного пространства. Особенностью данного класса систем является использование для повышения устойчивости распорной крепи, станковой крепи или каменной кладки. Применяется для добычи залежей руд средней устойчивости мощностью не более 4 метров любой конфигурации. Системы данного класса являются переходными. К ним прибегают в том случае, когда падает устойчивость вмещающих пород или руд. V. Системы с креплением и с закладкой. Применяются при необходимости селективной выемки и не зависят от мощности или устойчивости залежи. В процессе очистки очистное пространство укрепляют распорной крепью после чего заливают твердеющей закладкой. VI. Системы с обрушением вмещающих пород. Применяются в условиях неустойчивых пород. Во время очистки с применением данных систем очистное пространство заполняется обломочным материалом с кровли и бортов. Выделенное рабочее пространство у забоя не обрушается. VII. Системы с обрушением руды и вмещающих пород. Характерной чертой данного класса является выпуск руды, производящийся под обрушенными породами. В ходе выпуска руд кровля и борта обрушаются, а отбойка производится в зажиме. Применяется для неустойчивых пород VIII. Комбинированные системы разработки. Вкратце, любая смена системы разработки в пределах одного блока является комбинированием. Это может потребоваться в следствие различных условий и позволяет разделить системы данного класса на группы: 1) с открытым очистным пространством; 2) с магазинированием руды; 3) с одновременной закладкой; 4) с последующей закладкой камер [1, 2]. Для комбинированного метода, как следует из названия, свойственно совмещение двух предыдущих. Он характерен для месторождений крутой формы, имеющих малую распространенность и большие глубины. Выделяют три типа применения комбинированных методов. 1. Сперва карьерным способом добывают руды, залегающие близко к поверхности, после чего шахтным способом добираются до более глубоких ископаемых. 2. Сперва проводится добыча шахтным методом, а после переключаются на карьерный. Такой метод также называют повторной разработкой поскольку нацелен он на оставшиеся целики, составленные по большей части бедными 16 рудами. Представляет значительную опасность ведь угроза обрушения в таком случае значительно выше. В данные момент этот метод не применяется. 3. Среди комбинированных методов выделяется совместная разработка. При данном типе разработки шахтный и карьерный методы совмещаются в вертикальной плоскости. Совмещение – это сложный и весьма опасный метод. Горные работы, проводящиеся у бортов и ниже дна карьера уменьшают их прочность и приводят к растрескиванию, что требует ужесточения правил безопасности на производстве. Во избежание обвалов проводится закрытие отработавших камер тверды материалом. Опасность представляют и ядовитые газы, выделяющиеся при взрывных работах на карьере и проникающие в шахту. Несмотря на вышеперечисленные недостатки, этот метод весьма распространен, что объясняется рядом его преимуществ таких как: быстрая выработка месторождения, быстрый рост производительности рудника, более полное извлечение руды, в том числе и бедного состава [8]. В ближайшее время планируется освоение принципиально нового типа месторождений – железо-марганцевых конкреций на дне океана. Долгое время разработка месторождений твердых полезных ископаемых, находящихся на большой глубине (до 6000 м), было технически неосуществимой задачей. Освоение данных месторождений даст человечеству доступ к миллиардам тонн ценного сырья среди которого выделяются такие цветные металлы как: никель, алюминий медь и кобальт. Сами конкреции представляют собой минеральные образования округлой формы, что возникли благодаря концентрации минерального вещества, полученного из водного раствора, вокруг постороннего тела [10]. Наиболее простым и экономически целесообразным способом добычи глубоководных конкреций считается использование кассетного трала (рисунок 2.4). Состоит данная конструкция из ковша, оборудованного сетчатыми емкостями – тралами, буксировочного судна с установленной лебедкой и набором тралов кассет, а также судна сборщика [10]. По заявлениям бельгийской компании Global Sea Mineral Resources, они готовы приступить к разработке месторождений уже в 2027 году. Помимо этого, есть еще 18 компаний занятых разведкой железо-марганцевых конкреций, что тоже с течением времени могут приступить к добыче. Конкреции были обнаружены во всех океанах, но область Тихого океана между разломами Клиппертон и Кларион считается наиболее перспективной для разработки во всем мировом океане [7, 10]. 17 1 – кассетный ковш-черпак; 2 – буксирное судно; 3 – буксирный трос; 4 – судно-сборщик; 5 – всплывающие тралы (сетчатые емкости); 6 – сигнальное устройство. Рисунок 2.4 – Разработка месторождений кассетным тралом [10] 18 ГЛАВА 3 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ Развитие минерально-сырьевой базы требует оптимизации процессов поиска и разведки с минимальными затратами. Без выявления закономерностей в размещении и формировании рудных месторождений эти работы невозможны. Подробное и глубокое изучение минеральных парагенезисов и последовательности их отложения имеет важное теоретическое и практическое значение для решения вопросов стадийности минералообразования, зональности, глубины формирования месторождений и поиска скрытых рудных тел. Установление и рациональное комплексирование прогнозно-поисковых критериев является важной частью прогнозных исследований, которая позволяет определить особенности и специфику различных типов месторождений. Это основано на анализе и сравнении геологических, геохимических и геофизических данных, а также использовании статистических методов. Рациональное комплексирование прогнозно-поисковых критериев позволяет более точно и надежно оценить потенциал и перспективы различных районов и месторождений [2]. Методика предсказания месторождений включает следующие шаги: 1) определение и классификация прогнозных запасов; 2) определение целей и задач прогнозных исследований; 3) разработка и применение методов прогнозирования, а также их рациональный анализ и комплексирование для конкретных рудных районов, месторождений и геологических структур; 4) составление специализированных и вспомогательных карт с использованием принципов и методик составления прогнозов; 5) выделение и прогнозная оценка перспективных площадей с учетом рудоносности; 6) определение и рациональный анализ прогнозно-поисковых критериев для различных типов рудных районов и месторождений [2]. 3.1 Медь Медь – элемент 4 периода, 11-ой группы. Предполагается, что это самый первый металл, освоенный человеком. Является наглядным представителем халькофильной группы элементов. 19 Среди характерных свойств меди выделяют высокую электропроводность, пластичность, химическую устойчивость. Данный металл вступает в контакт с 36 элементами, но чаще всего встречается в сульфидных рудах (до 80%). Кларк меди в основных породах выше, чем в кислых, но ценные месторождения могут быть приурочены к зонам как кислого, так и основного магматизма. В зоне окисления медь может быть представлена в оксидах, сульфатах, силикатах, карбонатитах и прочих химических соединениях. 2/3 медных руд добывают карьерным способом. Процент содержания меди в пределах земной коры около 0,0047%. Одной из основных областей активности является разведка залежей, сконцентрированных в областях вторичного сульфидного обогащения, а также в осадочных скоплениях, образованных в лагунных и дельтовых условиях [4, 9]. Промышленные месторождения меди можно разделить на несколько типов: магматический, карбонатитовый, скарновый, гидротермальный плутоногеннымй (меднопорфировый), колчеданный и стратиформный (медистые песчаники и сланцы). Каждый из этих типов имеет свое экономическое значение, однако степень его значимости различна. Например, меднопорфировые месторождения содержат от 65% до 70% мировых подтвержденных запасов меди, медистые песчаники и сланцы – от 15% до 20%, колчеданные – от 5% до 8%, сульфидные медно-никелевые – от 2% до 2,5%, скарновые – от 2% до 4%, а карбонатитовые – от 0,5% до 0,7%. В группе месторождений меди магматического происхождения выделяются два различных типа, которые необходимо учесть: сульфидные медно-никелевые месторождения базальтово-гипербазитовых формаций и медно-титановые (или ванадиево-железо-медные) месторождения, расположенные в габброидах. Открытие промышленного типа карбонатитовых медных месторождений стало возможным благодаря обнаружению уникального месторождения, которое является единственным в мире месторождением данного типа. Месторождение Палабора, находящееся в Южной Африке - это сложное месторождение, связанное с массивом ультраосновных щелочных пород, представляет собой трубообразное тело диаметром от 0,5 до 0,7 км, которое прорывается через архейские граниты. Карбонатиты, представленные в центральной части массива, окружены магнетитоливин-апатитовыми породами. Медная минерализация наблюдается в виде рудных жил и зон вкрапленности в карбонатитах. Образование медной минерализации произошло в два этапа, соответствующие двум фазам формирования карбонатитов. Более ранний этап, связанный с периферией тела, включает в себя кальцит, магнетит, оливин, флогопит с примесями апатита, бадделеитом и торианитом. Основным медным минералом является борнит [4]. 20 Скарновые месторождения расположены в областях контакта гранитоидных вторжений с известняками и известково-терригенными породами, формируя экзоконтактные зоны гранитно-пироксеновых скарнов. Эти скарны развиваются как во вмещающих породах, так и в гранитоидах. Рудные залежи размещаются в экзоскарнах на небольшом расстоянии от контакта и характеризуются сложной формой, небольшим размером и комплексным составом руд. В этих месторождениях обычны комбинации халькопиритово-борнитового и магнетитового рудообразования. Руды прожилково-вкрапленные, содержание меди в них высокое, но неравномерное, в среднем составляет от 1,5% до 3%. Медная минерализация образуется в процессе многолетнего процесса и имеет наложенный характер. Медные месторождения, относящиеся к плутоногенным гидротермальным месторождениям, можно разделить на две главные группы: меднопорфировые и жильные. Меднопорфировые месторождения представляют собой месторождения меди определенного состава, которые содержат около 62% мировых запасов меди. Жильные месторождения, в свою очередь, содержат всего около 1% запасов меди и являются сульфидно-кварцевыми. [4] Меднопорфировые месторождения имеют ряд геологических особенностей, таких как: строение, формационная приуроченность, состав руд и другие геологопромышленные характеристики. Это делает их достаточно индивидуализированной группой, которую можно отнести к особому геологопромышленному типу. В меднопорфировых месторождениях минерализация связана с порфировыми интрузиями гранитоидного состава. Она имеет прожилково-вкрапленный характер и развивается в эндо- и экзоконтактовых зонах порфировых штоков. Главными минералами в этих месторождениях являются цирит, халькопирит, магнетит и молибденит. Однако содержание меди в первичных рудах относительно низкое. Анализируя различные признаки, отражающие связь месторождений с палеотектоническими условиями, петрологические характеристики рудоносных плутоногенных комплексов и составы руд, можно сделать вывод, что меднопорфировые месторождения располагаются в геоструктурах двух типов: базальтоидных вулкано-плутонических поясах, которые являются эквивалентами внешних зон островных дуг и принадлежат к позднегеосинклинальным стадиям развития, и андезитоидных вулкано-плутонических поясах, которые формируются в орогенно-активизационном режиме на различных субстратах. Эти пояса можно разделить на эпиэвгеосинклинальные, эпимиогеосинклинальные и эпикратонные [4]. 21 Согласно классификации месторождений меднопорфирового семейства по формационной основе, существуют четыре основных типа: меднопорфировые, золото-меднопорфировые, медно-молибденпорфировые и молибденпорфировые. Каждый тип характеризуется определенным составом руд и соотношением меди, молибдена и золота. Таким образом, провинции, зоны и районы меднопорфирового оруденения соответствуют четырем различным палеотектоническим обстановкам: 1. Золото-меднопорфировые и меднопорфировые (безмолибденовые) месторождения известны только в островодужных комплексах, где они находятся в тесной пространственно-временной связи с вулкано-плутоническими ассоциациями, образованными базальт-андезитобазальтовыми вулканогенными и габбро-диорит-кварц-диоритовыми (плагиогранитными) плутоногенными формациями. Такие ассоциации составляют базальтоидные вулкано-плутонические пояса, которые завершают натриевые серии геосинклинального базальтоидного магматизма и закономерно сменяют однородные базальтовые и колчеданоносные контрастные и непрерывные формации. 2. Молибден-меднопорфировые месторождения характерны для андезитоидных вулкано-плутонических поясов (либо их отрезков), в основании которых преобладают эвгеосинклинальные комплексы предшествующих периодов развития. В подобных эпиэвгеосинклинальных обстановках месторождения входят в известково-щелочные вулкано-плутонические ассоциации, образованные андезитовыми вулканогенными и габбро-диорит-гранодиоритовыми плутоногенными формациями. 3. Медно-молибденпорфировые месторождения располагаются в эпимиогеосинклинальных поясах, где они связаны с известково-щелочными вулкано-плутоническими ассоциациями, состоящими из андезит-дацитриолитовых вулканогенных и диорит-гранодиорит-монцонитовых плутоногенных формаций. Собственные молибденпорфировые месторождения характерны для эпикратонных поясов и их участков, где вулканизм, как правило, не получает существенного развития, а плутоногенные образования принадлежат диоритгранодиорит-гранитовой формации [4]. Продуктивные вулкано-плутонические ассоциации и входящие в них плутоногенные формации, с которыми связано меднопорфировое оруденение, различаются по петрохимическим характеристикам, зависящим от палеотектонической подгруппы соответствующих вулкано-плутонических поясов, а также от состава и природы субстрата последних. Все это отражается в составе рудоносных интрузивных комплексов и руд месторождений. 22 Колчеданные месторождения возникали на ранних стадиях геосинклинального развития в связи с базальтоидными формациями рифтогенных и островодужных структур. Скопления сульфидов, формирующиеся на дне океана в результате работы подводных гидротермальных систем в наше время, признаны современными аналогами древних колчеданных месторождений. Рудные формации обычно располагаются в верхней части разреза горных пород и часто встречаются в вулканогенных, вулканических или осадочных породах, которые свидетельствуют о завершении или ослаблении вулканической активности. Распределение рудных месторождений в пределах регионов с месторождениями колчеданных металлов определяется наличием вулканических центров. В разрезах рудных месторождений и на выходах рудных тел обычно находятся рудокласты, которые часто формируют скопление. Это может происходить в результате разрушения донных сульфидных сооружений или перемещения руд по склонам купольных структур. Некоторые из таких процессов могут привести к образованию промышленномасштабных миграций залежей. Рудные залежи в регионах с месторождениями колчеданных металлов часто (хотя не всегда) сопровождаются околорудными породами, которые можно разделить на два типа. Первый тип околорудных образований представлен зональными гидротермальными изменениями пород кварцево-серицитового типа, присутствующими вдоль рудоносных зон. Второй тип представлен гидротермально-осадочными залежами, которые находятся под рудными телами и имеют зональную структуру: микрокварциты располагаются в основании, а затем сменяются хлоритолитами и серицитолитами. Месторождения стратиформного геолого-промышленного типа, известные под названием "медистые песчаники и сланцы", обладают уникальными характеристиками и объединяют разнообразные подтипы. Среди типоморфных особенностей, характерных для месторождений этого типа, следует отметить: Они приурочены к пестроцветным терригенным толщам, сформированным в условиях платформы и геосинклинального режима; Рудные тела находятся в соответствии с охватывающими породами и имеют различные формы - пластовые, пластообразные, линзовидные, лентовидные; Рудные тела являются вытянутыми и располагаются на значительном пространстве (до нескольких километров), при этом их мощность относительно невелика (от нескольких сантиметров до нескольких метров); Месторождения многоярусны; Они не подверглись околорудным изменениям и отличаются слабой карбонатизацией и окварцеванием, свойственным поздним преобразованиям; Руды в этих месторождениях имеют относительно простой минеральный состав, где главными минералами являются 23 халькозин, борнит, халькопирит и пирит (второстепенные минералы встречаются в большем количестве, их разнообразие зависит от типа рудоносных формаций); Месторождения характеризуются минеральной зональностью, выраженной в последовательности сульфидов (халькозин - борнит - халькопирит - пирит) и зависимостью этой зональности от фациальных особенностей окружающих пород (трансгрессивное и регрессивное накопление осадков, континентальные или прибрежные морские фации); Присутствует значительное количество сопутствующих компонентов - свинца, цинка, серебра, а также различных рассеянных элементов, иногда кобальта, урана и других. При этом количество и ассоциации сопутствующих компонентов также определяются типом рудоносных формаций. За время геологической истории, начиная с протерозоя и до кайнозоя, в различных регионах мира накопились месторождения медистых песчаников и сланцев. Но наиболее обширные и значительные скопления образовались в протерозое и верхнем палеозое. Всего в этих месторождениях содержится более 22% общемировых запасов меди. В данный момент большинство ученых придерживаются теории полигенного и полихронного происхождения стратиформных месторождений. На основании этой концепции можно заключить, что первичные руды стратиформных месторождений, такие как медистые песчаники и сланцы, формируются осадочными процессами. Однако в результате диагенеза и катагенеза, а также под воздействием подземных горячих минерализованных вод, эти руды могут претерпевать заметные преобразования. Месторождения медистых песчаников и сланцев связаны с формациями разнообразных осадочных пород, таких как красноцветные, пестроцветные, сероцветные песчано-сланцевые (иногда вулканогенно-осадочные). Эти породы формируются в крупных депрессионных структурах, которые развиваются при условиях орогенного режима или режима активизации платформы. Вероятнейшими источниками металлов при образовании стратиформных медных месторождений были различные геологические образования, сформировавшиеся в областях эрозии: вулканогенные и вулканогенно-осадочные формации разнообразного состава, а также разнонаправленные и непрерывные (базальт-риолитовые, базальт-андезит-дацит-риолитовые и другие), которые содержали разнообразные осадочные месторождения, преимущественно колчеданные. Возможными источниками металлов также могли быть массивы основного и ультраосновного состава с наличием медных, медно-никелевых и других минеральных формаций и месторождений [4]. 24 Оптимальные условия для образования осадочных медных концентраций возникают на просторных аллювиально-дельтовых равнинах, где при условиях мелководности и развитии лагунно-дельтовых образований формируются седиментационные ловушки, накапливающие медь и другие металлы. Одним из необходимых факторов для накопления медных осадков является климатическая зональность, проявляющаяся в постепенной смене влажного климата денудационной области на сухой или близкий к нему климат в акватории седиментации. 3.2 Никель Никеля в земной коре около 0,0058%. Основная часть месторождений никелевых руд относится геосинклинальному этапу. В это время возникали очень редкие и небольшие гидротермальные месторождения, содержащие сульфидоарсениды никеля, которые были связаны с гранитоидами, сформировавшимися в средние и поздние стадии развития геосинклиналей (рисунок 3.1) [4]. Рисунок 3.1 – Ценные никеленосные районы и месторождения [12] 25 Месторождения медно-никелевых руд содержат около 29 % разведанных запасов никеля. Их образование связано с ликвацией магмы на сульфидную и силикатную фазы. Рудное вещество в таких месторождениях сконцентрировано в нижней части массива, где образует пласты. Промышленные эндогенные месторождения никеля относятся к сульфидному медно-никелевому типу и связаны с барит-гипербазитовыми формациями. Рудоносные расслоенные массивы являются составной частью комплексов интрузивных, субвулканических и эффузивных пород, происходящих от тектоно-магматических процессов. Образование месторождений связано с завершением складчатости в геосинклинальных поясах или с активизацией тектоно-магматической деятельности на платформах. Структурная позиция рудоносных комплексов определяется их приуроченностью к зеленокаменным поясам дуговых прогибов и зонам активизации на платформах. Выделяются два типа провинций: архейские и протерозойские зеленокаменные пояса с дислоцированными осадочновулканогенными прогибами, а также палеозойские и мезозойские трапповые образования на сибирской, южно-африканской и китайской платформах. В истории земли выделяются две основные эпохи образования сульфидных медно-никелевых месторождений: протерозойская и киммерийская. С первой связаны наиболее многочисленные и крупные месторождения на балтийском и канадском щитах, в Южной Африке и Австралии, а со второй – трапповые месторождения на сибирской платформе [4]. Месторождения силикатных никелевых руд формируются при латеритном выветривании ультрабазитов в условиях тропического климата. Под действием химического выветривания происходит разложение оливина и серпентина, в которых никель сорбируется в виде бикарбоната и перемещается совместно с кобальтом в нижние горизонты коры выветривания. При увеличении щелочности происходит осаждение никеля в виде вторичных минералов, таких как гарниерит, ревдинскит, непуит и асболан. Распределение месторождений силикатных никелевых руд определяется сочетанием трех факторов: наличием ультраосновных пород, развитием коры выветривания и защитой от эрозии. Полезными компонентами руд являются никель и кобальт, их соотношение может колебаться в широких пределах. В зависимости от формы и условий образования можно выделить три морфогенетических типа месторождений: площадные, линейные и линейноплощадные. Месторождения площадного типа формируются в условиях равнинного рельефа, рудные тела имеют пластообразную форму, а их мощность составляет обычно 3-20 метров. Месторождения линейного типа свойственны 26 районам с расчлененным рельефом и развитыми зонами тектонических нарушений, они имеют сложную морфологию и часто образуют крутопадающие тела, мощность которых может достигать до 50 метров. Месторождения смешанного линейноплощадного типа формируются в условиях холмистого, низкогорного рельефа и объединяют в себе особенности площадных и линейных рудных тел. Месторождения контактово-карстового подтипа линейного типа формируются на контактах гипербазитов с карбонатными породами, основное образование происходит, когда гипербазиты залегают в висячем боку контакта. В этих месторождениях рудные тела располагаются в карстовых полостях, сложены карстовой брекчией, глинами, осадочными породами с прожилками и примесями гарниерита и ревдинскита. Они характеризуются сложной морфологией, резкой изменчивостью и низкими содержаниями или отсутствием кобальта. 3.3 Свинец и цинк Большинство промышленных концентраций свинца и цинка связаны с процессами вулканизма. Главными источниками этих металлов являются магматические очаги, которые образуются в процессе дифференциации базальтовой магмы. В отличие от меди, цинк и особенно свинец проявляют явную связь с кислыми дифференциациями. [4] Рисунок 3.2 – Ценные свинцово-цинковые районы и месторождения [12] 27 Свинцово-цинковые месторождения формировались от раннего протерозоя до кайнозоя. Не наблюдается крупных планетарных эпох накопления свинца и цинка в истории развития земной коры, но эволюция генетических типов этих месторождений достаточно ясно проявлена. В протерозойскую эпоху преобладали колчеданно-полиметаллические месторождения, которые также были наиболее богатыми на свинец и цинк (37% запасов). Впоследствии роль колчеданнополиметаллических месторождений значительно уменьшилась, альпийская эпоха оказалась наименее продуктивной. Стратиформные месторождения формировались на протяжении всей геологической истории, но наибольшее количество запасов было накоплено в каледонскую эпоху. Свинцово-цинковые жильные и скарновые месторождения являются более молодыми и их количество резко возрастает с каледонской эпохи, достигая пика в альпийскую эпоху [4]. Среди промышленных месторождений свинца и цинка можно выделить несколько типов. Одни из них – скарновые месторождения. Эти месторождения приурочены к складчатым поясам, которые формировались в поздние стадии развития подвижных зон. Характерной особенностью месторождений этой группы является связь с вулкано-плутоническими ассоциациями и формирование в периоды завершения вулканической деятельности. Рудные тела ассоциируются с известковыми скарнами, развивающимися в известняках и вдоль контактов с терригенными и вулканогенными породами. Состав скарнов, обычно, определяется преобладанием геденбергита, а также присутствием гранатов, волластонита и аксинита. Руды обычно богатые сплошные и вкрапленные, и соотношение свинца и цинка примерно один к одному. Содержание свинца колеблется в пределах 6-12%, а цинка - 6-14%. Присутствует незначительное содержание меди и серебра. Типичными элементами-примесями являются железо, кадмий, марганец, олово, медь, индий, висмут, серебро и сурьма. Месторождения скарнов характеризуются сложной морфологией, обусловленной особенностями рудоносных контактов и сочетанием дорудных тектонических структур. Обычно они имеют горизонтальную и вертикальную зональность. В верхних частях и по периферии развиты галенитовые руды, а с увеличением глубины роль сфалерита становится важнее, а затем преобладает ассоциация с арсенопиритом и пирротином. Вертикальный размах сульфидного оруденения может достигать 1000 метров. В мировом балансе запасов свинцово-цинковых руд, скарновые месторождения имеют подчиненное значение, обеспечивая примерно 6% запасов и 9-14% добычи. Плутоногенные гидротермальные месторождения представлены различными видами железных рудных тел. Иногда это отдельные жилы, иногдараспространенные системы трещин, формирующие значительные железорудные 28 поля. Расположение месторождений обычно связано с горными складками, центральными массивами и другими структурами. Подстилающие горные породы имеют благоприятную геологическую среду – гранитоиды, известняки, песчаносланцевые отложения и т.д. Морфология рудных тел определяется трещинной структурой. В составе руд преобладают галенит и сфалерит, меньшие количества содержат халькопирит, пирит, пирротин, иногда встречаются блеклые руды и минералы серебра, а также нерудные компоненты – кварц, карбонаты, барит. Часто на месторождениях можно обнаружить вертикальные зоны, где галенит преобладает в верхних горизонтах, а сфалерит, пирит и пирротин – в нижних. Размеры месторождений могут быть мелкими, средними, редко крупными. Колчеданные полиметаллические в вулканогенных формациях месторождения связаны с различными видами базальтовых формаций, такими как базальт-риолитовая, базальт-андезито-дациториолитовая и другие, которые развиваются в рамках островообразных систем, образованных на сиалической коре или раздробленной континентальной коре. Среди пород, составляющих рудоносные образования, преобладают кислые вулканиты – лавы, лавобрекчии, туфы, игнимбриты, которые составляют до 45-50% общего объема. Количество базальтов и их туфов значительно меньше, составляя 10-15%. Осадочные породы, такие как песчаники, алевролиты, известковистые сланцы, известняки, составляют около 35-40%. Рудные залежи размещаются среди пород рудоносных формаций, и их основные особенности связаны с составом, строением и эволюцией рудоносных образований. Расположение месторождений определяется региональными вулканотектоническими структурами, а состав руд - петрохимическими свойствами рудных комплексов. Положение и форма рудных тел зависят от характера локальных вулканических структур и их элементов. Формирование рудных залежей происходило в двух основных типах обстановок: на куполообразных поднятиях и в депрессионных структурах. Месторождения первого типа, связанные с экструзивными риолитовыми куполами, обычно имеют линзовидную форму рудных тел, хорошо развитые подрудные штокверковые зоны и совпадение магмо- и рудоподводящих каналов. Также они часто содержат рудокласты в перекрывающих толщах и демонстрируют признаки оползания рудного материала и возникновения перемещенных рудных залежей. Месторождения второго типа, связанные с локальными депрессионными структурами, такими как вершинные депрессии и кальдерообразные впадины, имеют пластообразную форму рудных тел, слабое развитие подрудных зон прожилково-вкрапленной минерализации или их полное отсутствие. Эти 29 месторождения часто находятся в основании мелкообломочных терригенных пород внутрикальдерного комплекса и характеризуются тонким переслаиванием рудных и безрудных прослоев, а также широким развитием подрудных гидротермальноосадочных пород. Эта группа месторождений имеет скромное промышленное значение: они содержат всего 3% запасов свинца и 9% - цинка, и их доля в общей добыче составляет 4% [4]. В колчеданных полиметаллических терригенных формациях рудоносные образования накапливаются в различных палеотектонических условиях, включая рифтогенные структуры палеокойтинентов, авлакогены и терригенные эвгеосинклинали. В рамках ряда колчеданно-полиметаллических месторождений выделяются несколько типов, отличающихся особенностями состава руд и связанными с ними формационными и литолого-фациальными толщами. К таким типам относятся Филизчайский, Маунт-Айза, Атасуйский и др. Общим для них является формирование осадочного накопления в застойных условиях при окраинных и внутриконтинентальных морях. Рудообразующие структуры представлены локальными палеодепрессиями высокого порядка. Рудные тела обычно локализованы среди углеродистых сланцевых комплексов, связанных с средними частями формаций. При этом отмечается, что углеродистые толщи, которые иногда рассматриваются как самостоятельные формации, пространственно связаны с карбонатными и вулканогенными толщами. Предполагается, что именно вулканогенные комплексы или формации, сопряженные с черными сланцами или карбонатными толщами на одном стратиграфическом уровне, служат основным источником рудообразующих растворов, формирующих включенные в них месторождения. Месторождения свинцово-цинковых стратиформных формаций связаны с образованием карбонатных пород в подвижных зонах внутренних и краевых частей платформ, в рифтовых структурах эпиплатформы, а также в складчатых областях на срединных массивах, в миогеосинклинальных зонах, связанных с платформами или срединными массивами. Рудоносные формации характеризуются общими фациальными, палеогеографическими и палеоклиматическими закономерностями. Они характеризуются широким развитием доломитов, в которых находится большая часть месторождений. Региональные пространственные и стратиграфические закономерности размещения месторождений объясняются связью с известняково-доломитовыми толщами аридных областей. Рудоносные формации состоят из известняков и доломитов, часто содержащих битуминозные прослои, черные сланцы и кремнистые породы. Иногда присутствуют песчаники и конгломераты, а также линзы и прослои сульфатных эвапоритов. Фациальные 30 особенности пород указывают на их формирование в условиях мелководных прибрежно-морских и лагунных условий с разнообразным рельефом. Эффузивные и пирокластические породы присутствуют только в формациях, связанных с геосинклинальными прогибами. В большинстве формаций строение рудоносного разреза соответствует трансгрессивному ритмокомплексу. Выделены три толщи: нижняя подрудная терригенная с базальным горизонтом в основании, средняя – рудоносная известняково-доломитовая, иногда терригенно-карбонатная, и верхняя – терригенная или терригенно-карбонатная, иногда с присутствием гипса и ангидрита. 3.4 Алюминий Наиболее важным фактором для образования бокситов является климат, подходящий для возникновения толщ латеритов. Нужен жаркий и влажный климат, способствующий интенсивному химическому выветриванию (рисунок 3.3). Также значение придается процессам, способствующим сохранности или исчезновению полученных толщ латеритов [6]. Рисунок 3.3 – Ценные бокситоносные районы и месторождения [12] 31 Условия, наиболее благоприятные для образования бокситов, проявлялись во время геосинклинальных и платформенных этапов. В первом случае образовывались осадочные месторождения, во втором к ним добавились латеральные, составляющие 70% от всех мировых запасов бокситов. В зависимости от дислокации могут меняются основные эпохи бокситообразования. Девон считается временем образования наиболее качественных бокситов. Приуроченные к геосинклиналям осадочные месторождения Урала и Салаира, а также Сердне-Тиманские месторождения платформенного происхождения имеют девонский возраст. Во время каменноугольного периода бокситообразовние было сосредоточено по краям Восточно-Европейской платформы. В Тихвинском, Северо-Онежском и Южно-Тиманском районах были сформированы осадочные месторождения бокситов, а в бокситоносном районе Курской магнитной аномалии были найдены латеритные месторождения. Мезозой и Палеоген характеризовались непрерывным образованием осадочных месторождений бокситов как геосинклинальных, так и в платформенных условиях. В это время образовались месторождения на Украинском щите, южной и центральной Сибири. Чаще всего такие месторождения приурочены к карбонатам карстового типа. Кайнозойский период отличается от остальных преобладанием месторождений латеритного типа. Большая часть месторождений бокситов приурочена именно к этому возрасту [4]. Образованные бокситовые месторождения могут принадлежать как к латеритным, оставшимся на месте образования (остаточным), так и к переотложенным. Для образования латеритных переотложенных месторождений необходимы следующие условия: преобладание пород с малым содержанием кварца в области выветривания; пенепленизированная область сноса, хорошо подходящая для переноса взвесей, но предотвращающая перенос крупных обломков горных пород; маленькое расстояние между областями сноса и седиментации; карбонатные породы с наличием карстовых пустот в области седиментации; отсутствие размыва в области седиментации после накопления осадков [4, 6]. Условия необходимые для формирования латеритных остаточных отличаются близким залеганием грунтовых вод, способствующих выносу кремнистых компонентов из алюмосиликатов. Продолжительное воздействие теплой дождевой воды приводит к интенсивной промывке пород, что в результате 32 порождает щелочные, основные, средние и кислотные латериты. Этот процесс сопровождается уносом щелочей и кремнезема из пород, а также накоплением свободных оксидов алюминия, железа и титана. Особенно большое практическое значение имеют латеритные месторождения тропических районов кайнозойской эры. Важно отметить их огромный экономический потенциал. Осадочные платформенные месторождения, приуроченые к краевым частям синеклиз, отмечаются в районах между выступами древних пород, в эрозионнотектонических котловинах и долинах, которые часто развиваются в местах соединения платформы с складчатым обрамлением. Они расположены в континентальных отложениях, преимущественно представленных озерно-болотной фацией, и часто связаны с угленосными осадками, которые находятся выше бокситовых и находятся дальше от выступов фундамента, чем бокситы. Осадочные геосинклинальные месторождения приурочены к центральным частям геосинклинальных прогибов сочленяющихся с платформами. Они обычно встречаются в местах, где происходят изгибы крупных антиклинориев и срединных массивов. В период формирования боксита, эти области представляли собой острова или большие суши. Они сформировались в мелководных условиях, когда происходил перерыв в накоплении морских осадков, и всегда находятся выше поверхности деформации. Бокситы часто находятся на закарстованной поверхности известняков, что способствует их сохранению от размыва. В направлении к центрам депрессий бокситы вытягиваются, постепенно переходя в разноцветные глины или разламываясь на несколько слоев. Бокситовые пласты и сопутствующие породы обычно смещены в складки и подверглись метаморфизму. Источником для формирования бокситов были разновидности выветривания поднятых основных эффузиев, сланцев и других пород, расположенных рядом с карстовыми полостями. В прибрежных районах с активной вулканической деятельностью, например, на Ямайке и Гаити, карстовые полости на рифовых платформах заполнялись вулканическим пеплом. Извержения вулканов способствовали образованию боксита за счет выноса глины и осадочного материала, сопровождаемого солярами и фумаролами. Существуют также мнения о том, что геосинклинальные бокситы формировались вулканогенно-осадочным способом в активных подводных или наземных вулканических зонах, когда глиняный материал был вынесен из вулканических и осадочных пород [4]. Месторождения небокситовых видов алюминиевого сырья подразделяются на группы: 1) магматическая группа, включающая ценные нефелиновые породы, такие как уртитовые, апатит-нефелиновые и сынныритовые, а также перспективные 33 породы, включающие анортозитовые, лабрадоритовые, лейцитовые и другие породы с высоким содержанием глинозема, полученные путем извержения; 2) гидротермальная группа, которая включает алунитовые руды; 3) экзогенная группа, включающая каолиновые глины, глиноземистые аргиллиты, высокожелезистые аллиты, давсониты, алюмофосфатные и цеолитсодержащие породы, углистые и битуминозные сланцы, а также анальцимовые песчаники и другие глиноземистые осадочные породы; 4) метаморфическая группа, включающая высокоглиноземистые сланцы, такие как кианитовые, андалузитовые, силлиманитовые, ставролитовые и другие, а также железо-алюминиевые метаморфизованные руды; 5) геотехногенная группа, включающая отходы металлургических и горнодобывающих предприятий, такие как хвосты обогащения углей, золы углей теплоэлектростанций, красные шламы, образующиеся при переработке бокситов, а также серицитосодержащие хвосты обогащения и другие отходы при переработке руд черных и цветных металлов, а также химической промышленности [4]. 34 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В 1-ой главе мы разобрались с самим определением <<цветные металлы>> и установили ключевые свойства данной группы элементов. Провели характеристику руд каждого из цветных металлов и их классификацию по количеству полезных металлов в руде и по видам рудных минералов. Также была проведена краткая характеристика классов сульфидных, окисленных, смешанных и самородных руд. Смысл данной главы в ознакомлении с основами предложенной темы через ознакомление со свойствами ключевого сырья – рудами. Во 2-ой главе мы рассматриваем какие параметры рудных тел влияют на разработку месторождения и непосредственно способы (системы) разработки, их классификация, преимущества и недостатки. Способ, которым будет осуществляться добыча ценных компонентов, будет непосредственно определять промышленную ценность месторождения, а, следовательно, напрямую повлияет на решение о дальнейшей разработке. Также в главе уделено внимание особенностям руд, что также берутся в учет при оценке промышленной ценности месторождения. Рассмотрены стадии вскрытия, подготовки к добыче и добычи месторождения как открытым, так и закрытым способом. В заключение был описан метод добычи железо-марганцевых конкреций со дна океана при помощи кассетного трала. Это принципиально новый тип месторождений, что позволит в ближайшие годы пополнить мировой рынок тоннами ценного сырья. Заключительная 3-ая глава рассказывает об самих месторождениях: их генезисе, форме залегания, вмещающих породах и т.д. Также приведены картографические изображения, где отображены ключевые месторождения на планете, а также ценность рудоносных районов, выраженная в млрд. долларов. С данной информацией можно делать выводы о перспективных для разведки районах и возможностях увеличения минерально-сырьевой базы в ближайшем будущем. Из выше перечисленного можно сделать вывод: для расширения минеральносырьевой базы цветных металлов важны дальнейшие исследования, разработка и внедрение новых технологий добычи. Необходимо также активное сотрудничество между государствами и международными организациями для обеспечения устойчивого развития добычи и использования цветных металлов. Исследования в этой области обещают значительные перспективы для развития инновационных технологий и увеличения эффективности использования природных ресурсов. 35 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Базилевская, Е.С. Исследование железо-марганцевых руд океана / М.В. Грачева, Л.В. Филиппова, Е.А. Шевейко, Ю.И. Духовская, З.Б. Павлюк, А.Б. Васильев. – Москва: Издание <<Наука>>, 2007. – С.187 2. Исаков, В.С. Комбинированные системы разработки полезных ископаемых. – Архангельск: Международный научный журнал <<Вестник науки>>, 2022. – С. 151–154 3. Карты распространения месторождений никелевых, свинцово-цинковых и алюминиевых руд [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://history-maps.ru – Дата доступа: 25.03.2024 4. Кириченко, Ю.В Технология добычи железо-марганцевых конкреций с помощью кассетного трала / А.С. Каширский. – Москва: Национальный исследовательский технологический университет МИСиС, 2015. – С. 114 -121 5. Кирпаль, Г.Р Прогноз и поиски месторождений бокситов / Э.Д. Соломатина, С.Н. Голубева, Е.Л. Юрковская, Н.Ю. Якунинская, Р.Т. Баканов. – Москва: Издательство <<Недра>>, 1980. – С. 268 6. Колмачихина, О.Б Минерально-сырьевая база цветной металлургии / Т.Е. Мерц, С.Э Полыгалов, В.Г. Лобанов, О.Ю. Маковская, О.П. Игнатьева. – Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2022. – С. 89 7. Методическое пособие по дисциплине основы технологии переработки руд [Электронныйvресурс]. – Режим доступа:https://portal.tpu.ru/SHARED/v/VPI – Дата доступа: 24.03.2024о 8. Окисленные руды [электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.techade.ru/stati/okislennye-rudy - Дата доступа: 24.03.2024 9. Перваго, В.А. Условия формирования и геолого-экономическая оценка промышленных типов месторождений цветных металлов / Л.М. Старикова, Е.С. Сычева, Б.Г. Дударев, В.В. Евдокимов, М.П. Курылева. – Москва: Издательство <<Недра>>, 1975. С. 269 10.Порцевский, А.К. Подземные горные разработки часть 3 и 4. – Москва: Московский государственный открытый университет, 2005. – С. 83 11.Прокофьев, А.П. Основы поисков и разведки месторождений твердых полезных ископаемых / Л.Н. Федорова, А.Е. Матвеева, А.Е. Генкель, М.П. Курылева. – Москва: Издательство <<Недра>>, 1973. – С. 319 12.Проходка горноразведочных выработок [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ppt-online.org/121246 - Дата доступа: 20.03.2024 36 13.Самородные элементы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://bigenc.ru/c/samorodnye-elementy-df553c – Дата доступа: 25.03.2024 14.Самылин, В.Н. Конспект лекций по дисциплине "Обогащение руд цветных металлов". – Донецк: Донецкий Национальный Технический университет, 2008. – С. 57 15.Старостин, В. И. Месторождения металлических полезных ископаемых / В. В. Авдонин, В.Е. Бойцов, В. М. Григорьев, Ж. В. Семинский, Н. А. Солодов. – Москва: Высшая школа, 2005. – С. 720 16.Старостин, В.И. Геология полезных ископаемых / П.А. Игнатов. – Москва: Московский Государственный университет, 1997. – С.296 17.Сульфидные руды [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.miningenc.ru/s/sulfidnye-rudy – Дата доступа: 24.03.2024 37
