ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.05.2021
Просмотров: 1959
Скачиваний: 7
Рис. 24. Схема размещения выходов фосфоритового пласта в хр. Каратау (по Г. И. Бушинскому). Мощность фосфоритового пласта с содержанием Р2О5 выше 25 % (м): I - до I; 2 — 1-5; 3 - более 5.
Фосфоритовые руды богатые: содержание P2O5 до 36 %. Для руд характерно присутствие Sr, V, TR.
Руды сложены в основном фосфатами, кварцем, халцедоном, доломитом, гидрослюдой. В местах размыва микрозернистые руды сменяются фосфоритовыми конгломератами и гравелитами, состоящими из галек фосфоритов и вмещающих пород. Основная масса фосфоритов представлена фторкарбонатапатитом, в котором часть фосфора замещена углеродом.
Платформенные месторождения представлены изометричными или вытянутыми на сотни и тысячи квадратных километров залежами. Фосфориты входят в состав маломощных органогенно-терригенных формаций. В разрезе формаций 1 – 3 рабочих пласта фосфоритов суммарной мощностью 1 – 4 метра, сложенных ракушечными или желваковыми типами руд. Основные породообразующие минералы фосфоритов – фосфаты, глауконит, кварц, кальцит, сидерит, глинистые минералы. В рудах встречаются многочисленные фораминиферы, радиолярии, спикули губок и другая фауна. Фосфориты и вмещающие породы залегают практически горизонтально. Содержание P2O5 3 –18 %, руды нуждаются в обогащении.
В мировом балансе фосфатного сырья такие месторождения имеют небольшое значение (около 3,5 %). Для России их роль достаточно велика как по запасам (около 25 %), так и по добыче (10 – 11%). Основные запасы сосредоточены в Восточно-Европейской провинции, в состав которой входят месторождения Вятско-Камское, Егорьевское и др. Месторождения желваковых фосфоритов обнаружены в Тунгусско-Вилюйском бассейне, а также в Бельгии, Франции, Великобритании.
Месторождения переходные от платформенных к геосинклинальным широко распространены и образуют крупнейшие бассейны в Северной Африке – в Марокко, Алжире, Тунисе и др.
Осадочные механические месторождения образуются в процессе морской абразии ранее сформированных фосфоритов различных генетических типов. Они приурочены к терригенно-глауконитовым формациям и представлены галечниковыми и конгломератовыми типами руд. Примером являются месторождения полуострова Флорида (США). На долю галечниковых фосфоритов приходится около 1 % мировых запасов фосфатного сырья, но отдельные месторождения имеют важное промышленное значение.
Месторождения выветривания образуются при физическом и химическом выветривании фосфатсодержащих осадочных и магматических пород. Среди них выделяются остаточные и остаточно-инфильтрационные.
Остаточные месторождения формируются при накоплении продуктов выветривания на месте разрушения фосфатсодержащих пород. При разрушении, растворении и выносе нефосфатных минералов происходит вторичное обогащение фосфоритов с образованием рыхлых разновидностей. Остаточно-инфильтрационные встречаются чаще, поскольку часто образование месторождения сопровождается переотложением продуктов выветривания, при этом образуются каменистые разновидности. Наиболее благоприятными для образования этих месторождений являются осадочные карбонатные фосфатные породы или карбонатно-терригенные отложения. Фосфориты выветривания находятся в карстовых полостях или в виде плащевидных и линейных залежей на поверхности выветривающихся пород. Благоприятным является умеренный или тропический климат. Руды сложены рыхлыми и каменистыми типами с содержанием P2O5 10 – 20 %. Запасы руд невелики и месторождения имеют подчиненное промышленное значение. Промышленные скопления рыхлых и каменистых фосфоритов имеются в США (Флорида), в России Ашинское месторождение на Урале, в районах Сибири известно 10 месторождений выветривания, наиболее крупные из них – Белкинское в Кемеровской области и Телекское в Красноярском крае.
Стратиграфически месторождения фосфоритов всех выделенных типов распределены неравномерно; максимумы фосфоритообразования приходятся на поздний докембрий-кембрий, пермь, поздний мел-палеоген и неоген. По В.Н.Холодову периоды максимального фосфогенеза возникают в результате эрозии и выветривания магматогенных скоплений апатитов на суше и усиленного поступления фосфора в смежные палеоморя. Ясно проявленная эволюция фосфоритообразования выражается в смене микрозернистых фосфоритов (докембрий-палеозой) зернистыми и желваковыми (мезозой-кайнозой).
CЕРНОЕ СЫРЬЕ
Общие сведения
Сера была известна человеку с глубокой древности: упоминание о ней датируется 2000 годом до н.э. Использовали ее для приготовления косметических средств, позже пороха, для лечения кожных заболеваний. Как химический элемент сера впервые была охарактеризована А. Лавуазье в конце 70 – х гг. XVII века. Ее среднее содержание в земной коре 4,7.10-2 мас. %.
В природе встречается как связанная сера – в виде сульфатов, сульфидов, так и самородная. Она концентрируется также в нефтях, углях, горючем газе и некоторых минеральных водах.
Самородная сера бывает кристаллической и аморфной. Сера амфотерна, благодаря чему может окисляться и восстанавливаться. Природная сера нередко загрязнена глинистыми и органическими веществами, гипсом, жидкими углеводородами, она может содержать примеси Se, Te, As.
Наиболее важные соединения серы – сернистый ангидрит SO2, сероводород H2S и серная кислота H2SO4.
Источниками элементарной серы и сернистого ангидрида служат следующие виды сырья: самородная сера, нефть и природные горючие газы (в сырой нефти содержание серы может достигать 14 %, составляя в среднем около 5 %), сульфидные руды различных металлов, сульфатные руды (гипсы и ангидриты), битуминозные пески и ископаемые угли. Из нефти сера извлекается при крекинге и других процессах переработки. В составе природных горючих газов постоянно присутствует сероводород иногда до 20 %. При переработке сульфидных руд получают серную кислоту, сернистый ангидрит и элементарную серу. Месторождения гипса и ангидрита эксплуатируются лишь в некоторых странах из-за высокой стоимости извлечения серы из этих руд.
Области применения
Наибольшее количество серного сырья (70 – 90 %) используется для получения серной кислоты, от 30 до50 % которой расходуется на изготовление фосфорных (суперфосфаты), азотных и частично калийных удобрений. Следующие по значению области потребления серной кислоты – производство различных химикатов (кислот, солей и др.) и очистка нефтепродуктов. Серную кислоту используют также при выработке красок и пигментов, синтетических волокон, взрывчатых веществ, моющих средств, пластмасс, искусственного каучука и в других отраслях промышленности. В больших количествах серная кислота расходуется при переработке урановых руд и получении урана.
Сера и сернистые соединения используются в бумажной промышленности, химической, резиновой, фармацевтической, в пищевой и текстильной, служат микроудобрениями и хорошими инсектицидами, сера применяется в производстве спичек и пиротехнике. Новыми областями использования серы является производство серных асфальтов, бетонов, керамики и изоляторов.
Требования к качеству сырья
Серодобывающие предприятия выпускают комовую, гранулированную и молотую серу. По содержанию серы руды делятся на богатые (более 25 %), средние (18 – 25 %) и бедные (5 – 10 %). В России минимальное промышленное содержание серы в месторождениях, разрабатываемых карьерами 6 – 10 %. По размерам зерен сера в рудах может быть скрыто-, тонко- и крупнокристаллической. Вредными примесями является гипс, битумы, мышьяк, селен. Сера, идущая на производство серной кислоты, должна содержать не более 5 % примесей, в том числе не более 1 % органических веществ. Особо жесткие требования предъявляются при изготовлении резины, вискозы, применении в фармацевтической промышленности. Для пиритовых руд минимальное содержание серы 25 %. Сернистый ангидрид извлекается из отходящих газов металлургических заводов, перерабатывающих сульфидные руды цветных металлов, при содержании его 3 % и более.
Обзор ресурсов
Общие запасы самородной серы – около 1 млрд.т. Наиболее значительные запасы находятся в Ираке, США, Чили, Мексике, Японии, Филиппинах. Мировые запасы пирита оцениваются в 1,9 млрд.т. Запасы серы в нефти и горючих газах 1,25 млрд.т., в сульфидах цветных металлов исчисляются многими сотнями миллионов тонн. Огромны запасы серы в углях, гипсах и ангидритах.
Мировая добыча серы – 50 млн.т. Около 33 % приходится на переработку нефти и природного газа, около 30 % - на разработку месторождений самородной серы, 14 % - на улавливание из газовых выбросов коксохимического производства и цветной металлургии, около 16 % - на переработку пирита, пирротина и других сульфидов, около 6 % - на переработку ангидрита и других сульфатов. В России все больше серы дают газоперерабатывающие заводы Оренбурга и металлургические заводы цветных металлов. Производство серы в настоящее время определяется не только потребностями в нем, но и необходимостью очистки нефти и газа.
Доля серы, полученной из нефти, природных и промышленных газов, составляющая в настоящее время около половины, имеет тенденцию к неуклонному возрастанию в связи с ужесточением требований по ограничению выброса сернистых газов в атмосферу. В Канаде практически всю серу получают таким способом.
Сульфиды железа при нагревании разлагаются с выделением сернистого газа SO2, который улавливается и переводится в серную кислоту. Этот источник получения серных соединений является доминирующим в Испании, Швеции, Норвегии.
При переработке ангидрита выделяются газы, которые содержат до 10 % сернистого ангидрита, переводимого в серную кислоту. Такой способ получения серы является существенным в немногих странах (Великобритания).
Месторождения самородной серы и ныне продолжают оставаться одним из ведущих источников ее получения.
Добыча серных руд осуществляется в открытых и подземных горных выработках, а также методом подземного расплавления. В США добывают этим методом приблизительно половину всей серы, получаемой в стране.
Промышленные типы месторождений
Серное сырье очень разнообразно и образуется в результате различных геологических процессов, но промышленные месторождения самородной серы являются продуктами вулканической деятельности и биохимических процессов.
Э н д о г е н н ы е м е с т о р о ж д е н и я
Гидротермальные вулканогенные месторождения пространственно и генетически связаны с молодым или современным вулканизмом. Источником серы являются вулканические газовые и жидкие эманации. Все промышленные месторождения этого типа расположены в пределах Тихоокеанского вулканического пояса, отдельные мелкие проявления есть в Средиземноморье. Среди рудовмещающих пород наиболее распространены андезиты, туфобрекчии, туфы, лавобрекчии. Самородная сера отлагается на границе сред с восстановительными и окислительными условиями. В размещении серных залежей важная роль принадлежит тектоническим и литологическим факторам. Залежи размещаются вдоль разломов и зон трещиноватости в пористых породах (туфах, туфобрекчиях). По глубине образования руд выделяют приповерхностные и поверхностные вулканогенные месторождения.
Приповерхностные месторождения серы возникают на глубинах до 350 метров от поверхности. Они приурочены к склонам, подножьям и кальдерам вулканов или к межвулканическим впадинам. Рудные тела локализуются в слоях пористых пирокластических пород на пересечении их разломами и зонами трещиноватости. Форма рудных тел штоко-, линзо-, реже пласто- и трубообразная; размеры: длина 250 – 1300 метров, ширина 50 – 950 метров, мощность 50 – 150 метров. Развиваются процессы окварцевания, пропилитизации (рис. 25.).
Р
ис.
25. Схема распределения измененных пород
серного месторождения Новое (по
Е. Д. Петраченко):
1— базальты и туфы; 2 — дациты; 3 — алунитовые кварциты; 4 — аллювиальные и озерные отложения; 5 — пропилитизированные породы; 6 — сера в различных измененных породах; 7 – каолинизированные породы; 8 – пористые опалиты (выщелоченные серные руды); 9 – серные руды, частично выщелоченные, с очковой структурой; 10 — серные кварциты и опалиты.
На всех месторождениях наблюдается вертикальная и горизонтальная зональность. Вертикальная зональность заключается в смене сверху вниз следующих разновидностей пород: моноопаловые, серные, алунитовые, каолиновые (рис. 26.). Горизонтальная зональность проявляется в смене фаций по обе стороны от рудоподводящего канала: монокварциты (опалиты) или серные кварциты, серно-алунитовые кварциты, каолинитовые кварциты, серицитовые кварциты, гидрослюдисто-монтмориллонитовые породы, пропилиты. Наиболее богаты серой (30 – 35 % и более) серные кварциты. Руды имеют массивную, очковую, полосчатую или прожилковую текстуры. Руды комплексные: наряду с серой можно добывать пирит-марказитовые руды, алунит, гипс и ангидрит. Запасы серы в отдельных месторождениях достигают десятков миллионов тонн. К этому подтипу относятся месторождения Камчатки и Курильских островов (Новое, Заозерное, Малотойваямское, Ветроваямское и др.), Японии, США, многочисленные месторождения Чили, Перу, Мексики, Колумбии, Эквадора и Филиппин.
Рис. 26. Схема вертикальной (а) и горизонтальной (б) зональности участка Серное Кольцо месторождения Заозерное. По Г. М. Власову.
1 — монокварциты; 2—3 — кварциты: 2 — серные, 3 — алунитовые; 4 — каолинитизированные породы (каолинит-опаловые, кварц-каолинит-гидрослюдистые и др.); 5 — пропилиты и пропилитизированные андезиты; 6 — разломы; 7—8 — пути движения: 7 — вулканических газов и гидротерм, 8 — метеорных вод.
Поверхностные месторождения уступают по размерам приповерхностным. Они формируются из газовых или водных растворов на современных вулканах, в кратерных озерах. Выделяется несколько разновидностей месторождений. С у б л и м а ц и о н н ы е (эксгаляционные) месторождения возникают на вулканах с сольфатарной деятельностью. Сера отлагается на стенках кратеров, трещин, образует корки, налеты, щетки, жилки. Содержание серы 80 – 95 %, но запасы небольшие. Близки к эксгаляционным скопления н а т е ч н о й серы, откладывающиеся у выходов на поверхность термальных вод. Сера в смеси с опалом формирует агрегаты, цементирует обломки пород. Содержание серы 45 – 90 %. Часто сублимационные и натечные агрегаты совмещены. В России они известны на вулканах островов Кунашир и Итуруп.
Вулканогенно-осадочные месторождения серы в кратерных озерах образуются в результате выделения на дне озер вулканических сероводородных газов или вод. При окислении сероводорода осаждается сера, вместе с ней накапливались опал, глинистые минералы, алунит, гипс, марказит, вулканический пепел. Возникали серные илы, слагающие линзы длиной до сотен метров и мощностью от нескольких метров до 70. Запасы серы в единичных случаях достигают 1 млн.т. Сероносные илы есть в России в кратерных озерах островов Кунашир, Парамушир, на Камчатке, за рубежом в Японии, Индонезии. Серные потоки на действующих вулканах наблюдаются довольно часто, но они редко имеют промышленное значение. Источником серы послужили поверхностные и иные залежи, из которых сера была выплавлена при усилении вулканической деятельности. Форма серных потоков языковидная клинообразная. Сера обычно скрытокристаллическая грязно-зеленого цвета, содержит примеси до 10 %. Крупнейший поток вулкана Сиретоко находится в Японии.
Э к з о г е н н ы е м е с т о р о ж д е н и я
Экзогенные месторождения заключают около 90 % мировых запасов и 95 % добычи самородной серы.
Осадочные (биохимические) сингенетические месторождения образуются в водных бассейнах в результате окисления сероводорода при участии аробактерий. Продукт окисления – самородная сера накапливается в донных отложениях. Примером являются серные озера Поволжья России. В настоящее время они не имеют промышленного значения.
Инфильтрационно-биохимические эпигенетические месторождения возникают в результате следующих процессов: окисления сероводорода кислородом поверхностных вод, разложения гипса растворами хлористого натрия, редукции перешедшего в раствор сульфат-иона и окисления сероводорода кислородом инфильтрационных вод (при участии тиобактерий с последующим отложением серы на месте растворенного гипса), редукции гипсового кепрока соляных штоков сульфатредуцирующими бактериями с образованием сероводорода и кальцита, последующего окисления сероводорода до элементарной серы и ее накопление в кальцитовой зоне кепрока.