Месторождения полезных ископаемых кобальта и никеля

Никель и кобальт в силу близких геохимических свойств встречаются совместно в ликвационно-магматических, плутоногенных гидротермальных месторождениях и корах лагеритного выветривания. Кобальт характеризуется большей, чем никель, сидерофильностью (сродство к железу) и значительной подвижностью в экзогенных условиях. Это обусловило автономное накопление кобальта в скарно- вых магпетитовых и медных месторождениях, корах выветривания, зонах окисления сульфидных руд некоторых гидротермальных месторождений, осадочных рудах железа, марганца и пластах фосфоритов.

Основным потребителем никеля и кобальта является металлургия, на которую приходится 90% общего использования никеля и 70% кобальта. Например, в США 30% никеля идет на производство нержавеющих сталей, свыше 20% используется в сплавах. Кобальт входит в состав суперсплавов (35%), магнитных сплавов (15%), керамики и красителей (18%), катализаторов (12%), спецсталей (5%), другой продукции (15%).

В зарубежных странах общие запасы никеля составляют 95 млн т, кобальта — более 4 млн т. Основные запасы никеля приходятся на силикатные руды — Новая Каледония (32 млн т), сульфидные месторождения — Австралийский Союз (9,0 млн т), Канада (около 17 млн т). Эти же страны имеют значительные запасы кобальта. Наибольшими запасами (1,9 млн т) располагает Заир, причем они сконцентрированы в зонах окисления месторождений медистых песчаников. Производство никеля достигает около 850 тыс. т, 22% приходится на Канаду, 16% — на Россию, 12% — на Японию. Производство кобальта составляет более 29 тыс. т, из которых 14,5 тыс. т получают в Заире. Цена за 1 т никеля в 2010 г. составила 21 809 долл. (БИКИ от 19.03.2011).

Главнейшими минералами никеля являются: пентлан- дит (Fe, Ni)(JSs (22—42% Ni), миллерит NiS (61—64%), никелин NiAs (44%), талнахит Cu;)(Fe, Ni)8S16, гарниерит (Ni, Mg)JSi4O10] • (ОН)4 • 4Н20 (16-35%), нонтро- нит m{Mg3[Si4O10](OH)2} • р{(А1, Ре)2 • [Si4O10](OH)2} (0,5—2,0%). Кроме того, никель вместе с кобальтом содержится в пирротине и пирите. Кобальт входит в состав арсенидов, сульфидов, карбонатов и гидроксидов и изоморфно присутствует в составе большинства никелевых минералов.

Технология переработки сульфидных и силикатных руд принципиально различна. В России по запасам и добыче преобладают сульфидные медно-никелевые месторождения.

Сульфидные руды, с суммарным содержанием никеля и меди менее 1,5—2,0%, подлежат обогащению. Получаемые концентраты и богатые руды подвергаются электроплавлению. При этом образуется штейн и шлак. В штейн переходит большая часть никеля, меди, кобальта, благородных металлов и 30% железа, которое удаляется в процессе продувки штейна в конверторе, после чего образуется файнштейн, содержащий никель, — 50%, медь — 30% и кобальт — 0,6—1,2%. Затем файнштейн разделяют флотационным методом на никелевый и медный концентраты, которые обжигают в печах кипящего слоя до полного удаления серы. Оставшийся огарок плавят в восстановительной среде до чернового металла. Из конверторных пром- продуктов гидрометаллургическим способом извлекают кобальт. Товарные никель и медь получают путем электролиза чернового металла. Драгоценные металлы выделяют из электролитических шламов на аффинажных заводах.

Промышленные типы кобальт-никелевых руд представлены ликвационно-магматическими, плутоногенными гидротермальными месторождениями, а также месторождениями коры выветривания. Кроме того, выделяются кобальтоносные скарново-магнетитовые и стратиформные месторождения.

Ликвационно-магматические месторождения сульфидных медно-никелевых руд являются в России ведущим промышленным типом месторождений как никеля, так и кобальта. В общем виде они рассмотрены ранее. Охарактеризуем кратко уникальные месторождения этого типа.

Талнахское и Октябрьское месторождения, самые значительные в норильской группе, приурочены к разветвленной тал нахской интрузии габбродолеритов. Талнахское месторождение связано с Юго-Западной и Северо-Восточной ветвями талнахской интрузии, а Октябрьское — с Северо- Западной и Хараелахской ветвями (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Схематический план Талнахского рудного поля (а) и разрез юго-западной части Талнахского месторождения (б) (по В. Ф. Кравцову, А. В. Тарасову):

1 — четвертичные отложения; 2 — угленосные толщи пермокарбона; 3 — карбонатная толща верхнего девона;
4 — ангидрит-мергелистая толща; 5 — карбонатно-глинистая толща; 6 — туфолавовая толща пермотриаса; 7 — долериты; 8 — выходы рудоносной талнахской интрузии под четвертичные отложения;
9 — апофизы талнахской интрузии; 10 — габбро; 11 — оливиновые габбродолериты; 12 — рудоносные пикритовые, такситовые и контактовые габбродолериты; 13—14 — руды (13 — вкрапленные богатые, 14 — массивные); 15 — разрывные нарушения; 16 — пологие разрывные нарушения; 17 — тектонические брекчии;
18 — границы рудоносной талнахской интрузии; ветви талнахской интрузии (цифры в кружках): 1 — Северо- Западная; 2 — Юго-Западная; 3 — Северо-Восточная;
4 — Хараслахская

Первые две ветви и связанное с ними оруденение формируют верхний этаж на глубине 400—600 м от современной поверхности. Интрузивные ветви расслоены. В них чередуются горизонты (сверху вниз): эруптивных брекчий, контаминированных пород и осветленного габбро, габбродолсригов, безоливиновых, оливиновых, пикри- товых, такситовых и контактовых долеритов. В целом рудное поле характеризуется блоковым строением, обусловленным развитием субмеридионального Норильско- Хараелахского глубинного разлома и системы сопряженных сбросов.

Пирротин-пентландит-халькопиритовые руды локализуются преимущественно в донной части интрузива. Вкрапленное оруденение, составляющее 70% общей массы руд, развито в основном в материнских пикритовых, такситовых и контактовых долеритах. В подстилающих измененных осадочных породах наблюдается прожилково-вкраплен- ное оруденение. Сплошные сульфидные руды составляют около 18% общих запасов и формируют линзы, жилы и пласты мощностью от 2 до 10 м. Они представлены пир- ротиновой, халькопиритовой, кубанитовой, талнахитовой и моихукитовой разностями. Относительное содержание кубанита CuFe.,S3 и моихукита Cu9Fe9S16 на глубоких горизонтах возрастает.

Из зарубежных хорошо известны месторождения Садбери и группы Томпсон (Канада). Многочисленные месторождения никеленосного эрупгива Садбери, имеющего форм}’ овалообразного синклинального бассейна сечением в плане 60 х 27 км и сложенного по периферии норитами, приурочены к его внешней части (рис. 6.10).

Рудные тела имеют пласто-, линзо- и жилообразную форму. Массивные руды залегают в основании норитов на контакте с гранитогнейсами. В висячем боку залежей они сменяются вкрапленными рудами. Это видно в разрезе месторождения Крейтон, одного из самых крупных.

Месторождения района Садбери отрабатываются с 1883 г. Всего добыто более 6,8 млн т никеля, 4,6 млн т меди, 209 тыс. т кобальта, 650 т платины. Среднее содержания составляют: никель — 1,4%; медь — 1,1%; кобальт — 0,05%; платина — 0,69 г/т.

По классификации ГКЗ месторождения никелевых руд соответствуют 1-, 2- и 3-й группам, кобальтовых руд — 3-й и 4-й группам. Наибольшую промышленную значимость имеют медно-никелевые месторождения 1-й группы типа норильских. Их разведка осуществляется системами скважин по квадратной сети со стороной: 100 м — категории А, 200 м — категории В, 400—600 м — категории Су

При разведке месторождений 2-й группы — типа Кольских — расстояния между скважинами сокращаются в 2—4 раза. Пробы подлежат анализу на Ni, Со, Си, S, Аи, Ag, Se, Те и др. Ртах анализов составляют: для никеля —

5—10%; для меди — 5,5—17,0%; для кобальта — 2,5—25,0%; для сопутствующих металлов — 25—30%.

Рис. 6.10. Схематическая геологическая карта района Садбери и разрез медно-никелевого месторождения Крейтон (по Р. Саучу, Т. Подольскому):

1 — вулканические и осадочные породы протерозоя;
2 — зелепокаменная вулканогенно-осадочная толща с основными интрузивными массивами архея; 3 — граниты, гранитогнейсы;
4 — гранофир; 5 — кварцевое габбро; 6 — норит; 7 — разрывные нарушения; 8 — крупные медно-никелевые месторождения (цифры в кружках: 1 — Крейтон, 2—Мерей, 3 — Фруд-Стоби,
4 — Гарсон, 5 — Копе-Клиф, 6 — Левак, 7 — Стражкона,
8 — Харди); 9 — мелкие месторождения и рудопроявления;
10, 11 — руды (10 — вкрапленные, 11 — массивные)

Источник

14 ноября 2020 г.

Никель и кобальт – это цветные серебристо-белые металлы, широко востребованные в химии и металлургии. Самое интересное, что своим названиям данные элементы обязаны хитрым и коварным персонажам древних саксонских легенд, устраивавшим рудокопам всяческие козни при добыче полезных ископаемых. И тот и другой были открыты и описаны в первой половине XVIII века двумя шведскими учёными Г. Брандтом и А. Ф. Кронстедтом.

Способы добычи никелевых руд

Основными залежами никелевых руд являются сульфидные медно-никелевые, кобальт-никелевые, силикатные никелевые и ферроникелевые месторождения. Второстепенное значение имеют:

сульфидно-арсенидные жильные месторождения комплексного характера содержания минералов;
конкреции дна озёр, океанов, а также почв, содержащие в своём составе железомарганцевую руду;
медно-колчеданные залежи.

По своему характеру происхождения месторождения подразделяются на магматические и литосферные залежи. Вторые исторически подвергались длительному физическому воздействию в процессе выветривания пород. Эти факторы накладывают определённый отпечаток на способы добычи никелевых руд.

Открытый

В случае неглубокого залегания минерала, как правило, прибегают к открытому способу добычи. На склонах горных массивов формируют уступы, используя при необходимости бурильные установки шарошечного типа. Погрузка породы на автотранспорт осуществляется экскаваторами. Как обычно, массу вскрышных материалов размещают на внутренних или внешних отвалах.

При сравнительно низкой стоимости, данный метод извлечения полезных ископаемых связан со значительным неблагоприятным воздействием на окружающую местность и требует привлечения существенных людских и технических ресурсов, особенно на первых этапах разработки.

Закрытый

При значительной глубине размещения никелевых руд приходится прибегать к строительству сложных подземных сооружений: шахт, штолен, штреков, камер. Что, естественно, приводит к существенным затратам и необходимости применения специального проходческого и добывающего оборудования. При этом также очень важны вопросы безопасности, сложность которых усугубляется горными ударами и выделением удушливых и взрывоопасных газов.

Что касается кобальта, то он обычно получается, как сопутствующий минерал при разработке комплексных месторождений совместно с никелем или другими минералами теми же способами добычи.

Технология переработки никелевых руд

Технология переработки никелевых руд отличается сложностью и многоступенчатостью. Подчас часть сырья приходится возвращать к предыдущим этапам процесса. В значительной степени она определяется процентным содержанием нужного минерала в исходном сырье.

Так:

богатые никелем руды (свыше 1% в составе) сразу отправляются на плавку;
более бедные – рядовые, подвергаются обогащению;
силикатные железистые руды проходят гидрометаллургический передел;
силикатные магнезиальные руды идут на пирометаллургический передел;
имеются также сложные комбинированные схемы, с помощью которых перерабатывают окисленные и смешанные руды.

В никель

Для того чтобы получить из руды никель, первоначальное сырьё проходит целый ряд этапов переработки:

Прежде всего, руду очищают от влаги и гнилостей. Для этого её подвергают дроблению, затем сушат и спекают в печах.
Полученные в результате первого этапа флюсы и гипс разбавляют коксом и всю полученную массу переплавляют в штейн (промежуточный металлургический продукт).
В результате плавки образуется штейн и шлак. Шлак направляют в отвал. А штейн продувают в конвекторе.
После чего получается белый никелевый штейн и опять же шлак, часть которого снова отправляется на переплавку, а другая часть используется для выработки угарного газа.
Белую массу, содержащую значительное количество никеля опять же дробят и измельчают, чтобы затем направить на обжиг.
Закись никеля восстанавливают, используя древесный уголь.
Окончательным этапом получения нужного химического элемента Niявляется электролитическое рафинирование.

Никель

В кобальт

Для получения кобальта из никелевых руд, их предварительно растворяют с помощью серной кислоты, аммиака или воды. Иногда используют пирометаллургические процессы.

Затем с помощью хлорных соединений получают гидроокиси кобальта или с помощью электроэкстракции выделяют кобальт на катодах в процессе электролиза. Чтобы получить высокочистый металл, раствор предварительно тщательным образом очищают от примесей: меди, железа, свинца и никеля.

Продукт переработки

Сталь и сплавы

Благодаря своим уникальным свойствам: пластичности, жаростойкости, устойчивости к химическим воздействиям и не взаимодействию с кислородом, металл очень ценится металлургами. Большая часть производимого никеля расходуется на производство нержавеющей стали.

Достаточно значительное количество используется на получение сплавов с медью, железом и хромом. Именно они, благодаря своей жаростойкости широко востребованы при производстве газотурбинных и реактивных установок в самолётостроении, ракетостроении, космонавтике, атомной энергетике.

Не стоит забывать и о таком важном процессе, как никелирование поверхностей, применяемом для защиты поверхностей и придания им характерного внешнего вида.

С помощью кобальта производится легирование сталей, что в значительной степени повышает их твёрдость и прочность. Именно эти марки сталей идут на изготовление металлорежущего инструмента.

Аппараты для химической и пищевой промышленности

Никелевая сталь, обладающая термостойкостью и длительное время не подвергающаяся коррозии, находит широкое применение в химической индустрии. Значительное количество применяемых в отрасли резервуаров, цистерн, котлов, тиглей, труб, деталей машин и механизмов содержат в своём составе этот удивительный металл. Из него выпускают тару для химических реагентов. Кроме того, сам минерал достаточно часто применяется в качестве катализатора химических процессов.

Также, содержащие никель материалы применяются при изготовлении ёмкостей для хранения и переработки значительного количества пищевых продуктов.

Оборудование для атомных электростанций

Современные ядерные энергетические установки содержат в корпусах своих реакторов и в трубопроводах сплавы на основе железа и никеля. Также в качестве материалов для оборудования атомных электростанций нашли применение суперсплавы на никелевой основе. Они широко известны под названиями:

инконель – никель-хромовый жаропрочный сплав,
хастеллой – сплав, обладающий высокой коррозийной стойкостью.

Приборы радиолокации

Изделия из никеля и его сплавов находят широкое применение в изготовлении приборов и электронных компонентов:

Никелевые трубы широко востребованы в навигационных устройствах, системах дистанционного контроля, телевидении.
Сплавы из никеля применяются в конструкциях антенных узлов, устройствах спутниковой связи и при изготовлении элементов электросвязи.

Месторождения в России и мире

Более 400 месторождения ведут добычу никелевых руд во всём мире. Крупнейшие отечественные месторождения расположены на территории:

Таймырского округа – Октябрьское и Талнахское.
Мурманской области – Ждановское.
Челябинской области – Сахаринское.
Урала – Серовское.
Оренбургской области – Буруктальское.

Более мелкие присутствуют в Карелии, Воронежской области, на территории республики Тыва, в Амурской области и Камчатском крае.

За рубежом значительные залежи имеются:

в Канаде, на Кубе, в ЮАР,
на Украине, в Албании и Греции,
в Индонезии, на Филиппинах, в Австралии и Новой Каледонии.

Список мест расположения крупнейших месторождений кобальта по странам мира:

Бу-Аззер, Марокко.
Цинхай, Китай.
Раму, Папуа-Новая Гвинея.
Voisey’s Bay Mine, Sudbury Area Mine, Nunavik Mine, Канада.
AdlayCagdianaoTandawaProject, Филиппины.
Камбалда, Маунт-Кит, Маррин, Австралия.
Район Моа, Куба.
Республика Алтай, Россия.
Провинция Катанга, Конго.
Инсизва, ЮАР.

Мировые запасы

Данные взятые из разных источников весьма противоречивы и очень сильно отличаются по годам, содержанию минерала, а также по уровню подтверждённой достоверности экспертными службами.

Выявленные ресурсы никелевых руд оцениваются в 190-210 млн. тонн. Из них большая часть с концентрацией никеля свыше 1% (130 млн. тонн), меньшая часть с концентрацией 0,2-1% (80 млн. тонн). Огромные залежи этого уникального минерала расположены на дне мирового океана (почти 700 млн. тонн), правда, обладающие средней концентрацией данного полезного ископаемого.

Трудно сказать какая из стран обладает наибольшими запасами никелевых руд. Одно можно с достаточной степенью уверенности утверждать, что в списке лидеров (стран, обладающих более 5 млн. тонн залежей этого ресурса) находятся: Австралия, Бразилия, Индонезия, Канада, Куба, Россия, Новая Каледония. Также значительными запасами (более 1 млн. тонн) обладают: Албания, Греция, территория бывшей Югославии, Украина, Казахстан, Гватемала, Колумбия, Буркина-Фасо, Бурунди, Кот-д,Ивуар, Мадагаскар, ЮАР, Китай, Филиппины, Папуа-Новая Гвинея.

Кобальт

Мировые запасы кобальта оцениваются примерно в 500 млн. тонн, из них разведанные запасы на 2005 год составляют почти 13 млн. тонн.

Страны, добывающие никель и кобальт

Десятка стран, занимающих ведущие позиции по добыче никеля в 2019 году, выглядела следующим образом:

1 место – Индонезия. 800 тыс. тонн.
2 место – Филиппины. 420 тыс. тонн.
3 место – Россия. 270 тыс. тонн.
4 место – Новая Каледония. 220 тыс. тонн.
5 место – Австралия. 180 тыс. тонн.
6 место – Канада. 180 тыс. тонн.
7 место – Китай. 110 тыс. тонн.
8 место – Бразилия. 67 тыс. тонн.
9 место – Куба. 51 тыс. тонн.
10 место – США. 14 тыс. тонн.
Остальные страны совместно добыли 370 тыс. тонн.
Общемировая добыча никеля в 2019 году, таким образом, составила: 2 млн. 682 тыс. тонн.

Аналогичные данные по ежегодной добыче кобальта(сведения середины 2020 года) распределены в следующем порядке:

1 место – Конго. 90000 тонн.
2 место – Россия. 5900 тонн.
3 место – Куба. 4900 тонн.
4 место – Австралия. 4700 тонн.
5 место – Филиппины. 4600 тонн.
6 место – Канада. 3800 тонн.
7 место – Мадагаскар. 3500 тонн.
8 место – Папуа-Новая Гвинея. 3200 тонн.
9 место – Китай. 3100 тонн.
10 место – Марокко. 2300 тонн.
К сведению: ещё пять лет назад ежегодная добыча кобальта в мире достигала 124 тыс. тонн.

Автор:
Юрий Флоринских
Все статьи этого автора

Источник

Кобальт накапливается во всех генетических типах никелевых месторождений, но образует и самостоятельные скопления в гидротермальных месторождениях.

Ликвационные месторождения кобальтсодержащих сульфидных медно-никелевых руд (см. «Никель») — основной источник кобальта. Кобальт присутствует в виде изоморфной примеси в пентландите и пирите. В рудах он содержится от сотых долей до 0,1—0,2%. Пример весьма крупного месторождения этого типа — Сёдбери в Канаде (запасы кобальта около 150 тыс. т).

Гидротермальные месторождения по особенностям минерального состава подразделяются на несколько групп.

Рудные горы в Германии

Никель-кобальтовые месторождения с широко развитыми в жилах арсенидами никеля и кобальта — никелином, шмальтином и др. в ассоциации с серебром и висмутитом. Разнообразие состава руд дополняется на некоторых месторождениях присутствием меди, молибдена, сурьмы, ртути и других металлов. Из нерудных минералов присутствуют: кварц, карбонаты, флюорит, барит. Геологические данные и текстурные особенности руд позволяют относить их к числу сравнительно низкотемпературных гидротермальных месторождений, образовавшихся в условиях небольших глубин. Пример месторождений — группа месторождений Бу-Аззер в Марокко, Рудные горы в Германии и Чехословакии, Кобальт в Канаде, Ховуаксы.

Кобальтонооные медистые песчаники и доломиты, которые для ряда стран имеют важное значение как источники получения кобальта. Пластообразные тела медистых песчаников в качестве промышленной примеси содержат минералы, из которых кобальт извлекается попутно. Обычно кобальт концентрируется в халькопирите и пирите (месторождения Замбии). Содержание кобальта в сульфидных рудах до 0,35%. Особый интерес для добычи кобальта представляют окисленные руды месторождений Заира. Руды здесь образовались главным образом в трещиноватых, закарстованных, окремнелых и брекчированных боковых породах, заполнили в них поры, пустоты, пещеры. Главный минерал — малахит, встречаются лимонит, пиролюзит и чистые кобальтовые оксиды. Содержание меди в руде 10— 12%, кобальта 1—3%.

Колчеданные месторождения, содержащие кобальт (0,3—1%) преимущественно в пирите и халькопирите. Присутствуют небольшие количества кобальтовых и никелевых минералов — линнеита, миллерита, пентландита, кобальтина. Среди колчеданных месторождений России повышенной кобальтоносностью характеризуются руды, приуроченные к метаморфизированным основным и ультраосновным породам. Вмещающие оруденение основные эффузивы и серпентиниты обычно превращены в хлоритовые, лиственитовые и тальковые породы. Рудные тела залегают в форме разобщенных линз и зон вкрапленников среди рассланцованных пород. Из зарубежных месторождений следует назвать месторождение Оутокумпу в Финляндии.

Оутокумпу Финляндия

Мышьяково-кобальтовые месторождения, связанные преимущественно с магнетитсодержащими скарнами. Примерами могут служить месторождения США (шт. Айдахо), Австралии, Чили, Дашкесанское в Азербайджане. Месторождения этого типа немногочисленны. Несмотря на сравнительно небольшие размеры, они могут представлять значительный интерес по характеру и условиям проявления собственно кобальтовой минерализации. Оруденение локализовано в жильных зонах смятия и трещиноватости или по нарушенным контактам даек основного состава. Главные рудные минералы — кобальтин и кобальтсодержащий арсенопирит. Преобладают вкрапленные, прожилково- вкрапленные и брекчиевидные текстуры руд. Текстурно-структурные особенности руд и изменения боковых пород указывают на относительно высокотемпературный характер главной стадии кобальтового оруденения.

Месторождения коры выветривания кобальта возникают при латеритном выветривании ультраосновных пород. Кобальт в этих условиях (см. «Никель») накапливается в гидроксидах марганца. Наиболее обогащены им верхние горизонты обохренных и нонтронитизированных серпентинитов. Содержание кобальта в рудах в среднем 0,05—0,06%, минимальное 0,037%. Комплексные кобальт-никелевые руды выветривания разрабатываются в России месторождения Урала и Казахстана, и за рубежом (крупные месторождения кобальтсодержащих силикатно-никелевых руд Бразилии, Венесуэлы, Кубы, Австралии, Индонезии).

Осадочные месторождения кобольта формируются в четвертичных осадках Тихого, Атлантического и Индийского океанов. В железомарганцевых конкрециях содержится 0,3—0,5, а иногда 1,5—2% кобальта. С учетом значительного распространения конкреций в глубоководных осадках всех океанов общие запасы кобальта могут быть условно определены в 1—2 млрд т, т. е. примерно в 1000 раз больше запасов, выявленных на суше. Метаморфические месторождения кобальта

Метаморфические кобальтсодержащие месторождения представлены фальбандами — слоями и линзами рассеянной рудной вкрапленности, залегающими в метаморфических породах. Породы сложены амфиболитами, тальковыми и амфиболовыми сланцами. В составе рудной вкрапленности присутствуют арсениды кобальта и железа, кобальтсодержащий пирит и др. На территории России кобальтсодержащие фальбанды известны в архейских породах Карелии и Кольского полуострова. В пределах Балтийского щита они характерны также для метаморфических пород Южной Норвегии и Юго-Восточной Швеции.

Источник