Марганец.

5.2.1. Геохимия и минералогический состав марганцевых руд

Марганцевые руды были известны задолго до нашей эры. В захоронениях найдены стекла, керамика и даже лекарства, содержащие марганец.

История изучения и использования марганца в европейских странах относится к середине – концу XVIII века, когда впервые были найдены оксидные марганцевые руды (пиролюзитовые – MnO₂). Сначала марганец использовался в очень небольшом количестве только в химическом, фармацевтическом и стекольном производстве. Одновременно путем восстановления пиролюзита углем был получен чистый марганец (Mn) в виде серебристо-белого порошка. Металлический марганец внешне похож на железо, но отличается от последнего повышенной твердостью, несколько большей хрупкостью и меньшей температурой плавления. Применение марганца в промышленном производстве началось с металлургии. Однако широкое внедрение марганцевых руд в металлургическую промышленность началось лишь в середине следующего столетия (XIX в.), когда произошли коренные изменения в металлургии железа и появились способы получения железа и стали (бессемеровский, мартеновский).

Марганцевые руды, прежде чем поступить в чугунолитейное и сталеплавильное производство, подвергаются специальной переработке. В домнах и электропечах из них изготавливают сплавы марганца с железом, марганца с железом и кремнием: ферромарганец, силикомарганец, зеркальный чугун, металлический марганец. Свыше 90% марганцевых руд идет на производство углеродистого ферромарганца, и лишь незначительная часть их расходуется на получение металлического марганца, зеркального чугуна, силикомарганца и других сплавов.

Главным свойством марганца, которое обеспечивает его широкое применение в металлургии, является способность придавать стали вязкость, ковкость и твердость. Кроме того добавки марганцевой руды в шихту доменных печей способствуют извлечению в шлак вредных примесей в особенности серы, с которой марганец образует соединение MnS – минерал алабандин, переходящий в шлак.

На этом не ограничиваются возможности использования марганцевых руд. Важное значение марганец имеет в медицине, различных химических отраслях промышленности, военном деле. Стекла, керамика, эмали, глазури, фарфор – везде используются пиролюзитовые руды для окраски производимых изделий.

Марганец принадлежит к элементам достаточно широко распространенным в земной коре, несмотря на то, что его кларк около 0,1%, а это значительно меньше кларка железа. Марганец занимает место в таблице Менделеева в IV периоде между хромом (№24) и железом (№26). Его номер 25. Слева от него в IV периоде элементов, соответственно, располагаются титан и хром, справа – железо и кобальт. Совместное положение марганца и железа в таблице Менделеева объясняет многие черты сходства в поведении этих двух элементов, в частности способности железа и марганца изоморфно замещать друг друга в минералах природного и искусственного происхождения.

В природе элемент представлен одним стабильным изотопом 55Mn.

Атомный радиус марганца 1,30А°. Ионные радиусы (А°): Mn²⁺ - 0,91; Mn³⁺ - 0,70; Mn⁴⁺ - 0,52; Mn⁷⁺ - 0,46. Температура плавления - 1245°С, кипения - 2150°С.

В соединениях марганец обычно проявляет валентность от 2 до 7. Наиболее устойчивые степени окисления +2, +4, +7. С увеличением степени окисления возрастают окислительные и кислотные свойства соединений марганца.

Марганец имеет четыре полиморфные модификации a- Mn, b- Mn, g- Mn, d- Mn. Температура превращений a b - 705°С, b g - 1090°С и g d - 1133°С. a- Mn модификация – хрупкая; g и отчасти b - пластичны, что имеет важное значение при производстве сплавов.

Марганец химически достаточно активен. При нагревании энергично взаимодействует с неметаллами – кислородом, азотом, серой, углеродом, фосфором и др. При комнатной температуре марганец на воздухе не изменяется. Медленно реагирует с водой, легко растворяется в кислотах. При нагревании в вакууме марганец легко испаряется даже из сплавов.

Природные минералы марганца образуются практически во всех рудообразующих процессах.

В эндогенных условиях двухвалентные железо и марганец встречаются совместно в силикатах и карбонатах, изоморфно замещая друг друга в минеральных ассоциациях.

В экзогенных условиях железо выступает обычно как трехвалентный элемент, а марганец как четырехвалентный. Заряды коллоидных соединений Fe и Mn различны (для Fe⁺, Mn^-). Величины рН, благоприятные для осаждения также различны: закись железа выпадает при рН=7, окись железа при рН=2,3, в то время как закись марганца осаждается при рН=8,7, а окись марганца при рН=2-4. Этим объясняется тот факт, что для железа и марганца в экзогенных условиях пути их миграции и осаждения различны. Они образуют обособленные промышленные месторождения, главным образом осадочные.

Из большого многообразия природных марганецсодержащих минералов (больше 200) промышленную ценность представляют кислородные соединения марганца: пиролюзит – MnО, браунит – Mn₂О₃, или, как принято писать, 3Mn₂О₃ Mn₈SiО₃ гаусманит Mn₃О₄, манганит – MnО₂×Mn(ОН)₂, минералы группы псиломелана - m MnО×MnО₂×nН₂О.

Пиролюзит MnО₂ (Mn – 63,2%).

Синоним полианит – крупнокристаллическая разность пиролюзита.

Рамсделлит – полиморфная модификация природной MnО₂ – ромбической сингонии.

Пиролюзит – главный минерал марганцевых месторождений. Его кристаллы имеют структуру типа рутила TiO₂. Сингония тетрагональная. Межплоскостные расстояния фазы Р.д. 3,118, 2,404, 1,622, 1,054.

В природных условиях образует сплошные кристаллические и скрытокристаллические массы, плотные, чаще рыхлые, землистые или сажистые. Характерны дендриты, корки, оолиты. Среди компактных слабокристаллических масс наблюдаются волокнистые, лучистые и зернистые агрегаты.

Кристаллы пиролюзита хрупкие, их твердость 6,0-6,5, у землистых агрегатов твердость снижается до 1,0-2,0, землистые разности пачкают пальцы. Удельный вес кристаллов 5,04-5,08. Цвет руд в агрегатном состоянии от черного до синевато-черного; в кристаллах – стально-серый, иногда с синеватой побежалостью. Черта черная или синевато-черная. Блеск кристаллов - металлический, у землистых разностей – матовый, у волокнистых - шелковистый. Фаза непрозрачная.

В полированных шлифах пиролюзит белый или серовато-белый с буроватым или кремовым оттенком. Отражательная способность очень высокая для кристаллического пиролюзита; для скрытокристаллических образцов – значительно ниже. Сильная анизотропия от кремово-желтых до фиолетово-серых тонов, особенно хорошо анизотропия проявляется в шлифах при исследовании с иммерсией.

В полированных шлифах кристаллы пиролюзита сильно травятся насыщенным раствором SnCl₂, тускнеют от действия кислот.

При нагревании пиролюзита на воздухе наблюдаются два эндотермических эффекта: в интервале температур 560-700°С происходит диссоциация пиролюзита MnO₂ с образованием браунита и при 920-1100°С переход браунита в гаусманит Mn₃О₄. При нагревании пиролюзит буреет и переходит в низшие оксиды марганца.

В природных условиях пиролюзит широко распространен как продукт процессов минералообразования в поверхностных слоях земной коры. Большие скопления пиролюзита в свое время отлагались в прибрежных частях морских и озерных бассейнов в условиях свободного доступа кислорода. В обстановке относительного обезвоживания руды пиролюзит становится одним из самых устойчивых марганцевых минералов. В смеси с гидрооксидами марганца: псиломеланом и манганитом образует крупнейшие промышленные месторождения.

Сравнительно редко пиролюзит образуется в гидротермальных месторождениях в условиях окислительной среды. В этом случае он кристаллизуется в виде крупнокристаллических сростков в кварцевых жилах. Для гидротермальных образований типична ассоциация пиролюзита с браунитом, гаусманитом и манганитом.

В зоне выветривания пиролюзит образуется за счет браунита, гаусманита, манганита, карбонатов и силикатов марганца.

Главная масса пиролюзитовых руд используется в черной металлургии.

Браунит наименее изученный минерал марганцевых руд. Если его теоретический состав считать как 3Mn₂O₃×Mn₈SiO₃, то его химический состав следующий: Mn₂O₃ – 78,34, MnO – 11,73, SiO₂ – 9,93, при содержании Mn – 57,05. Браунит содержит до 10% SiO₂. В старых работах состав минерала выражался формулой Mn₂O₃, а кремнезем считался механической примесью в фазе. По новым данным Si входит в решетку минерала. Рентгенографически установлено, что браунит имеет дефектную структуру типа CaF₂ c кислородом вместо фтора; положения кислорода частично вакантны. На 48 атомов Mn и шестерной координации приходится 8 атомов Mn в восьмерной координации и 8 атомов кремния в четверной.

Кристаллы браунита относятся к тетрагональной сингонии. Основные параметры межплоскостных расстояний Р.д. 2,72; 2,35; 2,14; 1,656.

Для браунита характерны сплошные мелкозернистые выделения фазы. Идиоморфные кристаллы октаэдрического облика встречаются редко, как правило, по стенкам пустот и трещинам в рудной массе.

Цвет браунита черный, черта буро-черная, блеск полуметаллический. Твердость кристаллов 6,0-6,5, удельный вес 4,7-4,9. Фаза слабо магнитная, непрозрачная.

В полированных шлифах, в отраженном свете браунит серовато-коричневый, слабо анизотропен, внутренние рефлексы бурого цвета можно обнаружить только в иммерсии. В полированных шлифах фаза кислотами не травится. Действие оказывает только раствор SnCl²⁺ HCl, выявляя зональное строение.

При нагревании браунита фиксируется один эндотермический эффект при 1066-1186°.

Браунит широко распространен в метаморфизованных, первоначально осадочных месторождениях марганца. Встречается в контактово-метасоматических месторождениях, реже в гидротермальных жилах в ассоциации с различными минералами марганца, железа, с баритом и кварцем. Возникает преимущественно в восстановительных условиях, устойчив в слабо окислительных зонах, однако, в зонах поверхностного окисления браунит неустойчив и переходит в минералы группы псиломелана, реже в пиролюзит. В восстановительной среде браунит замещается гаусманитом Mn₃O₄.

Браунитовые руды используются в черной металлургии для выплавки ферромарганца. Бедные марганцем руды употребляются для подшихтовки при выплавке обыкновенных чугунов в доменных печах.

Гаусманит Mn₃O₄ (MnO×Mn₂O₃).

Химический состав MnO – 31%, Mn₂O₃ – 69%, Mn -72%. В природных кристаллах обнаружены FeO, ZnO, BaO, MgO, CaO; Mn³⁺ замещается Fe³⁺.

Сингония тетрагональная. Р.д. 2,47; 2,74; 1,54.

В природных условиях гаусманит встречается в виде сплошных мелкозернистых масс, редко псевдооктаэдрические кристаллы в порах и пустотах руды. Цвет гаусманита черный, блеск металлический, черта красно-бурая. Твердость 5,0-5,5. Удельный вес 4,7-4,9. Точка Кюри 41,9°К обладает магнитной анизотропией.

В отраженном свете кристаллы серого цвета. Резко выражена анизотропия с цветными эффектами в желтоватых или голубовато-серых тонах. Характерны яркие кроваво-красные внутренние рефлексы, особенно в иммерсии. С целью диагностического травления можно использовать некоторые кислоты: HCl, H₂SO₄ или раствор SnCl₂ c H₂O₂.

Кривые нагревания характеризуются двумя эндотермическими эффектами: около 950 и 1200°С.

Наиболее широко гаусманит распространен в метаморфизованных осадочных марганцевых месторождениях, контактово-метасоматических и гидротермальных. Однако гаусманит, подобно магнетиту, возникает в более восстановительной среде по сравнению с браунитом и гематитом. В поверхностных зонах земной коры гаусманит окисляется и замещается псиломеланом и пиролюзитом.

Используется в черной металлургии аналогично браунитовым рудам. Богатые руды поступают на производство ферромарганца, бедные – в шихту доменных печей.

Манганит MnO₂×Mn(ОН)₂

Химический состав MnO – 40,4%, MnO₂ – 49,4%, Н₂О – 10,2%, Mn – 62,4%. Обычна примесь SiO₂, а также Fe₂O₃, Al₂O₃, CaO, MgO, BaO.

Фаза моноклинная. Р.д. 3,40; 2,64; 2,28; 1,139.

Манганит в месторождениях марганца встречается в виде тонкозернистых, землистых агрегатов. Иногда образует скопления типа конкреций или натечные формы. Очень редко мелкие кристаллические образования. Кристаллы короткопризматические с грубой вертикальной штриховкой.

Кристаллы манганита хрупкие, их твердость 3,5-4,0, удельный вес 4,2-4,3. Цвет темный стально-серый до желто-черного, часто наблюдается пестрая побежалась на поверхности минеральной массы. Черта красно-бурая, блеск полуметаллический до матового, в тонких сколах слабо просвечивает.

В отраженном свете кристаллы манганита серые с буроватым оттенком, резко анизотропен с цветными эффектами от голубовато-серых до желто-серых. Внутренние рефлексы кроваво-красные, яркие в иммерсии. Данные по отношению фазы к кислотам (травлению) – противоречивы.

На кривых нагревания четкий перегиб около 355-400°, что отвечает дегидратации манганита и превращению его в пиролюзит MnO2, который при дальнейшем нагревании вызывает постепенное образование гаусманита Mn₃O₄.

Манганит обычно низкотемпературный гидротермальный минерал, образующийся при некотором недостатке кислорода. Широко распространен в осадочных месторождениях марганца. Скопления его характерны для переходной фации между пиролюзито-псиломелановыми и карбонатными рудами. В ассоциации с манганитом наблюдаются родохрозит MnСO₃, браунит, гематит, барит.

В различных природных условиях фазовые превращения происходят с образованием псиломелана и пиролюзита.

Манганитовые руды наряду с псиломелановыми, пиролюзитовыми и браунит-гаусманитовыми представляют сырье для получения сплавов железа с марганцем.

Псиломелан.

Формула псиломелана точно не установлена. Под этим названием подразумевается группа минералов гидрооксидов марганца сложного и непостоянного состава. Поэтому предлагается как бы схема формулы: mMnO×MnO₂×nH2O при этом предполагается, что кроме оксидов двух и четырехвалентного марганца в более сложные соединения «псиломеланов» входят оксиды бария, кальция, калия, свинца, цинка, кобальта, никеля, меди и др. Установлены коллоидные смеси гидроокcидов марганца с гидроокислами железа, кремния, алюминия и органическими веществами. Таким образом, можно считать, что название группы гидроокислов марганца сложного фазового состава «псиломелан» является собирательным, до момента полной расшифровки отдельных фаз. Ранее принятое название «вад» порошковатых, мягких разностей псиломеланов в настоящее время утеряло свой смысл, поскольку часть входящих в эту группу гидратов рентгенографически обозначено.

В природных условиях гидрооксиды группы псиломелана образуют различной плотности землистые и тонкокристаллические агрегаты, иногда натечные (сталактиты), почковидные, сферические (оолиты и конкреции), а также редко встречающиеся дендриты.

Собственно псиломелан встречается в виде кристаллов редко. Установлено, что его структура ромбическая (или моноклинная). Р.д. 3,465; 2,875; 2,190; 1,399.

Кристаллы хрупкие, твердость 5,0-6,0 у землистых разностей меньше, удельный вес 3,95-4,71. Цвет желто-черный до черного и стального, черта коричневато-черная, блеск полуметаллический. Непрозрачен.

В отраженном свете в полированных шлифах серовато-белый до голубовато-серого. Кристаллы характеризуются сильным двуотражением, резкой анизотропией в серо-белых тонах.

Относительно поведения при нагревании псиломеланов отсутствует единое мнение, что совершенно очевидно для минеральных ассоциаций такого сложного и не расшифрованного состава. Одни из последних сведений свидетельствуют о том, что на кривых нагревания фиксируется экзотермический эффект при 703-756° и эндотермический при 805-839°.

Псиломелан вместе с другими марганцевыми минералами входит в состав многих марганцевых руд.

5.2.2 Генетические типы и составы марганцевых руд

Марганцевые руды – это природные минеральные образования, содержание марганца в которых используются для экономически выгодного извлечения этого металла.

По генезису наибольшее значение имеют осадочные месторождения, сформировавшиеся в древних морских или озерных бассейнах. Эти руды имеют наибольшее промышленное значение. Среди них различают окисные псиломелано-пиролюзитовые и манганитовые руды, образующиеся на небольшой глубине, в зоне максимального насыщения вод растворенным кислородом. Содержание марганца по отдельным месторождениям 19-36%. Карбонатные преимущественно родохрозитовые, манганокальцитовые, формирующиеся на больших глубинах в условиях недостатка кислорода, содержание в них марганца не превышает 16-25%. От оксидных руд отличается повышенным содержанием фосфора.

Метаморфические месторождения образуются за счет изменения осадочных месторождений в недрах Земли под действием высоких температур и давлений. Руды представлены безводными оксидами браунитом, гаусманитом, реже силикатами и карбонатами марганца. Среди них развиты промышленные железомарганцевые залежи с содержанием минералов марганца и железа.

Месторождения выветривания представлены мощными древними и современными корами выветривания с вторичной концентрацией в них марганца. Это рыхлые окисленные руды марганцевых шпляп. Они сложены пиролюзитом, псиломеланом и гидрооксидами марганца и железа.

На дне современных океанов находятся скопления железомарганцовистых конкреций, что свидетельствует о громадной водной акватории Мирового океана богатой рудой. Эти рудные накопления на дне Тихого, Индийского и Атлантического океанов исчисляются триллионами тонн руды. Установлено, что железомарганцовистые конкреции в промышленном масштабе сосредоточены на глубинах порядка 4800-5200 м. Природа поступления рудных минералов в океаны и моря еще окончательно не выяснена. Однако предполагается о наличии мантийного источника в областях, характеризующихся геомагматической активностью и отложений рудного вещества в шельфовых зонах континентов, где марганец и железо могли интенсивно поступать при выветривании горных пород суши.

5.2.3. Требования промышленности к марганецсодержащим рудам

Для железомарганцевых сплавов, применяемых в черной металлургии, разработаны специальные кондиции. Так ферромарганец доменный и ферромарганец электропечный углеродистый должны содержать (%): Mn – 70,0-70,1; Si – не более 2; Р – от 0,33 до 0,45 для разных сплавов; S – не более 0,03; углерод (С) – практически неограниченно для ферромарганца доменного, а для электропечного – не более 7.

В разных марках силикомарганца должно быть (%) Mn – не менее 60-65; Si 16-20 и более; Р 0,1-0,2; С 1,0-2,5.

Зеркальный чугун, используемый для выплавки рядовых сталей производят трех сортов, в которых предусматривается содержание основных компонентов в следующих пределах (%): Mn 10-25; Si – не более 2; Р 0,18-0,22; S – не свыше 0,03; С – практически неограниченно.

Состав ферромарганца мало- и среднеуглеродистого (%): Mn – не менее 80; Si – не более 2-2,5; Р и S – не должны быть более, соответственно, 0,3 и 0,03; С – для разных сортов 0,5-1,5.

Хром.

5.3.1 Геохимия и минералогический состав хромитовых руд

Кларк хрома в земной коре составляет 0,035%. Хром, как и железо – халькофильный элемент и занимает в IV периоде таблицы Менделеева 24-й номер. Геохимия хрома практически идентична железу и всем элементам халькофильной группы, описанной в предыдущем V-разделе книги.

Хром в природе имеет стабильные изотопы: 50Cr, 52Cr, 53Cr и 54Cr. Из шести искусственных радиоактивных изотопов наиболее важен 51Cr с периодом полураспада 27,8 суток.

Атомный радиус хрома 1,27А°. Размеры ионных радиусов (А°): Cr²⁺ - 0,83; Cr³⁺ - 0,64; Cr⁶⁺ - 0,52. Температура плавления 1890°С, кипения - 2480°С. Хром – антиферромагнитен, удельная магнитная восприимчивость 3,6×10-6.

В соединениях хром проявляет степени окисления +2, +3 и +6, из них наиболее устойчивы соединения Cr³⁺. Хром химически малоактивен. При обычных условиях устойчив к кислороду и влаге.

Хром – элемент, вероятно более характерен для мантии Земли, т.к. в природных условиях его минералы ассоциируются с ультраосновными породами, которые по составу ближе всего к мантии. В целом хром – металл глубинных зон Земли. Встречается в метеоритах. Известно более 20 минералов хрома. Однако промышленное значение имеют только хромшпинелиды, содержащие до 54% хрома. Кроме того, хром содержится в ряде других минералов, которые сопровождают хромовые руды, но сами не представляют практической ценности. Это оливин, пироксен, серпентин, хлорит, гранат, карбонаты и сульфиды.

На практике все хромшпинелиды обычно называют хромитами. В природе наиболее распространены:

магнохромит (Mg,Fe)Cr₂O₄

хромпикотит (Mg,Fe)(Cr,Al)₂O₄

алюмохромит Fe(Cr,Al)₂O₄

Хромшпинель состава FeCr₂O₄ (собственно хромит) обнаружена только в метеоритах.

Теоретический состав магнохромита (при Mg:Fe = 1:1), MgO – 9.69; FeO – 17.26; Cr₂O₃ – 73.05; хромпикотита (при Mg:Fe u Cr:Al = 1:1): MgO – 11.01; FeO – 19.62; Al₂O₃ – 27.85; Cr₂O₃ – 41.52; алюмохромита (при Cr:Al = 1:1): FeO – 36.14; Al₂O₃ – 25.64; Cr₂O₃ – 38.22; собственно хромита FeO – 32.09; Cr₂O₃ – 67.91.

Кроме того, обнаружены и диагностированы более сложные по составу хромиты.

Среди них:

магноферрихромит (Mg,Fe)(Cr,Fe)₂O₄

феррихромшпинель Mg(Cr,Al,Fe)₂O₄

феррихромпикотит (Mg,Fe)(Cr,Al,Fe)₂O₄.

Все хромшпинелиды по внешним признакам очень похожи друг на друга и практически неразличимы без данных химического и рентгенофазового анализов (таблица).

В таблице приведены параметры кристаллических решеток природных хромшпинелидов различных месторождений. Колебания значений (а А°) определяется наличием изоморфно входящих в состав фаз элементов.

Таблица 2

Параметры кристаллических решеток хромшпинелидов

а, А°	хромшпинелиды
8.302 8.311 8.308	магнохромит
8.177 8.221 8.229	хромпикотит
8.236 8.284 8.237	алюмохромит
8.321 8.332	искусственно полученный MgCr2O4
8.360	искусственно полученный FeCr2O4

Установлено, что в хромшпинелидах а уменьшается с увеличением содержания Al₂O₃ и MgO.

Цвет кристаллов хромшпинелидов черный или буровато-черный. Черта бурая. Блеск металлический. Твердость 5,5-7,5. Удельный вес 4,0-4,8. Кристаллы хрупкие.

В отраженном свете кристаллы серые со слабым коричневым оттенком.

Полированные шлифы хромшпинелидов не травятся кислотами, поэтому травление не является для хромитовых руд диагностическим признаком.

Хромшпинелиды плавятся в широком интервале температур 1450-2180°С. Точка плавления тем ниже, чем выше содержание в фазах FeO и Fe₂O₃. С увеличением в минералах содержания MgO и Cr₂O₃ температура их плавления повышается.

При нагревании хромшпинелидов обнаружены экзотермический эффект около 450°С и эндотермический около 670°С. Оптически установлено, что до 300°С в кристаллах появляется фаза гематита, при 500 - Cr₂O₃, при 800 на месте природных кристаллов возникает твердый раствор (Fe,Cr)₂O₃.

Хромшпинелиды, содержащие FeO и Fe₂O₃ обнаруживают слабые магнитные свойства. Разности богатые железом и бедные хромом сильно магнитны.

В природных условиях очень редко в пирротиновых и высококальциевых скарнах обнаруживается высокохромистая фаза – эсколаит (Cr₂O₃). Теоретический состав эсколаита Cr₂O₃ – 100%, (Cr – 68,43). Установлено, что в кристаллах в небольшом количестве изоморфно находятся V³⁺ и Fe³⁺.

Эсколаит относится к тригональной сингонии. Изоструктурен с корундом Al₂O₃ и гематитом Fe₂O₃. Образует призматические удлиненные по оси с кристаллы. Удельный вес 5.18. Цвет черный, в мелких осколках зеленый. Черта зеленая.

В полированных шлифах в отраженном свете кристаллы серого цвета похожие на магнетит, но с голубоватым оттенком, особенно хорошо наблюдаемым в иммерсии. Анизотропия сильная, с цветным эффектом от синего до голубого. Внутренние рефлексы в коричневатых тонах.

Эсколаит плавится при температуре 2265°С.

5.3.2 Генетические типы и составы хромитовых руд

Все промышленные месторождения хромитовых руд являются собственно магматическими.

Раннемагматические месторождения хромита возникают на начальных этапах охлаждения магматического очага. Из магмы в первую очередь выпадают кристаллы хромшпинелидов, которые образуют вкрапленность в ультраосновных породах. В результате гравитационной дифференциации в первую очередь выпавших кристаллов хромшпинелидов и их оседания на дно магматического очага в интрузивных массивах образуются крупные пластообразные тела вкрапленных хромитовых руд, имеющих промышленное значение. Однако раннемагматические месторождения по своему значению уступают месторождениям, образовавшимся в позднемагматические эпохи вулканической деятельности.

Позднемагматические месторождения хромитовых руд образуются на стадии обособления остаточной рудной магмы богатой хромом и обогащенной газовой фазой. Рудная магма застывает позже остывания основной силикатной части магмы. В этом случае образуются крупнокристаллические массивы густовкрапленных руд, обособленных от вмещающих ультраосновных пород. Именно из остаточных ультраосновных расплавов магмы образуются главные промышленные месторождения хромитовых руд.

При процессах метаморфизма промышленные месторождения хромитовых руд не образуются, т.к. при переотложении хромшпинелидов происходит их серпентинизация с разрушением кристаллической решетки.

В виде обломочных зерен хромшпинелиды встречаются в морских осадочных породах различного возраста. Известны прибрежно-морские россыпи-продукты разрушения коренных хромсодержащих месторождений.

Под действием горячих гидротермальных растворов шпинелиды претерпевают изменения, приводящие к окислению двухвалентного железа до трехвалентного и выносу из состава фаз алюминия и магния. Этим объясняется частое скопление железосодержащих фаз (магнетита и гематита) в местах разложения хромшпинелидов.

В коре выветривания происходит также разрушение хромшпинелидов. При этом окисляется железо и выносится магний. В условиях влажного климата отмечено появление лимонита по кристаллам хромшпинелидов.

Таким образом, образуясь в результате магматической деятельности хромитовые месторождения, попав в зоны земной коры, полностью разрушаются, не образуя новых минеральных ассоциаций промышленного значения.

5.3.3 Требования промышленности к хромитовым рудам

В соответствии с требованиями промышленности к качеству хромитовых руд для получения феррохрома используемые руды должны иметь не менее 40% Cr₂O₃ и отношение Cr₂O₃ к FeO не ниже 2,5.

Для доменного производства хромсодержащих чугунов с повышенными прочностью, жаропрочностью, кислотоупорностью и некоторыми другими качествами могут быть использованы хромитовые руды, содержащие Cr₂O₃ 35-40%.

Для изготовления огнеупоров применяются хромитовые руды с Cr₂O₃ не ниже 32%. Вредные компоненты – SiO₂, CaO u FeO. Особенно недопустимо присутствие карбонатов.

Для производства хромовых солей (хромпика) используются руды с 34-37% Cr₂O₃. При переработке таких руд количество извлекаемого хрома не превышает 65%. При использовании богатых руд извлечение хрома порой достигает 90%. При этом естественно снижается расход хромсодержащей руды и увеличивается объем производства.

Дата добавления: 2015-07-21