Лекция 18. Промышленные типы никелевых и кобальтовых руд

1.1. Н и к е л ь — серебристо-белый металл, имеющий плотность 8,35–8,90 г/см³, температуру плавления 1452 °С; обладает ферромагнитностью, сильным блеском, хорошо полируется, поддается прокатке, ковке и сварке, легко вытягивается в проволоку.

К о б а л ь т — металл белого цвета с красноватым оттенком, имеющий плотность 8,7–8,9 г/см³, температуру плавления 1493 °С; отличается сильной и устойчивой ферромагнитностью, ковкостью и тягучестью.

1.2. Среднее содержание никеля в земной коре (кларк) 0,0058 %, кобальта – 0,0036 %. Наиболее высокие содержания обоих элементов отмечаются в ультраосновных и основных магматических горных породах.

Известно более 40 никелевых и около 30 кобальтовых минералов, большинство из которых представляют собой простые или сложные сульфидные, арсенидные и сульфоарсенидные соединения. До 10 минералов никеля являются водными силикатами. В более чем 100 минералах никель и кобальт содержатся как изоморфная примесь или находятся в адсорбированной форме. Главнейшие минералы никеля и кобальта приведены в табл. 1.

Таблица 1

Важнейшие промышленные минералы никеля и кобальта

Название минерала и химическая формула	Содержание, %
	никеля	кобальта
I Сульфиды
Пентландит (Fe, Ni)9S8	22–42	1–3
Никелистый пирротин FeS	0,4–0,7	–
Миллерит NiS	61–64	0,1–0,5
Линнеит Co3S4	–	40–53
Кобальтпирит (Fe, Co)S2	–	0,05–3
II. Арсениды, сульфоарсениды и арсенаты
Скуттерудит CoAs3	0–9	11–20
Саффлорит (Со, Fe)As2	0–0,3	10–30
Шмальтин – хлоантит (Cо, Ni)As2	1–21	4–24
Кобальтин CoAsS	0,5–2	26–34
Эритрин Co3(AsO4)2 · 8H2O	0–6	20–30
III. Силикаты, гидросиликаты и гидроксиды
Гарниерит (Ni, Mg)4[Si4O10] (OH)4 · 4H2O	16–35	0–0,1
Ревдинскит (Ni, Mg)8[Si4O10] (ОН)8	16–35	0,0–0,1
Никелевый керолит (Mg, Ni)4[Si4O10] (ОН)4 · 4Н2О	10–15	Следы
Нонтронит m{Mg3[Si4O10](OH)2} · p{(Al, Fe)2 · [Si4O10] (ОН)2}	0,5–2,0	Следы
Никелевый серпофит (Mg, Ni, Fe)6[Si4O10] (ОН)8	4–5	Следы
Никелевый гидрохлорит (Mg, Al, Fe)6 [(Si, Аl)4O10] · (ОН)8. · nН2О	2–6	0,03–1,2
Асболаны и псиломеланвады m(Co, Ni)O · MnO2 · nН2О	0,8–20	0,8–32
Гетерогенит СоО · 2Со2О3 · 6Н2О	–	10–20

1.3. Основная часть получаемого никеля (65 %) расходуется на производство жаропрочных, конструкционных, инструментальных и нержавеющих сталей, где никель применяется в качестве легирующего элемента. До 20 % никеля используется в производстве сплавов и суперсплавов совместно с железом, хромом, медью, цинком и другими металлами. Кроме того, значительное количество никеля (до 7 %) расходуется на электролитическое покрытие поверхностей других металлов и сплавов. Никель также применяется в качестве катализатора при многих химических процессах и при производстве аккумуляторов.

Кобальт (до 40 %) в виде металла или оксида применяется в жаропрочных и жаростойких сплавах и сталях, где служит легирующей добавкой к другим металлам. До 20 % кобальта идет на изготовление магнитных сплавов, обладающих большей магнитной энергией на единицу объема, чем магниты из других сплавов. В большом количестве (16 %) кобальт применяется для изготовления твердых сплавов, среди которых различаются литые (стеллиты) и металлокерамические сплавы (керметы), в состав которых кроме кобальта входят хром, вольфрам, титан, молибден и углерод. В химической и керамической промышленности потребляется до 20 % кобальта в качестве катализатора или для изготовления красок и эмалей. В последнее время кобальт широко применяется в производстве литиево-кобальтовых аккумуляторов и элементов питания. Радиоактивный изотоп ⁶⁰Со применяется в медицине, дефектоскопии и сельском хозяйстве.

Цены на никель и кобальт в настоящее время чрезвычайно высокие, особенно для никеля, не относящегося к редким металлам. Обладая распространенностью в природе, сопоставимой с таковой для меди, никель в результате нынешнего ажиотажного спроса «стартовал» с цены в 5000-6000 долларов за тонну в 1999-2000 гг. и в марте 2007 г. достиг цены 46 тыс. долларов за тонну, в то время как медь стоит 6,5 тыс. долларов за тонну. Устоявшаяся цена на кобальт – 46 тыс. долларов за тонну (при том, что его содержание в рудах на порядок меньше, чем у никеля).

1.4. Основными геолого-промышленными типами месторождений никеля и кобальта являются магматические сульфидные медно-никелевые, гипергенные силикатные никелевые коры выветривания и гидротермальные арсенидные и сульфоарсенидные никель-кобальтовые и собственно кобальтовые месторождения (табл. 2).

1.4.1. Сульфидные медно-никелевые месторождения (37 % мировых запасов никеля и более 10 % кобальта) генетически связаны с дифференцированными массивами ультраосновных и основных магматических пород (перидотитов, габбро-норитов, габбро и габбро-диабазов). Медно-никелевые рудные тела располагаются преимущественно в придонной части интрузивов, а иногда во вмещающих интрузивы породах. Руды представлены вкрапленными и прожилковыми разностями, в меньшей степени – сплошными и брекчиевидными. Рудные тела имеют, как правило, крупные размеры: протяженность по падению и простиранию до нескольких километров, мощность до 100 м; плитообразные, пластообразные, линзообразные, жилообразные и более сложные формы; залегают субгоризонтально, реже полого- или крутонаклонно. Господствующее развитие имеют согласные пластообразные залежи вкрапленных руд. К лежачему боку рудных тел приурочены сплошные руды, образующие отдельные пласты, линзы и жилы, сложенные массивными, брекчиевидными и густовкрапленными разновидностями. Характерной особенностью сульфидных месторождений является сравнительно выдержанный минеральный состав руд. Главными минералами руд являются пирротин, пентландит, халькопирит и магнетит; второстепенными – пирит, кубанит, миллерит, валериит, минералы группы платины; редкими – хромит, маккинавит, самородное золото и др. Руды содержат никель, медь, кобальт, платиноиды, а также селен и теллур, золото, серебро и серу.

В России главным промтипом, дающим подавляющую часть отечественной добычи никеля и кобальта, являются ликвационные месторождения сульфидных медно-никелевых руд норильского типа. Руда накапливается в придонных частях материнских интрузий габбро-диабазов, норитов, перидотитов, иногда по разрывам «выжимаются» во вмещающие породы. Сульфидные руды сплошные, прожилково-вкрапленные, шлировые, брекчиевидные. Размеры рудных тел – до нескольких километров по падению и простиранию, мощность до 100 м. Залегают горизонтально или полого падают.

Норильский рудный район – супергигант мирового значения. Наряду с никелем и кобальтом он дает основную часть российской добычи меди и 96 % - платины и платиноидов. Благодаря ему Россия является ведущим мировым производителем никеля и одним из основных – по металлам платиновой группы (МПГ). Содержание МПГ в массе руды достигает 4-5 г/т (то есть такую руду можно было бы с выгодой добывать, как богатую платиновую, даже не будь в ней других металлов). Кроме того, из руд извлекается значительное количество попутных золота, серебра, теллура, селена. Норильские руды также богаты бором.

Руды обогащается флотацией, иногда в комплексе с электромагнитной сепарацией. Селективные медный и никелевый концентраты подвергаются пирометаллургическому переделу в плавильных печах.

Отходом обогащения сульфидных руд являются пирротиновые «хвосты» флотационного цикла. В Норильске при их размыве водотоками образовались богатые техногенные россыпи платины и других МПГ (в первую очередь палладия). За рубежом (Канада, Финляндия) из пирротиновых хвостов при их обжиге дополнительно извлекают серу, остаточный никель и кобальт, а железный огарок идет на предприятия черной металлургии.В зарубежных странах роль сульфидных медно-никелевых месторождений подчиненная.

1.4.2. Силикатные никелевые месторождения коры выветривания (63 % мировых запасов никеля и 58 % кобальта) развиваются при латеритном выветривании основных и ультраосновных пород. По условиям образования, геологическому строению и формам залегания выделяют три основных морфологических типа месторождений, соответствующие трем основным типам коры выветривания: площадной (Буруктальское, Сахаринское, Серовское), линейный (Синарское), линейно-площадной (Черемшанское).

По структурно-морфологическим особенностям выделяются 3 типа рудоносных кор выветривания – 1. площадные, 2- линейные и 3. линейно-площадные. Линейные коры выветривания развиваются по тектонически сорванным контактам интрузий, особенно часто – на контакте с известняками. В последнем случае образованию линейных кор благоприятствует мощное развитие карста. Протяженность рудных залежей – от сотен метров до первых километров, мощность от 1-2 м до 30-50 м, залегание горизонтальное или слабо наклонное для площадных кор, наклонное до вертикального для линейных кор. Форма рудных тел плащеобразная, пластообразная со сложными контурами в плане; встречаются линзовидные, нередко с карманообразными углублениями, клинообразные и гнездовидные тела; не имеют четких геологических границ и оконтуриваются по данным опробования. Глубина залегания руд в площадных корах –0-50 м, в линейных корах, осложненных карстом, руда «проваливается» на глубину до 250 м. Залегание рудных тел обычно горизонтальное или пологонаклонное; исключение составляют рудные тела месторождений контактово-карстового подтипа коры выветривания (Черемшанское).

Таблица 2