Лекция 12_Свинец-Цинк.pptx
- Количество слайдов: 39
III. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ СВИНЕЦ и ЦИНК
Общие сведения и области применения Свинец известен с древнейших времен. В Месопотамии и Египте он использовался за 6 -7 тысяч лет до н. э. При раскопках Помпеи найдены свинцовые водопроводные трубы. В Китае за 2000 лет до н. э. свинец использовался для чеканки монет. Металлический цинк был открыт в 1520 г, однако более ранние изделия из него относятся к VI-V в. до н. э. В настоящее время большая часть свинца используется для изготовления аккумуляторных батарей (63 %), остальное применяется в производстве красителей и химикатов, оболочек кабеля, сплавов, боеприпасов и прочих изделий. Цинк применяется в производстве оцинкованной стали (47 %), латуни, бронзы и других сплавов (19 %), литья под давлением (14 %) и прочей продукции.
Обзор ресурсов Общие запасы Pb в 70 зарубежных странах оцениваются в 212 млн. т, разведанные составляют 129 млн. т. Общие запасы Zn превышают 491 млн. т, а разведанные 294 млн. т. Наиболее крупными запасами Pb и Zn обладают также США, Австралия, Казахстан, Канада, Китай. К месторождениям мирового масштаба относятся Мак-Артур (Австралия), Салливан (Канада), месторождения бассейна Миссури (США). В России разведанные запасы Pb оцениваются в 13, 9 млн. т, Zn – 46, 5 млн. т. 82 % запасов находятся в месторождениях Восточно-Сибирского и Уральского районов, остальные 18 % в пределах Западно-Сибирского, Дальневосточного и Северо-Кавказского регионов. Наиболее крупные месторождения – Холоднинское, Озерное, Карбалихинское, Гайское, Учалинское, Николаевское, Сардана.
Геохимия и минералогия Кларк Pb 0, 0016 %, содержания его увеличиваются от ультраосновных и основных к кислым магматическим породам. Кларк Zn 0, 08 %, наиболее высокие содержания его наблюдаются в основных породах. Оба элемента характеризуются отчетливо выраженными халькофильными свойствами. Они выносятся гидротермальными растворами в виде комплексных соединений и осаждаются в форме сульфидов при температуре ниже 300 °C. Главные минералы свинца – галенит Pb. S, обычно содержит примеси Ag, Bi, Sb, джемсонит Pb 4 Fe. Sb 6 S 14, буланжерит Pb 5 Sb 4 S 11; в зоне окисления церуссит Pb. CO 3 и англезит Pb. SO 4. Основные минералы цинка – сфалерит Zn. S, содержащий примеси Cd, In, Ga, Ge; в зоне окисления смитсонит Zn. CO 3 и каламин Zn 4 (OH)2 [Si 2 O 7] H 2 O. Главные промышленные минералы свинцово-цинковых руд – галенит и сфалерит.
Fig. 1. Несульфидные Pb–Zn руды (“каламин”) и ассоциированные минералы Ag, Cd and Ge. a) Церуссит, b) Смитсонит. c) Каламин. d) «Локоны» самородного серебра в срастаниях с аргентитом. e) Желто-зеленые вторичные минералы на темном сфалерите f) Германит красновато-медного цвета развивающийся по массивным сульфидным рудам.
Промышленные типы руд и кондиции 1. Простые по составу свинцово-цинковые руды. 2. Комплексные полиметаллические руды. Помимо двух главных металлов в том или ином количестве могут присутствовать Cu, Sb, Bi, Sn. Попутные компоненты руд Cd, Au, Ag, Se, Te, Ga, Ta, In. В полиметаллических рудах сосредоточено более 80 % мировых запасов Cd, около 50 % Tl, 25 -30 % Ge, 20 -25 % Se, Te, In, 15 -20 % Ga и Bi. Эти руды дают 50 % мировой продукции Ag. Свинцово-цинковые руды относятся к богатым при содержании Pb более 4 % или Pb и Zn более 7 %. Бедные руды характеризуются содержанием Pb 1, 2 -2 % или суммы Pb и Zn не ниже 4 %.
Табл. 12. 1. World lead production in 2005 by country and mining company. World mine production 3. 3 m t metal content Proven probable resources 67. 0 m t metal content Mine production by country Top 5: 80. 4 %. Top 10: 89. 9 % China (30. 7 %) Australia (23. 0 %) USA (13. 1 %) Peru (9. 6 %). Mexico (4. 0 %) Major producer Top 5: 29. 6 %. Top 10: 42. 7 % BHP Billiton (Australia 8. 7 %) Doe Run (USA 7. 7 %) Xstrata (Switzerland 5. 7 %) State of China (4. 1 %) Teck Cominco (Canada 3. 4 %)
Табл. 12. 2. World zinc production in 2005 by country and mining company. World mine production 10. 1 m t metal content Proven probable resources 220 m t metal content Mine production by country China (25. 0 %) Australia (13. 5 %) Peru (11. 9 %) USA (7. 4 %) Canada (6. 6 %) Major producer (2003) Teck Cominco (Canada 6. 6 %) Zinifex (Australia 5. 9 %) Glencore (Switzerland 5. 7 %) State of China (4. 8%) Vedanta Resources (Great Britain 4. 6%) Top 5: 64. 4 %. Top 10: 84. 2 % Top 5: 27. 6 %. Top 10: 45. 7 %
Промышленные типы месторождений Свинец и цинк извлекают в основном из комплексных руд, содержащих Cu, Ag и другие металлы. Среди промышленных месторождений Pb и Zn выделяются: - скарновые - плутоногенные гидротермальные - колчеданные - стратиформные
Эндогенные месторождения Скарновые свинцово-цинковые месторождения связаны с вулканоплутоническими ассоциациями. Рудные тела ассоциируют с известковыми скарнами, они располагаются на удалении от контактов с интрузиями, характеризуются сложной морфологией. Состав скарнов определяется преобладанием геденбергита, в меньших количествах присутствуют гранат, волластонит. Руды обычно богатые сплошные и вкрапленные. Содержание Pb 612 %, Zn 6 -14 %, Ag 30 -300 г/т. Соотношения Pb и Zn близко 1: 1. Типичные элементы-примеси Cd, Sn, Cu, In, Bi, Ag, Sb. Свинцово-цинковые скарновые месторождения в мировом балансе запасов имеют подчиненное значение. Для России роль этих месторождений более существенна. Месторождения известны в Приморье (Николаевское, Верхнее и др. ), Забайкалье (Смирновское и др. ), Средней Азии (Алтын. Топкан), Швеции, Югославии, США и др.
Рис. 2. Pb–Zn скарновые м-ния. a) Почти вертикальные окисленные рудные тела в Pb–Zn скарновом мнии Трепка, Сербия. b) Черный сфалерит, халькопирит, галенит, и кальцит в скарновых рудах Трепка, Сербия, c) Замещение скарновых минералов марганца сульфидами Pb–Zn sulfides, м-ние Мадан, Болгария. d) Йохансенит (коричн. ) - родонитовый e (red) скарн, м-ние Мадан, Болгария. .
Fig. 3. Миоценовое скарновое Zn–Pb м-ние Лаврион, Греция. a) Идеализированный разрез. b) Pb–Ag–Zn руды замещающие мрамор.
Рис. 3 (продолжение). Миоценовое скарновое Zn–Pb м-ние Лаврион, Греция. c) Разлом, контролирующий Pb–Zn–Ag руды, между мраморами и голубыми ланцами. Штокверковые субвертикальные жилы упирающиеся с плоскость разлома. . d) Тонкозернисты анкерит и железистый доломит выполняющие каверны.
Гидротермальные месторождения (плутоногенные) представлены жильными рудными телами. Вмещающие породы весьма разнообразны – гранитоиды, известняки, песчано-сланцевые отложения и др. (рис. 4, 5). В составе руд преобладают галенит и сфалерит, в меньших количествах содержатся халькопирит, пирротин, иногда блеклые руды, минералы серебра, нерудные – кварц, карбонаты, барит (рис. 5, 6). Месторождения чаще мелкие и средние по запасам. Промышленное значение этой группы скромное. Месторождения известны на Северном Кавказе (Садонское, Згидское), в Средней Азии, Чехии, США, Канаде и других странах.
Fig. 4. Разрез через рой жил в Ag– Pb–Zn рудном районе Пршибрам, Чехия
Fig. 12. 5. Структуры руд жильных месторождений Pb–Zn и метаморфических Pb–Zn мобилизатов. a) Брекчированные обломки гнейсов, сцементированные сфалеритом в эпи- и мезотермальных жилах м-ния Роггенбах, Германия. b) Халькопирит-кальцит-сфалеритовые массивные руды эпи- и мезотермальных жилах мния Роггенбах, Германия c) Calcite–sphalerite breccia ore from the epi- to mesothermal vein-type deposit Bad Grund, Germany. d) Metamorphic mobilizate of the stratabound sphalerite–calcite ore in garnet gneisses of the Schneeberg Mine, Italy.
Fig. 12. 6. Ore textures of fold-related metamorphogenic and high-temperature Ag-bearing Pb–Zn vein-type deposits. a) Galena-bearing shear vein. Stress-induced galena crystallizing (sub)parallel to the fissure walls Rosenberg Mine, Germany. b) Pyritiferous galena–sphalerite ore with quartz in contact with slates of the wall rock (shear zone-hosted vein) at Mine-Ramsbeck, Germany. c) Sphalerite–galena–freibergite vein-type mineralization of the Freiberg mining district, Germany.
Колчеданные месторождения представлены двумя типами: колчеданно-полиметаллическими в вулканогенных формациях и колчеданно-полиметаллическими в терригенных формациях. Промышленное значение их весьма существенное, в них сосредоточено более 60 % подтвержденных запасов. Месторождения первой группы представлены широко известным рудно-алтайским типом, близким к нему типом куроко, хандизинским типом и другими. Они связаны с дифференцированными базальтоидными формациями. Среди пород, слагающих рудоносные формации, преобладают кислые вулканиты (лавы, лавобрекчии, туфы, игнимбриты), составляющие 45 -50% от общего объема. Базальты, их туфы значительно уступают кислым разностям, составляя 10 -15%. На долю осадочных пород – песчаников, алевролитов, известняков приходится до 35 -40%. Основные особенности этих месторождений находятся в прямой зависимости от состава, строения, эволюции рудоносной формации. Формирование рудных залежей происходило в двух основных типах обстановок: на куполовидных поднятиях и в депрессионных структурах
Fig. 12. 7. Morphological expression of the subvolcanic polymetallic Ag–Zn–Pb deposits in the Bolivian Andes. a) Subvolcanic dacitic stocks of Mina Porco, Bolivia. b) High-temperature hydrothermal fibrous Zn. S in subvolcanic Pb–Zn veins at Mina Porco, Bolivia. c) Dacitic stock with Pb–Zn–Sn–Ag deposits of Potosi, Bolivia.
Месторождениям первого типа свойственна линзовидная форма согласных рудных тел; хорошее развитие подрудных штокверковых зон, где часто сосредоточены значительные запасы руд (рис. 12. 8). Месторождения второго типа, приуроченные к локальным депрессионным структурам, характеризуются пластообразной формой выдержанных по мощности рудных тел; слабым развитием подрудных зон или их полным отсутствием (рис. 12. 9); преобладанием слоистых текстур руд (рис. 12. 10). Пластообразные залежи простираются на сотни метров, иногда 1 -2 километра; мощность их колеблется от нескольких метров до 15 -20, иногда 50 м. Рудные тела сложены в основном медно-свинцово-цинковыми и свинцово-цинковыми рудами, реже присутствуют медноколчеданные, барит-полиметаллические руды. Зональность рудных залежей проявляется в смене (снизу вверх) серноколчеданных, медноцинковоколчеданных, полиметаллических и баритполиметаллических руд.
Рис. 12. 8. Разрезы рудных залежей Риддер. Сокольного месторождения: I - Юго-Западная, II - Победа (по данным Лениногорского рудника): 1 - рыхлые отложения; 2 - алевропелиты; 3 - известковистые алевропелиты; 4 серицитизированные алевропелиты; 5 - микрокварциты; 6 - серицитхлорит-кварцевые породы; 7 серицитизированные микрокварциты; 8 агломератовые туфы смешанного состава; 9 миндалекаменные плагиоклазовые порфириты; 10 - кварцевые альбит-порфиры; 11 -диабазы и диабазовые порфириты; 12 - полиметаллическая руда; 13 -разломы.
Fig. 12. 9. Idealized cross section through the SHMS Pb–Zn ore deposit Sullivan, Canada
Fig. 12. 10. Textures of SHMS ore deposits. a) Galena and sphalerite ore with little pyrrhotite. Bedding textures are well-preserved in the ore body of the Sullivan Mine, Canada. b) Bedded sphalerite–galena–pyrite ore at Rammelsberg Mine, Germany. c) Ore composed of brasscolored slumped flasers of chalcopyrite–pyrite, lensoid nodules of pyrite, gray lenses of sphalerite at Rammelsberg Mine.
Вулканогенные колчеданные месторождения часто представлены крупными объектами. Это месторождения Рудного Алтая (Риддер. Сокольное, Карбалихинское, Тишинское и др. ), Салаирского кряжа (Салаирское), Западного Забайкалья (Озерное). Представителями этого типа являются месторождение Куроко в Японии, месторождения Канады, Испании, США и многие другие.
Колчеданно-полиметаллические в терригенных формациях связаны с углеродистыми терригенно-флишоидными формациями, в состав которых нередко входят вулканические комплексы базальтового или риолит-базальтового ряда. Рудоконтролирующими структурами служат локальные палеодепрессии высоких порядков. Рудные тела, как правило, локализованы среди углеродистых черносланцевых комплексов, приуроченных к средним частям формаций. При этом отмечается, что рудовмещающие углеродистые толщи пространственно связаны с карбонатными и вулканогенными толщами. Предполагается, что именно вулканические комплексы служат основным источником рудообразующих растворов. Примерами таких месторождений являются месторождения Большого Кавказа (Филизчайское, Катехское), Олокитского прогиба (Холоднинское), Енисейского кряжа (Горевское и др. ), австралийские месторождения – Маунт-Айза и др. Некоторые месторождения локализованы в древних протерозойских и нижнепалеозойских комплексах и вместе с ними подверглись метаморфизму (Брокен-Хилл в Австралии, Салливан в Канаде). Вмещающие породы этих месторождений испытали складчатые деформации и метаморфизм, а руды перекристаллизованы.
Fig. 12. 11. Carbonate-hosted Pb–(Zn) replacement ore. a) High-grade replacement ore with galena, pyrite and calcite from the Black Cloud Mine Colorado, USA. b) Sphalerite, pyrite, enargite, galena and barite of the Apex Ore Body in Paleozoic limestones of the Mammoth Mine Utah, USA.
Стратиформные месторождения. В большинстве случаев свинцовоцинковые стратиформные месторождения связаны с карбонатными формациями. Эти формации сложены известняками и доломитами, часто битуминозными, с прослоями черных сланцев, кремнистых пород. Фациальные особенности пород свидетельствуют о формировании их в мелководных прибрежно-морских, лагунных условиях. Рудные тела стратиформных месторождений представлены согласными пластовыми и лентовидными залежами и размещаются в одном или нескольких стратиграфических горизонтах. Залежи отличаются большой протяженностью (от сотен метров до первых километров), шириной (8001000 м) при мощности от 0, 5 до 200 м. Руды сложены сфалеритом, галенитом с незначительным количеством пирита, марказита, халькопирита, барита. Дискуссионным является вопрос о генезисе стратиформных месторождений. Наиболее вероятным представляется двухэтапный процесс формирования. В ранний гидротермально-осадочный этап из гидротермальных растворов эндогенного происхождения, достигавших морского дна, в застойной обстановке локальных палеодепрессий осаждались сульфиды в виде рудных илов. Преобразование сульфидов происходило на стадии диагенеза при участии органического вещества. Второй этап (регенерации) связан с тектоническими и метаморфическими процессами перекристаллизации и перераспределения рудного вещества. Типичными представителями данной группы могут быть названы месторождения России (Сардана), Казахстана (Миргалимсай, Ачисай – рис. 12. 18), Узбекистана (Уч-Кулач), США (Mississippi Valley-type (MVT) - deposits sensu stricto are epigenetic, stratabound, carbonate-hosted Zn–Pb sulfide bodies. ) (рис. 12; 12. 14), Канады (Пайн-Поинт) и других стран.
Fig. 12. Shelf-to-basin transition in MVT Pb–Zn deposits.
Fig. 12. 13. Polished rock slap of collomorphous galena–sphalerite-bearing ore (mc: marcasite, sp: sphalerite, and gn: galena), Pomorzany MVT deposit, Poland.
Fig. 12. 14. Ore textures of Mississippi-Valley-type (MVT) deposits. a) Brecciated pyrite–galena–sigenite ore at Missouri, USA. Co–Ni ore is not a common ore type among MVT deposits. b) Calcite–galena– sphalerite in brecciated dark limestones, Germany. c) Yellow massive sphalerite in dolomite of a MVT deposit, USA. d) Rhythmite of yellow sphalerite and galena within cavities, Germany. e) Highly brecciated Dolomite reflecting an interconnected paleokarst system with sphalerite (bright yellow) and galena as open-space filling, Pine Point, Canada.
Fig. 12. 15. Zebra-type ore. a) Sphalerite–pyrite-zebra ore at San Cristobal, Peru, interpreted as DCR (diagenetic compaction rhythmites). b) Sphalerite (dark)-pyrite (brass)-zebra ore, Nanisivik, Canada.
Fig. 12. 16. Massive ore textures in the Ordovician MVT Pb–Cu–Ag–(Ge) deposits Kipushi, DR Congo. a) Massive Cu ore composed of bornite with little chalcopyrite. b) Germanium massive ore with briartite (Cu –Ge–Fe–Zn) sulfide). c) Massive siderite gangue. d) Massive ore of green Co-enriched sphalerite.
Fig. 12. 17. Textures of sandstone-hosted Pb–(Zn) ore. a) Galena (gray) impregnating pebbly sandstones of the Triassic, Mauchbach, Germany. b) Thin section: cerrusite (c), galena (gn) and chrysocolla (ch) cement in the interstices between K feldspar (kf) and quartz (qz) clasts of Triassic arkoses, Freihung, Germany. c) SEM micrograph showing cerrusite (c) as dog-tooth cement rimming quartz clasts.
Рис. 12. 18. Схематический разрез Миргалимсайского свинцово-цинкового месторождения в Каратау, Казахстан: 1 - известняки; 2 - доломиты; 3 - брекчированные известняки; 4 - рудные тела; 5 - тектонические послерудные нарушения.
Fig. 12. 19. Cross section though the sandstone-hosted Pb deposit Largentière, France Symbols of Zn and Pb denote stratigraphic position of the base metal ore mineralization.
Fig. 12. 20. Stratigraphic position and formation of the Alpine-type limestone-hosted Pb–Zn deposits.
Fig. 12. 21. Textures and structures of Alpine-type carbonate-hosted Pb–Zn deposits. a) Pb–Zn ore (in parts non-sulfidic Zn ore) in the Triassic Limestones at Gorno, Italy. b) Pb–Zn ore (sulfidic) in Triassic Limestones, Topla, Slovenia. c) Pb–Zn ore (sulfidic) in mylonite zone cutting through the limestones Topla, Slovenia. d) Galena and sphalerite surrounded by calcite in the Limestone Alps, Austria. e) Galena and sphalerite cementing calcite fragments of a collapse breccia at Salafossa, Italy.
Fig. 12. 22. Cartoon to show the paleoenvironment of the Irish-type Pb–Zn deposits.
Fig. 18. 23. Textures and structures of Irish-type carbonate-hosted Pb–Zn deposits. a) Dentritic galena-sphalerite in highly saline marine environments, Navan, Ireland. b) Sphalerite, galena and calcite cementing limestone fragments of an ore breccia, Galmoy, Ireland. c) Brecciated massive sulfide ore in Carboniferous limestones, Lisheen, Ireland. d) Brecciated and laminated galena–sphalerite in intertidal sediments, Navan Ireland. e) Oncolites with their interstices filled by sphalerites and galena, Galmoy, Ireland.
Лекция 12_Свинец-Цинк.pptx