Чуктуконское Nb-TR месторождение. 
Моделирование, типизация руд и оценка перспектив

Состояние вопроса и актуальность работы.

Ниобий и редкоземельные металлы во многом определяют развитие новых технологий и научно-технический потенциал стран. В настоящее время в мире объемы использования этих металлов стали одним из показателей уровня экономического развития государств в целом. Отставание России от мирового хозяйства в области производства и потребления редких и редкоземельных металлов достаточно велико.

По экспертным оценкам [6, 40, 44, 54] уровень потребления ниобиевой продукции в России снизился по сравнению с 1991 г. в 10 раз и составляет в пересчете на металл 100−200 т в год. При этом в США использование ниобия в разных формах составляет 5,5 тыс. т в год, в европейских странах — 5 тыс. т, в Японии — 3 тыс. т, а в целом в мире — 16 тыс. т.

Перспективы роста потребления ниобия в России связаны с развитием производства качественных сталей и на его основе — машиностроения, судостроения, трубной промышленности, самолетостроения, атомной энергетики и оборонной промышленности. Потребности этих отраслей на 2005 г. оцениваются в 1,1 тыс. т. ниобия.

Маркетинговые исследования «Гиредмета», проведенные в 2000 г., показали, что до 2005 г. суммарная потребность России и других стран СНГ в редкоземельной продукции будет возрастать за счет использования нитратных растворов для нефтехимии, расширения выпуска постоянных магнитов, никель-металлогидридных батарей, каталитических фильтров-нейтрализаторов выхлопных газов, полирующих паст, использования редкоземельных металлов (РЗМ) для легирования, раскисления и десульфурации сталей. Таким образом, в 2005 г. уровень потребления редкоземельной продукции может достичь 8 тыс. т в пересчете на редкоземельные оксиды (РЗО) [40].

В настоящее время в России редкометалльной промышленности как комплексного единого производства нет, перерабатывающие производства расположены в странах ближнего зарубежья. Сегодня основным источником ниобиевого и редкоземельного сырья в России является Ловозерское месторождение, в рудах которого около 1% РЗО и 0,24% Nb205. Получаемые из них лопарито-вые концентраты содержат примерно 30−31% РЗО и 7−8% Nb205. Максимальный объем производимого концентрата — 10−12 тыс. т в год. В конце 2001 г. ОАО «Стальмаг» (Татарское месторождение, Красноярский край) приступило к выпуску пирохлорового концентрата но, несмотря на это, внутренний российский рынок испытывает острый дефицит в отечественной редкометалльной продукции и практически полностью зависит от зарубежной конъюнктуры. По мнению специалистов [4, 21, 34, 35, 46] Красноярский край располагает значительными преимуществами перед другими территориями по своим ресурсным возможностям не только как сырьевая и перерабатывающая база ниобия и редкоземельных металлов, но и по своей инвестиционной привлекательности.

Таблица — Сопоставление наиболее перспективных месторождений редких металлов России.

Месторождение, квалификация запасов и ресурсов Содержание оксидов, %, Относительная доля запасов, % Оксвды иттрия и иприевой.

Тип руд noNb поРЗМ группы в составе РЗМ, %.

Томтор, Якутия, (уч. Буранный), В+С]+С2 Перемытые остаточные коры выветривания карбонатитов Nb — 5,0 РЗ-11,7 40,1 33,4 5−10.

Чуюуконское, Красноярский край, (участок 600×800 м до глуб. 270 м Р, Коры выветривания карбонатитов Nb-0,96 РЗ-5,72 8,2 15,9 4−8.

Кийское, Красноярский край, (до глубины 50 м), Pi Коры выветривания карбонатитов и метасоматитов Nb-0,1 РЗ-5,9 0,1 за 20.

Белозиминское, Иркутская обл., (участок «Ягодный ключ»), В+С1+С2 Коры выветривания карбонатитов, Nb — 1,5 РЗ-0,9 0,5 8,7 5−10.

Большетагнинское, Иркутская обл., (рудная зона №ПВ+С|+С? Карбонатиты Nb- 1,0 3,6 ;

Татарское, Красноярский край, B+Q Коры выветривания карбонатитов Nb-0,7 РЗ-0,2 0,7 ;

Катугинское, Читинская обл., В+С1+С2 Комплексные редкометалль-ные руды в щелочных мета-соматитах Nb-0,35 Та-0,02 РЗ-0.25 3,6 1,7 30−40.

Ловозерское, Мурманская обл., B+Ci+C2 Лопаригсодержащие нефелиновые сиениты, Nb — 0,24 Та-0,018 РЗ-12 43,2 37,1 2−3.

Как следует из таблицы, в перечне из восьми наиболее перспективных редкометалльных объектов три, в том числе и Чуктуконское, находятся в Красноярском крае. Диссертационная работа посвящена геологии и редкометалль-ному оруденению Чуктуконского месторождения, которое является одним из наиболее перспективных для ввода в эксплуатацию редкометалльных объектов Красноярского края.

Постоянная Комиссия по природным ресурсам, экологии и природоохранной деятельности Законодательного Собрания Красноярского края в апреле 2003 г. приняла решение о формировании редкометалльной промышленности в Красноярском крае.

На базе Горно-химического комбината (ГХК) в г. Железногорске заканчивается создание опытного производства Металлургического завода (МЗ) по переработке руд, содержащих ниобий и редкоземельные элементы. Эти работы являются одним из главных конверсионных направлений ГХК. В дальнейшем завод может стать основным продуцентом редкометалльной продукции в России.

Чуктуконское месторождение является одним из наиболее перспективных объектов для создания сырьевой базы Металлургического завода. В настоящее время на месторождении еще не завершена оценочная стадия работ, не выяснены структурно-геологические условия локализации редкометалльного оруде-нения. Параметры кондиций не установлены, хотя подсчет ресурсов, проведенный при участии автора, апробирован в ИМГРЭ и утвержден в МПР России. Технологические свойства полезного ископаемого изучены лишь на лабораторных пробах. Цель работы:

На основе созданной базы данных и системного анализа имеющегося фактического материала по геологии и редкометалльному оруденению разработать геолого-геохимическую модель и дать оценку геологическим и технологическим параметрам Чуктуконского комплексного месторождения, определяющим перспективы его промышленного освоения как редкометалльного объекта.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решалисьосновные задачи:

— уточнение геологического строения и разработка геолого-геохимической модели Чуктуконского месторождения;

— анализ состава и зональности профиля коры выветривания;

— выяснение характера распределения ниобиевого и редкоземельного оруденения, а также сопутствующих компонентов по площади и на глубину возможной открытой отработки;

— выделение природных типов руд;

— вариантный подсчет ресурсов руд с различными бортовыми содержаниями суммы №>205, и TR2O3;

— изучение вещественного состава руд, форм нахождения и баланса распределения Nb, РЗМ, Fe, Мп и Р в рудах;

— выявление корреляционных зависимостей между компонентами руд.

Фактический материал и методы исследования.

В работе использованы геологическая документация и данные химического опробования поисковых и разведочных скважин, пробуренных на Чукту-конском месторождении с 1971 по 1991 гг., а также данные анализов групповых проб. На их основе созданы компьютерные базы данных с привязкой проб по координатам х, у, z, в которые вошли более 3000 анализов рядовых керновых проб и 270 групповых проб. Использованный в работе каменный материал, представленный групповыми пробами и дубликатами керновых проб, был отобран работниками КНИИГиМСа в полевой сезон 1999 г. и любезно предоставлен автору В. Г. Ломаевым.

Для получения характеристик вещественного состава образований коры выветривания и слабо измененных интрузивных пород применялись следующие лабораторные методы: петрографический, гранулометрический, термический, рентгенографический, масс-спектрометрический с индуктивно-связанной плазмой .

Решаемые в работе задачи предопределили также целесообразность использования математических методов: создание двухмерных и трехмерных моделей распределения полезных (Nb и РЗМ) и попутных компонентов руд с применением компьютерной программы Surferвариантного подсчета ресурсовданные анализов группового опробования обработаны с помощью методов математической статистики, включая корреляционный и регрессионный анализ с использованием программ Excel, ASOD (КГАЦМиЗ). Научная новизна полученных результатов.

На основании выполненных исследований сделан вывод о преимущественной приуроченности участков наиболее богатого редкометалльного оруде-нения к зонам дизъюнктивных нарушений, контролировавших гипергенные преобразования вещества в коре выветривания карбонатитов.

Проведено моделирование оруденения центральной части месторождения по сечениям 300−250, 250−200, 200−150, 150−100 метров. Составлена геолого-геохимическая модель месторождения, оконтурены два наиболее богатых участка редкометалльного оруденения и прослежено их распространение на глубину 150 м до абсолютной отметки +100 м (на глубину предполагаемой открытой отработки).

Выделены два различных природных типа руд (редкоземельные и ниобий-редкоземельные).

В рудах обнаружена высокая корреляционная зависимость между содержаниями Nb и Fe, а также TR и Мп. Практическая значимость.

Выполненные работы позволяют сосредоточить проведение дальнейших геологоразведочных работ оценочной стадии на площади богатых руд с максимально эффективным использованием ассигнований и объемов горных и буровых работ.

Проведен анализ редкометалльной ресурсной базы месторождения с учетом наличия двух типов руд. Выделенные участки с различными природными типами руд позволяют планировать селективную добычу редкоземельных и ниобий-редкоземельных руд.

Выведенные уравнения регрессии дают возможность на основе относительно недорогих и доступных анализов на марганец и железо оценивать примерное содержание в рудах оксидов редких земель и ниобия и производить оперативную разбраковку руд.

Автор принимала непосредственное участие в работе по теме «Обоснование технического задания для разработки ТЭО кондиций Чуктуконского редкометалльного месторождения» (2000 г.), в создании проекта и работе по теме «Полупромышленные технологические испытания руд Чуктуконского месторождения» (2001;2004 гг.).

Защищаемые положения.

1. Геолого-структурными исследованиями установлено, что богатое ред-кометалльное оруденение связано с зонами дизъюнктивных нарушений PZ3-MZ, возраста, контролирующими мощности продуктивных зон коры выветривания карбонатитов.

2. Модели распределения Nb205, TR203, Y203, MnO, Fe203, P205 и U, Th в интервалах абсолютных отметок 300−250, 250−200, 200−150 и 150−100 м позволяют выявить в коре выветривания карбонатитов зоны, наиболее обогащенные Nb и TR.

3. В рудах установлена сильная линейная корреляционная связь между TR и Мп, а также Nb и Fe, что позволяет производить предварительную оценку уровня концентрации TR и Nb по содержаниям в них Мп и Fe. Реализация работы.

Результаты работы были использованы АО «Красноярскгеология» при подсчете ресурсов по Чуктуконскому месторождению по состоянию на 01.01.2003 г. и при обосновании строительства металлургического завода в Красноярском крае. Апробация работы.

Защищаемые положения диссертации опубликованы в 11 работах, изложены в производственном отчете, докладывались на Всероссийской научно-технической конференции по состоянию марганцево-рудной базы России (г. Красноярск, 2001 г.), Межрегиональной научно-практической конференции «Молодежь Сибири — науке России», (г. Красноярск, 2002 г.), Международной конференции «Металлургия цветных и редких металлов», (Красноярск, 2003 г.), совещаниях молодых научных сотрудников и аспирантов ГОУ ВПО КГАЦМиЗ в 2001;2002 г. г.

Ресурсы редкометалльных руд, охарактеризованные на площади 600×800 м с плотностью бурения 200×200 м (руда — 46,6 млн. т, оксиды Nb — 447 тыс. т, оксиды РЗМ — 2664 тыс. т), были апробированы в ИМГРЭ и утверждены НТС МПР России на 01.01.2003 г.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объем работы составляет 149 страниц, включая 27 рисунков и 25 таблиц и 12 приложений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Палеотектонические движения, сформировавшие на рубеже палеозоя-мезозоя Чадобецкое поднятие и в частности Чуктуконский купол, привели к образованию в его апикальной части тектонических нарушений и ослабленных зон. Впоследствии Чадобецкое поднятие можно назвать тектонически стабильной структурой, в результате чего в конце мелового и в палеогеновом периодах в пределах северного (Териновского) и южного (Чуктуконского) куполов этой структуры сформировались коры выветривания.

На карбонатитах Чуктуконского купола образовалась мощная кора выветривания специфического состава, в строении которой выделены зоны (снизу вверх): дезинтеграции, выщелачивания и гидрогенной цементации, охр и бурых железняков. Охристые продукты верхней зоны коры выветривания карбонатитов, как правило, являются богатыми рудами. Это объясняется вторичным обогащением вследствие выноса балластных веществ, усадки и прессовки элювия.

Наиболее хорошо проработанными процессами гипергенеза являются зоны дробления пород на участках дизъюнктивных нарушений, что привело к образованию депрессий и заполнению их бокситоносными отложениями в составе которых встречаются пласты углистых и лигнитовых глин, бурых углей. Ин-фильтрующиеся воды, в результате взаимодействия с ними, приобретают восстановленный характер и вызывают в нижележащих продуктах коры выветривания эпигенетические изменения. Вынос Fe и Мп приводит к накоплению в осветленных продуктах Nb, TR и других элементов, которые ведут себя инертно в зоне эпигенеза. Можно говорить о том, что зоны дизъюнктивных нарушений в коре выветривания карбонатитовых штоков являются наиболее перспективными для обнаружения богатого редкометалльного оруденения.

В коре выветривания карбонатитов выявлены зоны развития редкоземельных и ниобий-редкоземельных руд. Автором получены модели распределения основных компонентов руд по интервалам глубин, по которым можно судить о пространственном распределении концентраций Nb205, Y2O3, TR2O3 и сопутствующих компонентов руд. Выявлены два наиболее богатых участка оруденения в восточной части Центрального штока карбонатитов. Это позволяет сосредоточить проведение дальнейших геологоразведочных работ оценочной стадии на площади богатых руд с максимально эффективным использованием ассигнований и объемов горных и буровых работ.

Поливариантный подсчет ресурсов руд с различными бортовыми содержаниями Nb2Os и TR2O3 свидетельствует о резком повышении качества руды при повышении бортового содержания и сравнительно небольших потерях в недрах бедной части руды. Выполненный подсчет ресурсов с бортовым содержанием суммы Nb205, и TR203 4% и с разделением по типам руд позволяют проектировать селективное извлечение богатых руд открытым способом.

В редкоземельных рудах (соотношение TR203/Nb20s — 21,9) среднее содержание РЗО 8,3%. Эти руды, содержат менее 0,4% Nb205 и являют собой природный тип — редкоземельный. При разработанных в ИХХТ СО РАН технологиях эти руды обеспечат извлечение РЗМ на уровне 85−90% без извлечения ниобия. Количество такой высококачественной редкоземельной руды оценивается в 25,7 млн. т.

Зона ниобий-редкоземельных руд площадью около 800 тыс. м2, заключающая около 50 млн. т руды, расположена по периметру контура редкоземельных. В ней отношение содержаний Т112Оз и Nb205 — 2,9, содержание ниобия около 1,5%. Предположительно при таких содержаниях оксида ниобия повышается возможность получения марочных ниобиевых концентратов с высоким извлечением ниобия из руд, с возможным оставлением РЗМ в хвостах в качестве резерва на будущее.

Статистические исследования данных группового опробования выявили наличие сильной линейной связи между оксидами TR и Mn, TR и U, Nb и Fe, что позволило построить уравнения регрессии. Эти уравнения дают возможность на основе относительно недорогих анализов на Fe и Мп оценивать примерное содержание в рудах оксидов редких земель и ниобия и производить оперативную разбраковку руд ниобий-редкоземельной зоны.

Сильная линейная связь позволяет также сделать вывод, что в богатых редкоземельных рудах будут более высокими и содержания марганца. Извлечение химического (электролитического) диоксида марганца (ХДМ, ЭДМ) органически вписывается в технологическую схему вскрытия, химического обогащения и извлечения РМ, повышая к тому же ценность металлической продукции на 10−20%.

Чуктуконское месторождение открыто более 40 лет тому назад. Опоиско-вание месторождения осуществлялось периодически по проектам то на ниобий, то на фосфор, то на железо и бокситы. Следствием оказалось неполное оконту-ривание рудных залежей, недостаточное опробование руд на комплекс главных и сопутствующих элементов. Невзирая на это, месторождение следует оценить как крупное с наличием богатых руд ниобия и редких земель, которые могут добываться селективно.

Нижнее Приангарье Красноярского края является площадью, где предполагается создание промышленного комплекса. Предпосылками этому является возобновление строительства Богучанской ГЭС Ангарского каскада, наличие разведанных месторождений нефти и газа, железа, алюминия, золота, нерудного сырья (магнезитов, доломитов, известняков, каменного угля). После ввода Богучанской ГЭС и создания инфраструктуры для близлежащих месторождений нефти и газа изучаемый объект может рентабельно отрабатываться, покрывая часть дефицита Российской Федерации в Nb, TR и соединениях Мп.

Экономическое возрождение России, начавшееся с 2000 г., является предпосылкой развития горной промышленности, в том числе, это позволяет говорить о возможности оценки, разведки и последующего промышленного освоения Чуктуконского месторождения. Выполненные исследования позволяют проектировать рациональный комплекс геологоразведочных работ с оценкой всех промышленно-значимых компонентов данного объекта.