Металлы радиоэлектроники и ядерно-космической техники

Эту обширную группу металлов объединяют общие области их использования в атомной промышленности, радиоэлектронике, ракетной и космической технике в виде специальных сплавов.

Редкие металлы

Эти металлы характеризуются низкими кларками и редкостью природных скоплений сложных по технологическим свойствам руд. Они подразделяются на литофильные, халькофильные и сидерофильные.

Литофильные редкие металлы. Li, Rb, Cs, Вс, Sr называются легкими, Nb, Та, Zr, Hf и лантаноиды (TR) — тяжелыми. Избирательно они могут достигать промышленных концентраций в комплексных рудах месторождений практически любого генетического класса. Наиболее важным из эндогенных месторождений являются пегматитовые, карбонатитовые и альбититовые.

Редкометалльные гранитные пегматиты на докембрийских платформах представляют собой линзообразные тела протяженностью до 200—300 м, редко до 700 м и мощностью до 20 м, либо пластинчатые тела с длиной 1—3 км и мощностью до 40 м. В складчатых областях — это ветвящиеся жилы, протягивающиеся па сотни метров при мощности в первые метры.

Редкометалльные карбонатиты являются основным источником добычи ниобия и редких земель. Их разведка на глубину осуществляется системой скважин колонкового бурения (рис. 6.24).

Рис. 6.24. Разведочный разрез редкометалльных карбонатитов (но Е. Эпштейну и Л. Журавлевой):

• 1 — доломитовые карбонатиты (пострудные); 2 — гумиткальцито-карбатиты с гатчеттолитом; 3 — апатит-магнетитовые руды; 4 — форстерит-кальцитовые карбонатиты; 5 — кальцитфорстерит-магнетитовые руды; 6 — форстерит-анатитмагнетитовые руды; 7 — апатит-форстеритовые руды;
• 8 — пироксен-кальцитовые карбонатиты (дорудные);
• 9 — ийолиты

Альбититовые месторождения полевошпат-редкометалльно-метасоматического комплекса относятся к основным источникам добычи бериллия, а также тантала, ниобия, редких земель и иттрия. При переработке танталниобиевых руд попутно получают цирконовые концентраты.

Экзогенные месторождения служат главным источником добычи лития и циркония. В межкристаллизационной рапе высохших озер, рассолов и нефтяных вод заключено более половины мировых запасов лития. Около 90% добычи циркония в зарубежных странах приходится на прибрежноморские россыпи. В них содержатся циркон, ильменит, рутил и монацит.

Мировые запасы литофильных редких металлов составляют: Li — 10⁴ тыс. т; ВеО — 1,1 тыс. т; Cs — 111 тыс. т; Nb — 16 • 10³ тыс. т; Та — 200 тыс. т; Zr — 5 • 10⁴ тыс. т.

Годовое производство в зарубежных странах достигает: карбонаты Li > 25 тыс. т; Sr — 129 тыс. т; ВеО — 0,8 тыс. т; Cs — п • 10^-2 тыс. т; Rb — п • 10 ^_3 тыс. т; Та — 1,4 тыс. т; Nb — 45 тыс. т; Zr — 1,4 • 10³ тыс. т. Оксиды TR только в одном Китае производятся в количестве 130 тыс. т стоимостью 178,7 млн долл.

Стоимость редких металлов: петолитовый литиевый концентрат (с содержанием 42% оксида лития) стоит 165—200 долл, за 1 т; сподуменовый литиевый концентрат (7,25% оксида лития) — 395 долл, за 1 т; ВеО — 500 долл, за 1 кг; Cs — 3260 долл, за 1 кг; Rb — 4300 долл, за 1 кг; Та — 330 долл, за 1 кг; Nb — 70 долл, за 1 кг; Zr — 0,6 долл, за 1 кг; Y — 200 долл, за 1 кг; Се — 57—67 долл, за 1 кг, карбонат Sr — 0,4 долл, за 1 кг, оксиды TR 70—650 долл, за 1 кг.

Гафний изоморфно входит в состав циркониевых минералов и извлекается при их переработке. Его производство достигает п • 10 т, а стоимость — 300 долл, за 1 кг.

Промышленные месторождения редких литофильных и редкоземельных металлов по сложности геологического строения соответствуют 1-, 2- и 3-й группам классификации.

К 1-й группе относятся месторождения, представленные крупными штокообразными и пластообразными залежами простой формы с равномерным распределением оруденения. Коэффициенты вариации изменчивости составляют по мощности 50—100%, по содержанию 60—120%.

Месторождения 2-й группы представлены жильными и трубообразными залежами или оруденелыми зонами большой протяженности и значительной мощности, характеризующимися сложной формой и неравномерным распределением оруденения, с коэффициентами вариации по мощности 80—120%, по содержанию 100—150%.

Месторождения 3-й группы отличаются от 2-й средней протяженностью аналогичных по форме тел, меньшей их мощностью и большей ее изменчивостью с величиной коэффициента вариации 120—200%.

Разведка месторождений всех групп осуществляется горными выработками и буровыми скважинами.

На месторождения 1-й группы рекомендуются расстояния: для запасов категории А в штольнях и штреках (по падению) — 40—60 м; (по простиранию орты и рассечки) — 40—60 м; (восстающие) — 80—120 м; буровые скважины по сетке — 50×50 м; для запасов категории В — 100 х ЮО м; для запасов категории С, — 200×200 м.

Месторождения 2-й группы разведываются горными выработками, с аналогичными расстояниями. Между буровыми скважинами рекомендуются расстояния для запасов по категории В — 100 м по простиранию и по падению, для запасов по категории С, — 200 м по простиранию и 100 м по падению. На месторождения 3-й группы расстояния между горными выработками сокращаются в 1,5 раза, а между буровыми скважинами — в 2 раза.

Соотношение объемов горных выработок и буровых скважин зависит от морфологии рудных тел, их глубины залегания, изменчивости мощности и распределения полезных компонентов. Штокообразные и наклонные пластообразные залежи вблизи поверхностной части разведываются легкими горными выработками (рис. 6.25), а на глубину — скважинами колонкового бурения. Разведка сложных по форме залежей ведется подземными горными выработками и горизонтальными скважинами (рис. 6.26).

Эффективным средством контроля за качеством буровых работ служит гамма и гамма-нейтронный каротаж, который должен проводиться во всех скважинах.

Халъкофилъпые редкие металлы не образуют собственных месторождений. Кадмий, рений, скандий и теллур в качестве изоморфных примесей накапливаются в медно-никелевых, медно-молибден-порфировых, медноколчеданных, колчеданно-полиметаллических и полиметаллических рудах. При переработке этих руд они переходят в концентраты. Кадмий в основном извлекают попутно при металлургическом переделе цинкового концентрата, а рений — молибденитового. Селен и теллур получают при рафинировании меди, никеля и из технологических отходов металлургического передела.

Таллий характеризуется, главным образом, халькофильностью и литофильностью. Проявляя халькофильные свойства, он концентрируется в сфалеритах и пиритах, а также в виде собственных сульфидных минералов в рудах гидротермальных и стратиформных месторождений. 14з этих руд он извлекается в процессе их переработки.

Рис. 6.25. Детальное изучение поверхности штока пегматитов с редкоземельным оруденением (по В. Васильченко):

• 1 — крупнозернистые субщелочные биотитовые и аляскитовые граниты; 2 — кварц-флюоритовое ядро пегматитового тела;
• 3 — зона блокового пегматита, существенно микроклинового состава с гнездами и прожилками редкоземельных таиталониобатов; 4 — зона грубозернистого пегматита кварц-микроклинового состава; 5 — зона мелкозернистого пегматита кварц-микроклинового состава с графической структурой;
• 6 — дробление и катаклаз; 7 — зоны сильного дробления и милоннитизации; 8 — тектонические нарушения; 9— элементы залегания и их углы в градусах; 10 — пробы (а — сплошные бороздовые, б — секционно-бороздовые и точечно-штуфные)

Германий, индий и галлий могут проявлять халькофильные, литофильные и сидерофильныс свойства. Германий как халькофил входит в состав гидротермальных месторождений сульфидного комплекса, концентрируясь в сфалеритах, а также образует собственные минералы (германит, реньериг и др.). В качестве литофильного элемента он содержится в месторождениях германиеносных углей. Его сидерофильность проявляется повышенной концентрацией в железных рудах.

Рис. 6.26. План одного горизонта детальной разведки подземными горными выработками и горизонтальными скважинами сложного трубообразного рудного тела (по Л. Е. Эгель):

• 1 — зона пострудного дробления с флюоритизацией и окварцеванием; 2 — кварц дорудный; 3 — аляскитовые граниты, гранофиры, кварцево-серицитовые породы, вторичные кварциты; 4 — аплиты; 5 — биотитовые роговики; 6 — кварц рудный; 7 — порфириты диоритового и диабазового состава; 8 — парагнейсы;
• 9—10 — тектонические нарушения и углы их падения; нсзаштрихованная часть рудного поля — амфиболовыс сланцы

Индий по халькофильности близок к кадмию, и большая его доля также извлекается из свинцово-цинковых руд. Сидерофильность и литофильность обусловливают связь с месторождениями касситерит-силикатно-сульфидной формации.

Галлий, проявляя литофильныс и отчасти сидерофильные свойства, концентрируется в нефелине, пегматитовых и альбититовых минералах, гидротермальном касситерите, а также в осадочных образованиях — бокситах, железомарганцевых рудах и углях. Как халькофил он накапливается в сфалерите, около 90% галлия извлекается попутно при получении глинозема из бокситов и лишь 10% - из отходов цинковых концентратов.

Общие запасы халькофильных редких металлов составляют: Cd — 465 тыс. т; Re — 12 тыс. т; Se — 130 тыс. т; Те — 55 тыс. т; Т1 — 800 тыс. т; In — 2,1 тыс. т; Ga — 400 тыс. т.

Производство редких халькофильных металлов достигает: Cd — 20 т; Re — 52 т; Se — 2000 т; Тс — 200 т; Т1 — 15 т; Ge — 80 т; In — 535—605 т; Ga — 50 т. Стоимость за 1 кг составляет: Cd — 310—370 долл.; Re — 10 100 долл.; Se — 126 долл.; Те — 50 долл.; Т1 — 16,5 долл.; In — 540 долл.; Ga — 230—540 долл.; Ge — 600 долл.

Скандий является сидерофильным редким металлом. Он концентрируется в бокситах и фосфатах вместе с редкими землями. Его рентабельно извлекают из вольфрамитовых концентратов. Потребность в скандии составляет всего лишь п ? 10 кг; его стоимость за 1 кг достигает 10 тыс. долл.

Халькофильные редкие металлы как попутные полезные компоненты оцениваются в комплексных рудах месторождений других видов полезных ископаемых. Согласно требованиям к подсчету запасов попутных компонентов, они относятся к 3-й группе. Их запасы подсчитывают по данным анализов рядовых или групповых проб, а также по лабораторным концентратам, методом корреляции и др.