Содержание к диссертации
Введение
1. История предшествующих исследований. 15
2. Требования, предъявляемые современной промышленностью к редкоземельному сырью 18
2.1. Анализ тенденций развития мирового и отечественного рынка РЗЭ 18
2.2. Современные и перспективные области применения индивидуальных РЗЭ 27
2.3. Ранжирование РЗЭ по степени их востребованности промышленностью 50
3. Краткая характеристика промышленных и перспективно-промышленных типов редкоземельных месторождений 58
3.1. Промышленные типы месторождений 5 8
3.1.1 Бастнезитовые карбонатиты 58
3.1.2. Редкоземельные коры выветривания алюмосиликатных пород 60
3.1.3. Циркон-рутил-ильменитовые прибрежно-морские россыпи 64
3.1.4. Редкометалльные континентальные россыпи (аллювиальные оловоносные с попутным монацитом и ксенотимом) 65
3.1.5. Лопаритовые уртиты 66
3.2. Перспективно-промышленные типы месторождений 67
3.2.1. Ийолит-уртиты с TR-апатитом 67
3.2.2. Пирохлор-монацитовые коры выветривания карбонатитов 69
3.2.3. Колумбит-пирохлоровые щелочные граниты 72
3.2.4. Редкометалльные континентальные россыпи с куларитом (Еи-монацитом) 76
4. Вариации составов РЗЭ в промышленных и перспективно-промышленных типах редкоземельных месторождений и их типизация 77
4.1. Типы месторождений с однородным составом РЗЭ 79
4.1.1. Типы месторождений с однородным цериевым составом РЗЭ 80
4.1.1.1. Бастнезитовые карбонатиты 80
4.1.1.2. Лопаритовые уртиты 81
4.1.2. Типы месторождений с однородным иттриево-цериевым составом РЗЭ 82
4.1.2.1. Ийолит-уртиты с TR-апатитом 82
4.1.2.2. Пирохлор-монацитовые коры выветривания карбонатитов 83
4.1.2.3. Циркон-рутил-ильменитовые прибрежно-морские россыпи с монацитом 88
4.1.2.4. Редкометалльные континентальные россыпи с куларитом 89
4.1.3. Типы месторождений с однородным иттриевым составом РЗЭ 90
4.1.3.1. Редкометалльные континентальные аллювиальные оловоносные россыпи с ксенотимом 90
4.2. Типы месторождений с неоднородным составом РЗЭ 92
4.2.1.1. Редкоземельные коры выветривания алюмосиликатных пород 92
4.2.1.2. Колумбит-пирохлоровые щелочные граниты 95
5. Влияние состава РЗЭ на геолого-экономическую оценку месторождений 99
6. Ранжирование типов редкоземельных месторождений по промышленной значимости в зависимости от состава РЗЭ 119
Заключение 127
Литература 131
- Современные и перспективные области применения индивидуальных РЗЭ
- Редкоземельные коры выветривания алюмосиликатных пород
- Пирохлор-монацитовые коры выветривания карбонатитов
- Редкометалльные континентальные аллювиальные оловоносные россыпи с ксенотимом
Введение к работе
К редкоземельным металлам (РЗМ) или элементам (РЗЭ) относятся иттрий и лантаноиды. Традиционно они подразделяются на две группы, по-разному распространенные в горных породах и рудах месторождений: цериевую и иттриевую. Иттриевые лантаноиды подразделяются на две подгруппы: средние и тяжелые (табл. 1). Параметры редкоземельных месторождений определяются по содержанию и запасам оксидов (РЗО).
Таблица 1. Систематика редкоземельных металлов
* В периодической системе элементов за Nd следует прометий Рт, который получен пока только в
искусственных условиях.
Практическое использование РЗМ началось лишь в XX веке, но развивалось быстрыми темпами, и в настоящее время количество областей применения РЗМ превышает 100. Современный период называют «золотым веком» развития редкоземельной промышленности.
В данной работе автор предпринял попытку связать исследование состава РЗЭ в промышленных и перспективно-промышленных типах месторождений с экономической оценкой редкоземельных объектов.
Актуальность работы обеспечивается двумя основными факторами.
1) Требования промышленности к редкоземельному сырью за последние 10 лет изменились коренным образом. Если до начала 90-х годов более 90% РЗМ использовалась в виде смешанных соединений, то в последней декаде наиболее интенсивно рос спрос на индивидуальные РЗМ и их оксиды. В настоящее время доля использования индивидуальной РЗ-продукции составляет порядка 30% по объёму и более 70% по стоимости. При этом мировой спрос на РЗМ в целом только за 90-е годы увеличился в 1,7 раза - до 79 тыс.т РЗО в 2000 г., спрос на отдельные РЗЭ за тот же период возрос от 5 до 9 раз.
2) Экономическая оценка редкоземельных месторождений сложна, что обусловлено многокомпонентностью руд, отсутствием цен на некоторые типы редкоземельных концентратов и, с другой стороны, динамично меняющейся потребностью промышленности в редкоземельной продукции. Достоверная оценка месторождений на современном уровне возможна только с учетом степени востребованности индивидуальных РЗЭ. Методические основы такого подхода к оценке редкоземельных руд недостаточно разработаны.
Личный вклад. Обобщение и систематизация данных по составам РЗЭ в промышленных и перспективно-промышленных типах месторождений, типизация составов, оценка степени востребованности промышленностью индивидуальных РЗЭ, оценка промышленной значимости различных типов месторождений в зависимости от состава РЗЭ и их востребованности, разработка методических подходов к оценке редкоземельных месторождений.
Основная цель работы - определение геолого-промышленных типов редкоземельных месторождений, экономически эффективных по составу РЗЭ для освоения.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие задачи:
анализ влияния современного рынка РЗЭ на требования, предъявляемые промышленностью к сырью;
обобщение данных по составу РЗЭ в промышленных и перспективно-промышленных типах редкоземельных месторождений и типизация составов;
определение зависимости геолого-экономической оценки редкоземельных месторождений от состава РЗЭ;
разработка рекомендаций по методике оценки редкоземельных месторождений;
выявление типов редкоземельных месторождений, экономически эффективных для освоения по составу РЗЭ в ближайшей и среднесрочной перспективе.
Основная научная идея работы заключается в обобщении эмпирического материала по составам РЗЭ в промышленных и перспективно-промышленных типах месторождений, установлении степени изменчивости и типизации составов РЗЭ, а также в научном обосновании выбора наиболее перспективных типов редкоземельных месторождений в зависимости от состава РЗЭ в них.
Объектом исследования в работе является спектр состава РЗЭ в 46 отечественных и зарубежных месторождениях 5 промышленных и 4 перспективно-промышленных типов.
Методы исследования. Решаемые в работе задачи предопределили целесообразность использования методов статистического и сравнительного анализа, а также методов экспертных оценок и вариантных расчетов. Спектр составов РЗЭ изучался с использованием графиков распределения РЗЭ, нормированных по составу РЗЭ в хондрите, а также путем расчета коэффициента корреляции между составами РЗЭ. Выбор перспективных типов месторождений осуществлялся путем вариантных расчетов с учетом стоимостных и количественных показателей.
Научная новизна диссертации заключается в исследовании состава редкоземельных руд во взаимоотношении его с требованиями промышленности, определении типовых составов РЗЭ и ранжировании типов месторождений по промышленной значимости в зависимости от состава РЗЭ в рудах. За последние 15 лет такие работы в отрасли не проводились.
Практическая значимость. На основании выполненных научных исследований определены наиболее перспективные для освоения типы месторождений. Для однородных по составу РЗЭ типов месторождений разработаны типовые составы, предназначенные для сокращения объема аналитических исследований на ранних стадиях работ. Даны рекомендации по методике изучения и оценки редкоземельных месторождений, которые могут быть использованы, как элементы научно-методического обеспечения ГРР при решении вопроса о целесообразности продолжения работ на объектах, а также при оценке и переоценке балансовых запасов и прогнозных ресурсов РЗМ. Созданы банки данных по минеральному и элементному составу РЗЭ в рудах, по областям применения РЗМ и показателям конъюнктуры их рынка: потреблению, производству, ценам, международной торговле и пр.
Результаты работы частично использованы при подготовке материалов к Государственному докладу «О состоянии минерально-сырьевой базы Российской Федерации» (раздел "Редкоземельные металлы"), в перспективных разработках Федеральной программы развития геологоразведочных работ на 2005-2015 гг., в «Методических рекомендациях по оценке прогнозных ресурсов редкоземельных металлов», а также при экспертизе прогнозных ресурсов и пообъектных планов, представляемых в ИМГРЭ территориальными организациями.
Основные защищаемые положения: ,
1. Для большинства промышленных и перспективно-промышленных типов редкоземельных месторождений характерны определенные, мало варьирующие составы РЗЭ,
что позволяет использовать для оценки месторождений на ранних стадиях работ типовые составы. Исключение составляют редкоземельные коры выветривания алюмосиликатных пород и колумбит-пирохлоровые щелочные граниты, составы РЗЭ в которых сильно варьируют.
При учете реализации полного спектра РЗЭ максимальную природную ценность 1 т РЗО имеют типы месторождений с иттриевым составом РЗЭ. С учетом степени востребованности индивидуальных РЗЭ современной промышленностью природная ценность 1 т РЗО для всех типов месторождений близка.
Преимущественное накопление наиболее востребованных промышленностью индивидуальных РЗЭ или их сочетаний характерно для следующих типов месторождений:
Ce+Nd — все типы месторождений с цериевым и иттриево-цериевым составом РЗЭ; Ce+Nd+Y — пирохлор-монацитовые коры выветривания карбонатитов, йолит-уртиты с
TR-апатитом; Y — колумбит-пирохлоровые щелочные граниты, редкоземельные коры выветривания
алюмосиликатных пород; Ей — редкометалльные континентальные россыпи с куларитом.
Первое защищаемое положение обосновывается главами 3 и 4, второе - главами 2 и 5, третье - главой 6.
Апробация работы. Основные результаты исследований и отдельные положения диссертационной работы докладывались на конференциях молодых специалистов в ИМГРЭ (1999 г.) и ВИМСе (2002 г.), на научно-практической конференции в С.-Петербурге (2000 г.), на научной конференции по развитию редкометалльной промышленности в России на базе лопарита(2001 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ общим объемом более 7 печатных листов.
Структура, объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок и 60 таблиц. Список литературы насчитывает 152 наименования.
Где выполнена. Благодарности. Работа выполнена в секторе экономических исследований Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ) под научным руководством к.г.-м.н. Усовой Т.Ю., которой автор выражает особую благодарность за всестороннюю помощь при подготовке диссертационной работы.
Автор благодарит также всех сотрудников сектора экономических исследований: Зуеву Т.И., Рожанец А.В., Клаповскую Л.И., Архипову Н.А., Базанова К.В., Усова Н.Н., Федорову В.В., Бурденкову Н.Н., Линде Т.П., Бутова В.А., Выдрик Е.В., Буянову Н.В. и Беркут А.В. за техническую и моральную поддержку.
При подготовке работы автор пользовался полезными советами и помощью сотрудников других подразделений ИМГРЭ: Комина М.Ф., Лапина А.В., Ефимова А.Ф., Ганзеева А.А., Семенова Е.И., Максимюк И.Е., Левченко Е.Н., Сорокиной Т.Н., Синевой Т.В. за что автор выражает свою искреннюю признательность. Большую благодарность автор выражает коллегам по совместным работам, давшим ряд ценных замечаний и полезных рекомендаций: Быховскому Л.З., Кудрину B.C., Тигунову Л.П. (ВИМС).
Современные и перспективные области применения индивидуальных РЗЭ
Только в последние 3-4 года с оживлением российской экономики ситуация со спросом на РЗМ начинает изменяться. В ряде областей появились признаки возможного роста спроса, в частности в области производства постоянных магнитов (Nd), РЗ-катализаторов для нефтехимии (нитраты цериевых РЗМ), автокатализаторов (Се), атомной энергетике (Er, Gd и др.) и некоторых других [15, 51, 52].
Сильному снижению потребления РЗМ в России способствовал не только рост цен и отсутствие платежеспособного спроса, но и практическое отсутствие производства индивидуальных РЗМ в России. Сейчас потенциальные потребители вынуждены обращаться к мировому рынку, тогда как СССР обеспечивал себя всеми видами редкоземельной продукции, и часть ее экспортировалась.
В СССР эксплуатировались три сырьевых источника: Ловозерское месторождение лопаритовых руд в Мурманской области, которое обеспечивало 75-80% добычи РЗМ, в основном цериевой группы; месторождение Кутессай-П с иттросинхизитовыми рудами в Киргизии (около 5% добычи), месторождение костного детрита Меловое и другие подобные в Западном Казахстане (15-20% добычи). Два последних из перечисленных источников поставляли по 50% сырья РЗМ иттриевой группы [53, 89].
Схема организации перерабатывающей РЗ-промышленности была довольно сложной, за исключением киргизского предприятия, которое имело полный цикл производства - от добычи руды до получения индивидуальных РЗМ. Лопаритовый концентрат Ловозерского ГОКа перерабатывался на заводе «Силмет» (Эстония) и на Соликамском магниевом заводе (СМЗ). «Силмет» производил из лопаритового концентрата конечную РЗ-продукцию, в основном для нужд оборонной промышленности, а СМЗ - промежуточный продукт, плав хлоридов РЗМ, который отправлялся для производства конечной продукции на Иртышский ХМЗ в Казахстане. Редкоземельный промпродукт из сырья Мелового и других месторождений Западного Казахстана с Прикаспийского ГМК направлялся в г. Днепродзержинск, где цериевые РЗМ извлекались в конечный продукт для нефтехимии, а концентрат иттриевых РЗМ направлялся оттуда на Московский завод полиметаллов (МЗП) и Пышминский ОХМЗ (опытный завод Гиредмета) в Свердловской области.
Таким образом, Россия, поставляя около 80% сырья, производила не более 10% конечной РЗ-продукции. МЗП был основным производителем оксидов РЗМ иттриевой группы и Sm-Co магнитов, небольшое количество высокочистых оксидов всех лантаноидов, люминофоров, магнитов и высокотемпературных сверх проводников (около 30 т/год РЗО) производилось на Пышминском ОХМЗ, различные соли РЗМ - на Новосибирском заводе редких металлов.
Суммарное производство РЗ-продукции в 1990 г. составляло 8 тыс.т РЗО, из них 20-25% оксидов индивидуальных РЗМ [53, 89]. С распадом СССР хозяйственные связи России со странами СНГ и Балтии были нарушены, и производство редкоземельной продукции как в России, так и в СНГ в целом, резко сократилось.
К середине 90-х годов была прекращена добыча руд месторождения Кутессай-П в Киргизии и костного детрита месторождений Казахстана на Прикаспийском ГМК. Шесть лет простаивал Иртышский ХМЗ, периодически прекращал выпуск продукции Киргизский ГМК, остановилось производство в Эстонии.
В России осталось всего три действующих предприятия, способные выпускать РЗ-сырье или продукцию - «Ловозерская Горная Компания», Соликамский магниевый завод (СМЗ) и Пышминский ОХМЗ (ПОЗ), и все они функционируют не без проблем. Производство лопаритового концентрата на Ловозерском ГОКе стало убыточно при резко снизившемся его объеме и росте затрат; СМЗ испытывал большие трудности со сбытом плава хлоридов; ПОЗ, не имея надежных поставщиков сырья и потребителей, сократил, а в последние годы и прекратил производство.
Такая ситуация сохранялась до конца 90-х годов, и только в самые последние годы появились признаки возрождения редкоземельного производства. Предприятия Кыргызстана и Казахстана, в которые были вложены иностранные инвестиции, начали работать на китайском сырье; Силмет в Эстонии теперь использует в качестве сырья плав хлоридов с СМЗ и увеличивает производство индивидуальной РЗ-продукции.
В России также намечаются признаки организации новых РЗ-производств. Новым предприятием по производству конечной РЗ-продукции стал Чепецкий механический завод (ЧМЗ), который закупает сырье у СМЗ. Основной продукцией завода являются полирующие порошки, ЧМЗ выпускает также карбонаты РЗМ и концентрат оксидов. В дальнейшем предполагается расширить ассортимент полировальных порошков и концентратов оксидов РЗМ, а также наладить выпуск оксидов и других соединений индивидуальных РЗМ, мишметалла и азотнокислых растворов для нефтехимии. Прорабатывает вопрос о выпуске индивидуальных оксидов цериевой группы СМЗ. Рассматривается также вопрос об организации производства конечной продукции на Ловозерском ГОКе.
В целом производство РЗМ, чуть ли не развалившееся к середине 90-х годов, в последние годы начинает восстанавливаться как в России, так и в других странах СНГ.
Препятствие к использованию индивидуальных РЗМ, связанное с отсутствием их производства, исчезает, что будет способствовать развитию спроса в соответствии с тенденциями мирового рынка.
Таким образом, если до начала 90-х годов говорилось о развитии тенденции к использованию индивидуальных РЗМ, то в 90-х на мировом рынке она была во многом реализована, и сейчас о рынке многих РЗЭ можно уже говорить отдельно, как о рынках меди, свинца, циркония и т.д. В том же направлении начинает движение и Россия.
РЗМ в виде мишметалла, смеси оксидов или других соединений используются в основном в качестве катализаторов для крекинга нефти, в производстве стекла, а также в металлургии. В этих областях расходуется главным образом смесь РЗМ цериевой группы, в последние годы в связи с нехваткой неодима, он частично извлекается из смешанных продуктов. В магнитах, люминофорах, инженерной и электронной керамике применяются как правило индивидуальные РЗМ. Маркетинговая компания Roskill Information Services Ltd. [144] оценивает объемы потребления отдельных РЗМ в следующих значениях (табл. 7).
Редкоземельные коры выветривания алюмосиликатных пород
Во-первых, количество люминофора, используемого на 1 м2 поверхности КЛТ сократилось более чем вдвое по сравнению с 1980-ми годами вследствие более эффективного использования люминофорных материалов, увеличения рециклинга отходов производства, а также из-за внедрения окрашенных люминофоров, которые позволили уменьшить содержание Ей. Продолжающаяся тенденция к предпочтению больших экранов нивелировала уменьшение потребления РЗМ в люминофорах.
Однако появились новые технологии производства экранов без применения РЗЭ: ТВ с высоким разрешением (HDTV), сделанные на основе цифровых технологий, жидкокристаллические дисплеи (LCD или ЖКД); плоскопанельные дисплеи (FPD или ППД), которые эффективны для использования в мониторах.
Пока первые намного дороже по сравнению с обычными ТВ и менее транспортабельны, поскольку они массивные и тяжелые. Преимущество HDTV проявляются наилучшим образом в экранах, которые имеют диагональ 1 м. Однако, так как глубина устройств на основе КЛТ приблизительно равна размеру экрана по диагонали, устройства HDTV, базируемые на технологии КЛТ, часто непрактичны для использования в частных домах. Тем не менее, они становятся все более популярными в отелях и развлекательных центрах.
ЖКД, хотя и легкие по весу, имеют ограниченную глубину пространства. Изготовленные из люминофоров тонкопленочные электролюминиесцентные дисплейные панели и эмиссионные технологии конкурируют с ЖКД-аналогами, особенно в больших плоскопанельных дисплеях. Исход этой конкуренции будет определять будущие тенденции на рынке люминофоров для ТВ, и как следствие, тенденции в спросе на РЗМ.
Объемные КЛТ почти отдали свои рынки ЖКД во всех областях, кроме ТВ. В 2000 г. свыше 70% ЖКД экранов, произведенных в мире, предназначались для экранов в компьютерах типа ноут-бук; вторым наиболее важным их применением являются дисплеи в гостиницах «Pachinco», игровых автоматах, в которых применяется японская версия коммутационной панели [138]. Другие области применения: видеопроекторы, навигационные системы, видеоигры, персональные органайзеры, и видеоэкраны для авиапассажиров, - расширяют свои рынки.
Так как цены на ЖКД падают в результате увеличения производства, они находят растущее применение в ПК и других областях информационных технологий. В результате в 2000 г. на активные ЖКД приходилось 24% рынка дисплеев по сравнению с 12% в 1993 г. КЛТ остаются пока наиболее популярным типом дисплеев, но их доля на рынке упала приблизительно до 60% по сравнению с 70% в 1993 г. Теперь, когда Япония, страны Европы и США предпочитают новые цифровые технологии в большей степени, чем аналоги формата HDTV; экраны этих ТВ станут крупным потенциальным рынком для дисплеев с плоским экраном [144].
ППД, которые производят высококачественное изображение, должны генерировать отдельные пиксели (минимальные элементы изображения) достаточного качества, количества и яркости, при этом они требуют меньше энергии и имеют приемлемую надежность. Мировой рынок ППД оценивался в 2000 г. более чем 8 млрд.долл. [144].
Хотя ожидается, что в ближайшее время ЖКД будут занимать ведущие позиции на рынке дисплеев, американская компания Freedonia Group, которая является консультантом по электронной промышленности, предсказывает, что ЖКД будут испытывать все возрастающую конкуренцию со стороны других типов дисплеев. Электролюминиесцентные технологии, например, как ожидается, будут расти на 40% в год на рынке дисплеев с высокой разрешающей способностью. Растет также популярность плазменных технологий.
В большой степени мировое производство КЛТ к 2005 г. будет зависеть в основном от экономических параметров, в первую очередь цены для потребителей.
Считается, что в близком будущем по-видимому будет достигнут консенсус на условиях, что традиционные ТВ, использующие КЛТ, будут продолжать доминировать л а рынке как в развитых, так и в развивающихся странах [144]. Если ЖКД станут более популярными, чем КЛТ и другие технологии изготовления дисплеев, которые используют люминофоры, потребление Y2O3 может снизиться на 175-200 т, Е112О3 - на 9-Ю т. т.е. примерно на 10-15%. Однако эта потеря может быть компенсирована увеличением количества продаваемых трубок (3-4% в год) и увеличением размера экранов. В то же время в долгосрочной перспективе росту потребности в люминофорах для КЛТ может препятствовать замена на ЖКД.
Развитие трехполосных ламповых люминофоров будет в большой степени зависеть от уровня стоимости энергии, т.к. эти источники света позволяют экономить ДО 50% потребляемой энергии. Использование таких ламп для офисов, универмагов и промышленных предприятий быстро увеличивалось с середины 1980-х с развитием более дешевых составов люминофоров. Уже разработаны лампы, не уступающие по качеству цветопередачи привычным лампам накаливания, что будет способствовать их внедрению в бытовом секторе. Производство трехполосных ЛЛ самое большое в Японии и Западной Европе, где в 2000 г. было выпущено 150 и 140 млн.шт. соответственно. Быстро расширяет выпуск продукции Китай, который произвел около 150 млн.шт. в том же году [138]. Прогнозируется развитие этого направления в России. По сообщению центра ВНИИ И С потребность в таких люминофорах в 2000 г. должна составить 34 т, и для его производства понадобится 21 т Y2O3. Темпы мирового роста для люминофоров, используемых в ЛЛ. оцениваются в 4-8% в год [128].
Другим перспективным рынком РЗ-люминофоров является использование органических люминофорных пигментов для определения фальшивой валюты. Эту область применения ожидает значительный рост к 2005 г. В областях применения, связанных с техникой безопасности, будет расширяться спрос на 10% в год на светящиеся в темноте краски для маркировки направлений промышленных утечек. Они могли бы стать стандартом для маркировки утечек в промышленных и общественных зданиях. С применением люминофоров разработаны также датчики давления и Т.
Таким образом, в ближней и среднесрочной перспективе потребление РЗЭ в люминофорах будет развиваться. При этом надо иметь в виду и региональный аспект. Сейчас основными потребителями в этом секторе рынка, как и во многих других, являются индустриально развитые страны (табл. 19).
Пирохлор-монацитовые коры выветривания карбонатитов
С другой стороны, потребление РЗМ активно растет, что вызывает к жизни проекты освоения их новых месторождений. В настоящее время подготавливается к освоению месторождение Маунт-Уэлд [131, 144], не исключается и освоение российских месторождений - Томторского и Чуктуконского. Для Томторского месторождения составлен инвестиционный проект, и оно выставляется на тендер; лицензию на доразведку месторождения в 2001 г. приобрела компания АЛРОСА [84].
Геологическая позиция месторождений данного типа достаточно определенна. Они располагаются на древних платформах, а возраст коренных карбонатитов - обычно мезозойский, реже позднепалеозойский (Томторское) или рифейский (Чуктуконское). Согласно Н. А. Солодову [60] коренные карбонатиты связаны, возможно, с двумя формациями: щелочно-ультраосновньгх массивов (УЩК) и массивов, в которых ультраосновные породы играют незначительную роль, а широким развитием пользуются нефелиновые и щелочные сиениты (нефелин-калишпатовые массивы). Однако малая степень изученности редкоземельной минерализации в корах выветривания карбонатитов и относительно небольшое количество известных объектов не позволяет достаточно четко типизировать их с позиций редкоземельной рудоносности. На данном этапе изучения представляется, что и редкоземельная минерализация и состав РЗМ в корах выветривания карбонатитов двух вышеупомянутых формаций довольно близки.
В коренных карбонатитах РЗЭ имеют селективный цериевый состав и присутствуют как в виде изоморфной примеси в апатите и породообразующих карбонатах, так и в составе собственных минералов редких земель - бастнезита, паризита, синхизита, бербанкита и др. При выветривании карбонатитов эти минералы в зависимости от интенсивности гипергенных процессов в большей или меньшей степени растворяются, но они не выносятся, а наряду с ниобием являются инертными компонентами. Обогащение происходит за счет выноса кальция и других подвижных компонентов.
Возраст кор выветривания - от кайнозоя до позднего палеозоя. Крупные и богатые месторождения РЗМ приурочены к латеритным и эпигенетически измененным корам выветривания, детали строения и состава которых описаны в работах А.В.Лапина [26, 27, 28, 29, 30, 31] и Е.М.Эпштейна [12, 75, 76, 98, 99]. Мощность кор выветривания в наиболее крупных месторождениях достигает 100, а иногда 200 и 400-500 м.
Коры выветривания часто характеризуются зональным строением. Максимальные концентрации РЗО характерны для зоны эпигенетически измененных кор выветривания, слагаемой породами, осветленными за счет выноса железа и марганца. Высокими концентрациями РЗО характеризуются также зоны латеритных охр, которые обогащены РЗО по сравнению с субстратом более, чем в 6 раз (табл. 30 ).
В корах выветривания карбонатитов установлены собственные минералы РЗЭ: монацит [11, 18, 122, 130, 141], флоренсит, черчит, перьерит, церианит, бастнезит, цериопирохлор, а также минералы, заключающие изоморфную примесь редкоземельных элементов — флюорит, франколит, сидерит, стронцианит, родохрозит и др. или содержащие РЗЭ в сорбированной форме — гетит, голландит и др. Монацит и рабдофанит являются главными редкоземельными минералами кор выветривания карбонатитов, в некоторых месторождениях широко распространены флоренсит и РЗ-содержащие минералы группы крандаллита. По предварительным технологическим исследованиям руды труднообогатимы и требуют для переработки химико-металлургических методов. Однако, учитывая крупные запасы месторождений и богатые абсолютные содержания редких земель, месторождения этого типа являются перспективно-промышленным типом для редкоземельных металлов.
Из всех известных типов РЗ-месторождений колумбит-пирохлоровые щелочные граниты обладают наиболее крупными запасами РЗМ иттриевой группы. В том случае, если максимальный вариант перспективной потребности в иттриевых землях реализуется, они несомненно будут вовлечены в промышленное освоение. Генетические представления об этом типе спорны. Некоторые исследователи относят этот тип к щелочным метасоматитам (Л.З.Быховский, В.С.Кудрин [9]), но в классификации ИМГРЭ в соответствии с принципами, на которых она построена, он носит название «колумбит-пирохлоровые щелочные граниты» [13].
Щелочные граниты пока нигде в мире не разрабатываются, но как тип высококомплексных редкометалльных месторождений представляют несомненный промышленный интерес. С конца 80-х годов, когда была открыта высокотемпературная сверхпроводящая иттрийсодержащая керамика, щелочные граниты стали изучаться во многих странах мира, и было открыто или разведано несколько месторождений в Канаде, Саудовской Аравии, Австралии, Бразилии [1, 3, 33, 43, 59, 64, 121, 123, 149; 9, 17]. В России два щелочногранитных месторождения было известно уже давно [78, 81], но разведка Улуг-Танзекского месторождения в Тыве завершилась в 1988 г., а Катугинское в Читинской обл. было поставлено на баланс в 1995 г. [84].
Щелочные редкометалльные граниты содержат высоко комплексные руды редких элементов. Главным полезным компонентом считается тантал, по содержанию которого щелочные граниты превосходят все другие типы коренных месторождений. Кроме тантала, в рудах содержатся РЗМ, ниобий, цирконий, гафний, иногда литий, уран, торий, олово, криолит. По запасам редких металлов среди месторождений этого типа известны очень крупные месторождения, но имеются и мелкие месторождения, представленные жильными телами (Тор-Лейк, зона Т в Канаде, ряд месторождений в Саудовской Аравии).
Редкометалльные континентальные аллювиальные оловоносные россыпи с ксенотимом
В данной работе, в соответствии с ее содержанием, основным критерием определения промышленной значимости того или иного типа месторождений служит состав РЗЭ. Типы месторождений оцениваются в зависимости от относительного содержания в полном спектре РЗЭ того или иного компонента или их сочетаний, которые могут быть в полной мере по отношению к их производству востребованы промышленностью.
Максимальное относительное содержание лантана естественно характерно для всех типов месторождений с цериевым и иттриево-цериевым (смешанным) составом РЗЭ (рис. 37), но не только. В вышеуказанных типах месторождений относительное содержание лантана колеблется от 19,4% в куларитовых россыпях до 27% в бастнезитовых карбонатитах. Максимальное относительное содержание лантана (до 30%) имеет одна из разновидностей типов месторождений с иттриевым составом - низкоиттриевые по составу РЗЭ редкоземельные коры вьшетривания алюмосиликатных пород. Это обусловлено фракционированием церия в процессе вьшетривания и его низким относительным содержанием в данном типе руд.
Церий, по сравнению с лантаном, имеет более широкие колебания относительных содержаний: от 1% - в корах вьшетривания алюмосиликатных пород до 53 отн.% - в лопаритовых уртитах (см.рис.37). Максимальное относительное накопление церия (53%) характерно для лопарита, в других типах месторождений с цериевым или смешанным составом содержание церия относительно постоянно: 42-46%. Из типов месторождений с иттриевым составом относительно высокое его содержание (35%) имеют колумбит-пирохлоровые щелочные граниты с низкоиттриевым составом РЗЭ, остальные разновидности этой группы содержат менее 10% церия. Это ограничивает возможности их разработки, как единичных объектов удовлетворения потребностей в РЗЭ, так как церий безусловно один из самых реализуемых компонентов.
Неодим на настоящий момент представляет наибольший промышленный интерес как индивидуальный редкоземельный продукт, поскольку его относительное содержание в разрабатываемых рудах недостаточно для удовлетворения быстро развивающей потребности. Это один из немногих РЗЭ, который в настоящее время может быть без оговорок отнесен к дефицитным. Необходимость поисков редкоземельных руд с более высоким относительным содержанием неодима неоднократно провозглашалась в зарубежной печати. Практически во всех типах руд с цериевым или иттриевым составом относительное содержание неодима колеблется в небольших пределах: от 14% в лопаритовьгх уртитах до 18%) в россыпях с монацитом (см.рис.37). Только в куларите его относительное содержание увеличивается почти до 22%, но сами по себе куларитовые россыпи могут быть использованы только при определенных условиях, о которых будет идти речь ниже. Поэтому на неодим они не могут быть выделены как перспективный промышленный тип. Из типов руд с иттриевым составом практический интерес на неодим могут представлять низкоиттриевые разновидности, в которых относительное содержание неодима может увеличиваться до 30% в единичных объектах типа колумбит-пирохлоровых щелочных гранитов и 15% в некоторых объектах кор выветривания алюмосиликатных пород. Рекордным относительным содержанием европия отличаются редкометалльные континентальные россыпи с куларитом - до 1,2%; в типовом составе 0,9% (см.рис.37). Обычное относительное содержание европия в разрабатываемых типах редкоземельных руд с цериевым и смешанньм составом составляет 0,15-0,2%. Вдвое больше содержание европия в ийолит-уртитах с TR-апатитом (0,5 отн.%) и пирохлор-монацитовых корах выветривания карбонатитов (0,4 отн.%), а также в единичных объектах редкоземельных кор выветривания алюмосиликатных пород - до 0,5 отн.%. Для составов РЗЭ в щелочных гранитах наоборот характерна отчетливая отрицательная европиевая аномалия (относительное содержание европия 0,1%), и в случае их разработки для компенсации нехватки европия потребуется обогащенное европием сырье. Таким сырьем могут стать, например, редкометалльные континентальные россыпи с куларитом. Иттрий имеет наибольшее относительное накопление во всех типах месторождений с иттриевым составом РЗЭ, и во всех трех из них его относительное содержание в сумме РЗЭ достигает значений, намного превышающих этот показатель даже для таких широко распространенных в сырье элементов, как церий и лантан. В ксенотиме из россыпей, колумбит-пирохлоровых щелочных гранитах и редкоземельных корах выветривания алюмосиликатных пород иттрий составляет от 55 до 65% в сумме РЗЭ (см.рис.37), тогда как в типах руд с цериевым и даже смешанным составом его относительное содержание обычно не выходит за рамки 5%.
Рассмотрев относительное содержание РЗЭ в различных типах месторождений перейдем к выделению наиболее перспективных (по составу РЗЭ) для освоения типов, в которых оптимальным образом сочетались бы максимальные содержания совокупности элементов, наиболее востребованных промышленностью.
Критическими элементами, как с точки зрения востребованности промышленностью, так и по содержанию в сырье будут Се, Nd и Y. Именно они определяют выбор объектов как на ближайшую, так и на среднесрочную перспективу.
Полная реализация Се и Nd не вызывает сомнений. Церий - самый объемный компонент во многих типах месторождений и его 100%-ая востребованность - следствие того, что именно церий определяет объем переработки редкоземельных руд. Неодим -редкоземельный элемент с наиболее высокими темпами современного и прогнозируемого роста спроса из всех РЗЭ (до 15-20% в год до 2005 г.). Третий наиболее широко распространенный в сырье элемент - лантан - ведет себя подобно церию, поэтому он не будет определять выбор состава.
