Основные циркониевые минералы

№	Минерал	Содержание, мас.%		Плотность, г/см3	Твердость по Моосу	Сингония
		ZrO2	HfO2
1.	Циркон	до 67,1	0,5 – 7	4,6 – 4,7	7,5	тетрагональная
	Разновид.
	циркона:
	Гафниевый циркон		до 31
	Наэгит	55,3	10			метамиктный
	Альвит	до 42	6 – 7			метамиктный
	Циртолит	до 52	до 24	3,3 – 3,8	6	метамиктный
	Малакон	до 50		4,2 – 4,6	6	метамиктный
2.	Бадделеит	95 – 99	0,1 – 3	5,7 – 6,0	6,0 – 6,5	моноклинная
3.	Эвдиалит	11 – 15		2,7 – 3,0	5,0 – 5,5	тригональная

Содержание редкоземельных элементов в цирконах колеблется в широких пределах, от знаковых количеств до многих процентов. Разновидности редкоземельных цирконов, обнаруженные в пегматитах Японии, содержат 9 – 18 % иттриевых редких земель (наэгит, хагаталит, оямалит, ямагучилит). Особо интересен по своему химическому составу наэгит, в котором обнаружено, в мас.%: ZrO₂ – 55,3; HfO₂ – 10; åZn₂O₃ – 9,12; (Nb, Ta)₂O₅ – 7,69; ThO₂ – 5,01; U₃O₈ – 3,03.

Присутствуют в цирконах и петрогенные элементы-примеси: железо, титан, кальций, марганец, магний и др. Железо обнаруживается всегда, в пределах от 0,1 до 1,5 % Fe₂O₃, в малаконах и циртолитах оно может составлять 3 – 4%. Содержание остальных примесей не превышает 0,1 – 0,2%. Петрогенные элементы-примеси входят в структуру минералов в результате изоморфного замещения циркония и кремния, однако чаще – в связи с наличием в цирконах мелких микровключений породообразующих минералов (полевого шпата, слюды, пироксенов, ильменита и др.).

Коренные месторождения циркониевых минералов обычно связаны с магматическими, реже – с осадочными породами щелочного характера, обогащенными натрием и калием. Из коренных циркониевых месторождений в настоящее время во всем мире эксплуатируются только три: в южной Африке (Палабора), в Бразилии (Покус-ди-Калдас) и на севере Европы. Это – бадделеитсодержащие комплексные месторождения. В общей структуре запасов циркониевого минерального сырья на коренные месторождения приходится не более 7 – 10%.

Основное количество (более 90 %) промышленных запасов циркония представлено прибрежно-морскими россыпями. При выветривании и разрушении коренных месторождений циркон ZrSiO₄, как очень устойчивый минерал, может транспортироваться на значительные расстояния и при определенных условиях накапливается в больших количествах в прибрежных россыпях. Россыпные цирконы очень близки друг другу по физическим свойствам и химическому составу независимо от географии и геологического периода образования россыпей. В песках этих россыпей циркон обычно ассоциирует c минералами титана (ильменит, рутил) и редких земель (монацит). Более 30 % запасов россыпного циркона сосредоточено в Австралии, около 25 % – в США (штаты Джорджия и Флорида), немногим менее 10 % – в Индии. Остальные запасы циркония рассредоточены в россыпях Бразилии, Африканского континента (Мозамбик) и стран Юго-Восточной Азии (Шри-Ланка, Таиланд, Камбоджа и др.). Следует отметить, что циркононосные россыпи Юго-Восточной Азии знамениты не столько техническим цирконом, сколько ювелирным. До сих пор страны этого региона снабжают рынок крупными огранёнными кристаллами циркона исключительной чистоты, прозрачности, блеска и цвета. Европейский континент в целом небогат залежами цирконов, наиболее значительные из них находятся в Испании.

Общие запасы циркона, точнее, условного цирконового концентрата с содержанием 65 % ZrO₂, в капиталистических и развивающихся странах оцениваются в 40,7 млн. т диоксида циркония (табл. 2).

Мировые запасы диоксида гафния составляют около 450 тыс. т.

В 80-х годах производство и потребление цирконового концентрата составило в капиталистических и развивающихся странах около 700 тыс.т в год. Существует тенденция к увеличению производства и потребления концентрата до 800 – 900 тыс. т в год, поэтому учтенных запасов циркона хватит примерно на 50 лет. Пересчет всех прогнозных запасов диоксида циркония, связанных, в основном, с коренными минералами, на условный циркон (65 % ZrO₂), по данным Горного бюро США, позволяет оценить их примерно в 50 млн. т циркона, или в 37,5 млн. т ZrO₂.

Более отдаленные перспективы связаны с возможностью открытия новых крупных циркониевых месторождений в шельфовых отложениях морей и океанов, в гранитах и сиенитах глубинных слоев земной коры, в железомарганцевых конкрециях на дне Мирового океана.

Однако современный уровень техники и технологии добычи и переработки руд и россыпей ещё не позволяет полностью извлекать полезные компоненты из земных недр. Например, при добыче и обогащении циркона из россыпей безвозвратно теряется около 20 % этого ценного минерала. Поэтому актуальная задача сегодняшнего дня – экономия природных ресурсов циркония путём повышения уровня извлечения циркона в рудный концентрат и вторичного использования цирконийсодержащих искусственных материалов.

Итак, несмотря на относительно большое число цирконий- и гафнийсодержащих минералов, промышленное значение имеют только три: циркон, бадделеит и эвдиалит (табл. 1).

Циркон ZrSiO₄. В структурном отношении относится к силикатам островного типа, его структура состоит из изолированных тетраэдров SiO₄, связанных атомами циркония. Координационное число кремния – 4, координационное число циркония – 8 (восемь атомов вокруг одного атома циркония). Кристаллографические параметры ячейки, мкм: a₀ = 6,59 · 10^–4, с₀ = 5,94 · 10^–4, отношение с₀ : a₀ = 0,901. Циркон практически не имеет спайности и отдельности, с большим трудом поддаётся раздавливанию и растрескиванию, характеризуется наименьшей сжимаемостью из всех известных силикатов с тетраэдрической координацией кремния.

Т а б л и ц а 2