10. Месторождения титановых и цирконовых руд

10.1. Месторождения титановых руд

Диоксид титана (TiO₂) в чистом виде в природе встречается редко. В большинстве случаев для получения TiO₂ служит минерал ильменит, по химическому составу представляющий собой метатитанат железа (FeTiO₃).

Диоксид титана – мелкодисперсный порошок белого цвета с желтоватым оттенком. Как природный, так и искусственный диоксид титана обнаруживает полиморфизм. Модификациями диоксида титана являются анатаз, брукит и рутил. Характеристики этих модификаций приведены в табл. 10.1.

При нагреве анатаз и брукит переходят в рутил. При переходе анатаза в рутил обычно происходит агрегирование частиц. Размер частиц увеличивается от 1–2 до 5–15 мкм.

Анатаз (TiO₂) – минерал химически устойчив. Цвет бурый, коричневый, черный. Блеск алмазный.

Встречается в пегматитах и кристаллических сланцах (хлоритовых, слюдяных). Хорошо образованные кристаллы наблюдаются на кварце в жилах альпийского типа на Северном Урале. Встречаются в Атлянских золотоносных россыпях на Южном Урале, около г. Миасс и в других местах.

Таблица 10.1. Свойства различных модификаций диоксида титана

Наимено- вание модифи- кации	Сингония	Плот- ность г/см3	Твердость по шкале Мооса	Показатели преломления		Температура		α ·106х град-1	Относительная диэлектрическая проницаемость
				Ng	Np	плав- ления	пере- хода в рутил
Анатаз	татраго- нальная	3,9	5-6	2,55	2,49	--	915	4,7-8,2	31
Брукит	ромби- ческая	3,9-4,0	5-6	2,70	2,58	--	650	14,5-22,9	78
Рутил	татраго- нальная	4,2-4,3	6	2,90	2,61	1560- 1825 в зави-симости от чис-тоты	--	7,1-9,2	┴ оси 89 ║ оси 173

Брукит (TiO₂). Цвет брукита желто- или красно-бурый до черного. Блеск алмазный. При прокаливании плотность его увеличивается и становится равной плотности рутила (очевидно, происходит перестройка кристаллической структуры). Превосходные кристаллы брукита встречаются в Атлянской золотоносной россыпи: близ г. Миасс и в жилах альпийского типа в ряде мест Урала.

Рутил (TiO₂) является наиболее устойчивой модификацией TiO₂ как при высоких, так и при низких температурах. Рутил образуется, главным образом, эндогенным путем при магматических, пегматитовых и гидротермальных процессах, а также при региональном и контактном метаморфизме и экзогенных процессах.

Происхождение магматогенное – в основных и щелочных изверженных породах. Метаморфическое – в гнейсах и сланцах. Гидротермальное – в кварцевых жилах и особенно жилах альпийского типа, где рутил образует отдельные кристаллы и друзы. Встречается в россыпях.

Кристаллы рутила – призматические, столбчатые до игольчатых. Часто на гранях кристаллов наблюдается шероховатость. Двойники обычно коленчатые. Сетчатые сростки двойников игольчатого рутила называются сагенитом. Цвет темно-желтый, бурый, красный, черный. Блеск алмазный, у непрозрачных черных разностей – металловидный.

Крупных скоплений рутил в природе не образует.

Рутил содержит 96–99% TiO₂. Наиболее обычные примеси FeO (до 1,4%), Nb₂O₅ (до 2,5%), Fe₂O₃ (до 6,7%).

Рутил наряду с ильменитом является важнейшим источником титана (60% Ti). Кроме того, из него извлекают Nb и Ta.

Рутил – акцессорный минерал гнейсов, кварцитов, эклогитов (Кутимское месторождение, Пермская область), наждаков. В полевошпат-слюдяных и кварц-слюдяных сланцах центрального Уралтау (Республика Башкортостан) обнаружены линзы и гнездообразные участки пород, содержащих до 50–60% рутила с мусковитом, полевым шпатом, кварцем, турмалином, названные рутилом.

Превосходные кристаллы рутила известны в жилах альпийского типа Приполярного Урала. Рутил и сагенит известны в россыпях по р. Каменке в Сысертском районе Свердловской области. Известны месторождения рутила в пегматитовых жилах Ильменских гор (Челябинская область). В настоящее время рутил изготавливается синтетически.

Рутил употребляется для выплавки ферротитана, применяемого в производстве некоторых стойких при ударе сортов стали, в керамике, в радиотехнике, для изготовления титановых белил и др.

Месторождения титановых руд расположены в основном на Южном Урале и представлены промышленными рудами титаномагнетита как коренного, так и россыпного залегания. Титановые месторождения выявлены в пегматитах Ильменских, Шишимских и Назямских гор (Челябинская область). В месторождениях Кусинско-Копанской группы при бортовом содержании 5% титана прогнзные ресурсы его в ильменитовых, титано-магнетитовых и ильменит-титаномагнетитовых рудах по категории Р₁ составляют сотни миллионов тонн. Наиболее ценные участки разведаны, запасы доведены до промышленных категорий или категории С₂. Установлены месторождения комплексных медно-ванадиево-титано-железных руд, в которых концентрат титана получается как побочный продукт (Куроямский, Погорельский массивы, массив Куйбас и многие другие). На ряде участков развиты первичные магматические метаморфогенные рутилоносные амфиболиты, эклогиты. Прогнозные ресурсы некоторых из них составляют более 100 млн. тонн (категория С₂). Крупные прогнозные ресурсы категории Р₃ связываются с массивами габбро на юго-востоке Челябинской области. Они еще требуют изучения. Остаточные скопления титана отмечены в корах выветривания диабазовых порфиритов в Каменском районе, в коре плагиогранитов на Большом Романовском прииске около г. Челябинска. Россыпи минералов титана установлены на западе в Челябинской области, в районе Атляна, в Яумбаевском рудоуправлении, в бокситовых месторождениях, в угленосных отложениях Полтаво-Брединского района. Россыпи титана известны в районе Кусинско-Копанской группы месторождений.

Прогнозные ресурсы разных россыпей от сотен тысяч до нескольких миллионов тонн диоксида титана. В титаноциркониевых россыпях титан сосредоточен в свободном ильмените, рутиле и выделение его не представляет сложности.

Ильменит – титанопористый железняк (FeTiO₃). Является важной титановой рудой. Слабо магнитен. Твердость 5–6 (по Моосу). Хрупок. Плотность 4,72–5,0 г/см³. Служит основным источником получения различных соединений титана – сплава ферротитана, диоксида титана, четыреххлористого титана. Кристаллы ильменита известны в пегматитах нифелиновых сиенитов Ильменских гор, в магнезитовых жилах Сатки.

Химический состав (%): Fe – 36,8; Ti – 31,6; в качестве изоморфных примесей может содержать Mg, нередко в значительных количествах (пикроильменит), иногда Mn (до нескольких %). Существует непрерывный изоморфный ряд FeTiO₃–МgTiO₃ и, вероятно, ряд FeTiO₃–МnTiO₃. Цвет ильменита железисто-черный или стально-серый. Блеск полуметаллический. Непрозрачен.

Перовскит (CaTiO₃). Это минерал, представляющий собой соединение диоксида титана с основным оксидом. Твердость 5,5–6 (по Моосу). Блеск алмазный. Плотность 3,97–4,04 г/см³.

Перовскит встречается в некоторых магматических горных породах, в контактных известняках, а также в титанистых доменных шлаках. Крупных скоплений он обычно не образует. Самостоятельного практического значения не имеет.

Известны месторождения перовскита в ряде районов Урала (Сарановское хромитовое месторождение, Назямские и Шишимские горы и др.).

Титанит (сфен) – минерал, являющийся силикатом кальция и титана CaTiO[SiO₄]. Встречается в виде отдельных кристаллов, вросших в породу, или в виде друз по трещинам. Иногда образует зернистые агрегаты. Часто наблюдаются двойники. В качестве вторичного минерала титанит образуется по ильмениту и другим титансодержащим минералам в пегматитах (каемки толщиной до нескольких сантиметров вокруг выделений ильменита в Ильменских, Вишневых, Назямских и Шишимских горах).

В Ильменских горах сфен различных генераций встречается главным образом в сиенитовых и нефелин-сиенитовых пегматитах. В Назямских и Шишимских горах сфен встречается в контактовых образованиях на границе габбро и амфиболитов с известняками. Титанитовые месторождения найдены на хр. Бырранга (Таймыр).

Химический состав титанита (%): CaO – 28,6; SiO₂ – 30,6; TiO₂ – 40,8. Нередко устанавливаются примеси FeO (до 6%), иногда MnO (до 3%), MgO, Fe₂O₃, Al₂O₃ (до 12%), (Y, Ce)₂О₃ (иттротитанит), изредка Cr₂O₃, ZrO₂ (до 0,18 %), Nb₂O₅, F,OH, Th и др.

Цвет – желтый, бурый, зеленый, иногда черный, розовый или красный. Блеск – алмазовидный, жирный. Твердость 5–6 (по Моосу). Плотность 3,29–3,56 г/см³.

Сфен служит сырьем для получения диоксида титана, широко применяемого в качестве белого пигмента в титановых белилах.

Титаномагнетит – магнетит (FeFe₂O₄) с содержанием TiO₂ (до нескольких %); содержит повышенное количество ванадия. Титаномагнетиты служат рудой на ванадий.

При плавке титаномагнетитовых руд из шлаков извлекается ванадий, имеющий большое значение при изготовлении качественных сталей. Оксид ванадия (V₂O₅) используется в химической промышленности, а также как краситель – в керамике и для других целей.

Кусинское месторождение ильменит-магнетитовых руд расположено на левом берегу руки Кусы в 15 км к востоку от Кусинского завода и в 18 км к северу от г. Златоуст. Рудные тела имеют жилообразную форму и круто падают на юго-восток под углом 70–80^оС. Мощность их от 1 до 10 м, средняя 3м; залежи разведаны на глубину до 150–250 м. Руды сложены магнетитом (60–70%), ильменитом (20–30%), хлоритом (2–10%). Ильменит располагается отдельными зернами величиной 0,1–2,0 мм среди других зерен магнетита, что способствует довольно легкому обогащению этих руд.

Химический состав руд (%): FeFe₂O₄ – 50–57; V₂O₅ – следы; S – 0,12; Р – 8,1; TiO₂+Cr₂O₃ – 11–22.

Нижне-Тагильское и Первоуральское титаномагнетитовые месторождения представлены жилами сплошных руд, залегающими среди изверженных пород габбровой формации.