Неметаллические полезные ископаемые.

Глава 1. Фосфор.

Считается, что фосфор был известен еще в ХП веке, однако чаще указывается на его случайное открытие алхимиком Х.Брандтом в 1669 году. Элементарная природа фосфора установлена французским химиком А.Лавуазье. Свое название он получил от греческого phosphoros - <светоносный, приносящий свет>.

Соединения фосфора - неотъемлемый компонент растений и животных, участвующий в жизнедеятельных процессах. Благодаря обмену веществ в растительных и животных организмах, происходит круговорот фосфора в природе: извлекаясь из почв растениями в виде хорошо растворимых солей с переводом последних в белковые вещества, он попадает с растительной пищей в организм животных, участвуя в строении костной, мозговой и нервной тканей (в теле человека содержится около 1,16% органического и неорганического фосфора). С остатками растений и животных химически связанный фосфор возвращается обратно в почву. Естественная убыль соединений этого элемента обуславливает необходимость внесения в нее фосфатных удобрений. Одна тонна оксида фосфора Р₂O₅, внесенная в почву, может повысить урожайность пшеницы на 7-8 т, хлопка - на 5-6 т, картофеля - на 40-50 т, сахарной свеклы - на 50-55 т.

Среднее содержание фосфора в земной коре немногим менее 0,1% (или 0,25% оксида фосфора Р₂O₅). Наиболее высокие концентрации P₂O₅ отмечаются для магматических щелочных (0,6-1,0%) и основных (0,4%) пород, несколько меньше - в кислых породах (0,23%). Содержание Р₂O₅ для осадочных пород колеблется в интервале 0,04-0,1%.

Хотя общее число известных минералов фосфора превышает 200, свыше 95% его в земной коре связано в виде безводного фосфата кальция - апатита - Са₅[PO₄]₃(F,Cl,ОН) - встречающегося в большинстве изверженных горных пород в качестве акцессорного минерала. Свое название минерал получил от греческого глагола apate - <обманываю>, вероятно за свое внешнее сходство с бериллом и турмалином. Относительно широко распространены также монацит, ксенотим, амблигонит, вивианит, вавеллит и другие минералы.

Господствующей разновидностью апатита в большинстве горных пород являются фтор-апатит и фтор-гидроксилапатит; для кор выветривания и нелитифицированных осадков более характерен фтор-карбонатапатит (франколит или штафеллит) и карбонат-гидроксилапатит (даллит). Теоретическое содержание Р₂O₅ во фтор-апатите - 42,3%, а F - 3,8%; в незначительном количестве присутствуют и другие добавочные анионы (С, ОН, СО_3-2), а также изоморфные примеси (Na, REE, Mg, Fe, Al, Sr, В и др.). Важной особенностью большинства разновидностей апатита является нерастворимость в воде, но легкая растворимость в кислотах.

В осадочных горных породах широким распространением пользуются разнообразные скрыто- и микрокристаллические скопления фосфатного вещества из группы апатита, содержащего многочисленные включения многих других минералов (кварца, глауконита, кальцита, глинистых минералов и др.) и называемого фосфоритами. У фосфоритов часть фосфора обычно изоморфно замещена углеродом, в зависимости от содержания которого закономерно меняются свойства фосфатных минералов. Состав фосфатной части в фосфоритах приближается к фтор-апатиту, франколиту, курскиту, гидроксил-апатиту, карбонат-апатиту; характерно присутствие изоморфного урана. Содержание оксида фосфора Р₂O₅ в фосфоритах не превышает 35%.

Таким образом, фосфатное сырье представлено двумя главнейшими типами руд: апатитовыми и фосфоритовыми; в первых апатит образует яснокристаллический агрегат, во вторых - фосфаты кальция из группы апатита представлены скрыто- или микрокристаллическими образованиями. Месторождения апатитов связаны с изверженными и метаморфическими породами, образуясь в результате эндогенных процессов, в то время как месторождения фосфоритов - с осадочными породами, формируясь в результате экзогенных процессов.

Кроме этого, резко подчиненную роль в общем балансе фосфатного сырья имеют крупные скопления гуано - продукты выделений морских птиц, приуроченные главным образом к островам и прибрежным районам низких широт. Свежие экскременты содержат около 22% N и 4% Р₂O₅. В результате их быстрого разложения доля фосфата возрастает, а азота уменьшается. Современное гуано содержит 10-12% P₂O₅, а выщелоченное - 20-32%. Минералогия гуано сложна: в слабо разложившийся входят растворимый аммоний, щелочные оксалаты, сульфаты, нитраты, магнезиальные и аммоний-магнезиальные фосфаты; сильно разложившееся гуано состоит главным образом из фосфатов кальция - монетита H₄СаРO₄, витлокита Са₃(РO₄)₂ и др. Крупнейшие месторождения гуано имели первоначальные запасы в несколько сотен тысяч тонн; большинство их в настоящее время уже выработано. В последние годы на западном побережье Северной Америки и Африки выявлен новый, потенциально перспективный источник фосфатного сырья - прибрежно-морские илы, обогащенные фосфором.

Вследствие значительно более легкой обогатимости апатитовые руды являются более ценным сырьем, чем фосфоритовые. Однако в мировом балансе добываемого фосфатного сырья основная роль принадлежит фосфоритовым рудам (90%); в нашей стране, наоборот, благодаря наличию уникальных месторождений Хибинского массива, доля апатитовых руд в составе фосфатного сырья является доминирующей. Большая часть общих мировых запасов апатитовых руд сосредоточена в России; в значительном количестве они имеются также в ЮАР, Бразилии, Финляндии, Канаде, Уганде, Габоне, Замбии, Испании, Индии, Вьетнаме. Наиболее крупные общие запасы фосфоритовых руд сосредоточены в Марокко, США, Перу, Казахстане, Монголии, Китае, Египте, Мексике, Ираке, Иордании, Сирии, Тунисе и Алжире.

Области использования апатитовых и фосфоритовых руд одинаковы. Подавляющая масса фосфатного сырья (более 95%) используется для получения фосфатных и комбинированных минеральных удобрений: суперфосфата, двойного суперфосфата, преципитата, аммофоса, нитрофоса, нитрофоски, термофосфатов, фосмуки; с этой целью трудно растворимые и плохо усваиваемые растениями природные фосфаты обрабатываются различными кислотами, спекаются со щелочными и другими соединениями, либо просто размалываются до тонкой муки. Остальное количество фосфатного сырья идет на производство фосфора и фосфорной кислоты (а из богатых фтором апатитовых руд получают также кремнисто-фтористо-водородную кислоту) - исходных веществ для получения разнообразных химических соединений, используемых в металлургии, пиротехнике, органическом синтезе, производстве минеральных подкормок для скота и птицы, моющих и огнестойких веществ, спичек, лекарственных препаратов, инсектицидов, флотореагентов, матовых стекол и др. В керамической промышленности из апатита изготавливают так называемый "костяной фарфор".

1.1. Апатиты

Промышленные концентрации апатита в земной коре устанавливаются среди магматических, контактово-метасоматических, карбонатитовых (сложных магматически-метасоматических), гидротермальных, метаморфических и экзогенных (коры выветривания) образований.

Апатитовые руды разнообразны. По своему минеральному составу они подразделяются на силикатно-оксидные, силикатные, карбонатно-силикатные, карбонатные и гидросиликатно-гидрооксидные. По средним содержаниям Р₂O₅ (мас. %) среди них выделяют убогие (до 4%), бедные (4-8%), средние (8-16%) и богатые (свыше 16%). В зависимости от минерального состава апатитовые руды могут быть легко-, удовлетворительно- и труднообогатимыми. В первых извлечение P₂O₅ в апатитовый концентрат превышает 90%, во вторых - находится в пределах 70-90%, в третьих - составляет менее 70%. Наиболее легко обогащаются силикатные (апатит-нефелиновые и др.) руды, наиболее трудно - карбонатные и гидросиликатно-гидрооксидные.

Для обогащения методом флотации размер зерен апатита в рудах должен быть не менее 40 мкм. Апатитовый концентрат с содержанием Р₂O₅ более 35% может быть получен практически из всех минеральных типов руд. В комплексных рудах апатит может присутствовать либо как один из главных компонентов, либо как второстепенный компонент, либо как сопутствующая (обычно незначительная) примесь.

В геоисторическом плане апатитовые и комплексные апатитсодержащие месторождения принадлежат к различным минерагеническим эпохам и связаны с различными формациями горных пород. Наиболее благоприятными для формирования этих месторождений были условия активизации (и протоактивизации) древних платформ с типоморфными формациями агпаитовых нефелиновых сиенитов и щелочно-ультраосновных карбонатитовых комплексов, проявившихся главным образом в среднем палеозое (девон-карбон). С режимом протоактивизации (в раннем протерозое) связано формирование древних щелочно-ультраосновных карбонатитовых комплексов с апатитовой и апатит-редкометалльной минерализацией. Промышленные месторождения формации коры выветривания (мезозой-кайнозой) известны лишь в верхних частях карбонатитовых щелочно-ультраосновных комплексов.

Хотя промышленная апатитовая минерализация фиксируется в ассоциации с достаточно разнообразными, главным образом магматическими и постмагматическими образованиями, главнейшими геолого-промышленными типами месторождений, с которыми связаны подавляющая часть запасов и добычи этого сырья, являются апатит-нефелиновый в агпаитах, апатит-редкометалльно-магнетитовый (и апатит-редкометалльный) в карбонатитах и апатит-франколит-редкометалльный в корах выветривания карбонатитов. В последние годы во Вьетнаме, Китае и КНДР наметился еще один, метаморфогенный тип месторождений апатита.

Магматические месторождения апатит-нефелинового типа связаны с крупными многофазными концентрически-зональными интрузивами агпаитовых нефелиновых сиенитов и ийолит-уртитов, представляя собой протяженные (несколько км) пластовые и линзовидные залежи, осложненные раздувами и пережимами, с закономерным пространственным распределением различных типов руд, либо менее крупные, кулисно расположенные залежи сложной формы, объединяющиеся в зоны, с широким развитием брекчиевых руд. Залежи и зоны выполняют центриклинальные конические разломы, залегая согласно с вмещающими ийолит-уртитами. Руды апатит-нефелинового состава со сфеном, эгирином, титаномагнетитом; среднее содержание в них Р₂O₅ 14-17%. Масштабы оруденения от весьма значительных до мелких (месторождения Хибинского щелочного массива: Кукисвумчорр, Юкспор, Коашва, Олений ручей и многие другие).

Магматические месторождения апатит-редкометалльно-магнетитового (апатит-редкометалльного) типа связаны с многофазными зональными концентрическими и линейными интрузивами щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов, образуя в них крупные штоко-, трубо-, линзо- и дайкообразные тела и жильно-штокверковые зоны изменчивой мощности и различной протяженности с незакономерным расположением в них различных типов руд. Эти тела выполняют кольцевые, конические, дуговидные, радиальные и линейные разломы и трещины в составе карбонатитовых комплексов. В апатит-редкометалльно-магнетитовых (апатит-редкометалльных) рудах обычно присутствуют флогопит, а также карбонаты, форстерит, диопсид и другие минералы. Средние содержания P₂O₅ 3-8%. Масштаб оруденения (относительно Р₂O₅) от весьма крупного до среднего (месторождения Ковдорское, Ессейское, Нижнесаянское и др. из различных регионов России, Сиилинярви, Сокли в Финляндии и др.).

Рис. 1. Геологическая схема Хибинского массива с разрезом (по С.И.Заку, Е.А.Каменеву, Ф.В.Минакову): 1 - четвертичные отложения; 2 - карбонатиты; 3 - фойяиты массивные;4 - фойяиты трахитоидные; 5 - лявочорриты; 6 - апатит-нефелиновые и сфен-апатитовые руды; 7 - рисчорриты биотитовые; 8 - рисчорриты эгириновые; 9 - ийолит-уртиты; 10 - хибиниты массивные; 11 - хибиниты трахитоидные; 12 - зеленые н другие сланцы, габбро-диабазы, диабазы среднего протерозоя в приконтактовой части, местами ороговикованные; 13 - гнейсовидные диориты и биотитовые гнейсы архея в приконтактовой части, местами фенитизированные.

Экзогенные месторождения апатит-франколит-редкометалльного типа связаны с корами выветривания существенно карбонатитовых массивов. Они представляют пласто-, жило-, линзо- и гнездообразные тела, иногда объединяемые в залежи, перекрывающие по неровной (карстообразной) поверхности нижележащие слабоизмененные карбонатитовые породы. Руды рыхлые, глинистые и каменистые, по составу апатит-франколит-редкометалльные с вермикулитом, глинистыми минералами, магнетитом, карбонатами, полевыми шпатами, железистыми охрами и другими минералами. Среднее содержание Р₂O₅ в таких рудах 8-17%, запасы Р₂O₅ - средние и мелкие (месторождения Ковдорское, Белая Зима, Томтор, Нижнесаянское и др. в России, Сокли в Финляндии и др.). Наиболее крупными представителями метаморфогенного типа являются месторождения Лас-Кай во Вьетнаме и возможно Селигдарское в Якутии.

Апатит-нефелиновые месторождения Хибинского массива

Хибинский массив щелочных пород находится в центральной части Кольского полуострова между крупными озерами Имандра и Умбозеро. В плане он имеет эллипсоидальную несколько вытянутую в субширотном направлении форму (45x35 км) общей площадью 1327 км².

Вмещающие породы в экзоконтакте массива изменены: Архейские гнейсы (на севере и востоке) сиенитизированы и в непосредственном контакте (в зоне шириной 5-10 м) превращены в фениты; зеленокаменные протерозойские породы свиты имандра-варзуга (на юге и западе) в зоне до 400 м ороговикованы. По геофизическим данным контакты массива круто падают под углом 80-90° к его осевой части, а затем на глубине 6-8 км выполаживаются с образованием воронкообразной формы. Внутреннее концентрически-зональное (в плане) строение Хибинского массива (рис. 1) обусловлено последовательным расположением разомкнутых на востоке колец (подков), сложенных от периферии к центру хибинитами, трахитоидными хибинитами, рисчорритами, ийолит-уртитами и апатит-нефелиновыми породами, лявочорритами, фойяитами. Перечисленные породы, кроме ийолит-уртитов и апатит-нефелиновых руд принадлежат к грулпе агпаитовых ([Na₂O+K₂O]/A1₂O₃>1) нефелиновых сиенитов; они близки по минеральному и химическому составу, отличаясь лишь по текстурно-структурным особенностям; большинство из них получили местные названия. Cоотношения главных породообразующих минералов в нефелиновых сиенитах, ийолитах и уртитах видны на диаграмме минерального состава щелочных пород (рис. 2).

В закрытой четвертичными отложениями восточной части массива установлено наличие карбонатитового штока (700 м в поперечнике), сложенного брекчией кальцитовых, манганокальцитовых, манганосидеритовых карбонатитов с ксенолитами измененных силикатных пород.

Рис. 2. Диаграмма минерального состава щелочных пород (по Н.A.Елисееву с дополнениями Е.А.Каменева и Ф.В.Минакова). 1 - уртиты; 2 - полевошпатовые уртиты; 3 - ювиты; 4 - ийолиты; 5 - полевошпатовые ийолиты; 6 - малиньиты; 7 - мельтейгиты; 8 - полевошпатовые мельтейгиты; 9 - меланократовые малиньиты; 10 - якупирангиты; 11 - полевошпатовые якупирангиты; 12 - щелочные габброиды; 13 - нефелиновые сиениты; 14 - щелочные сиениты.

Многочисленные апатит-нефелиновые месторождения массива пространственно и, вероятно, генетически связаны с коническим интрузивом ийолит-уртитов, вытянутым в длину на 75 км при максимальной мощности около 2 км. Комплекс ийолит-уртитов представляет серию разновидностей (уртиты, ийолиты, мельтейгиты, якупирангиты, ювиты, малиньиты, луявриты), отличающихся структурно-текстурными характеристиками и количественными соотношениями главных минералов (рис. 2). Апатит-нефелиновые и сфен-апатитовые руды связаны с ийолит-уртитами промежуточными образованиями (апатитовые уртиты, сфеновые ийолиты и т.п).

Месторождения различаются по морфологии, размерам, условиям залегания рудных тел и качеству слагающих их руд. Это могут быть простые, весьма значительные по размерам (100-200 м мощностью и протяженностью в несколько км) пологопадающие пластовые апатит-нефелиновые залежи (месторождения Кукисвумчорр, Юкспор, Расвумчорр и др.), либо сложно построенные многоярусные рудные зоны, образованные крутопадающими согласными рудными линзами или горизонтами брекчиевых руд (месторождения Коашва, Ньоркпахк, Олений ручей и др. - рис. 3).

Руды сложены апатитом (20-70%), нефелином (20-45%), эгирин-авгитом (5-20%), сфеном (1-18%) и титаномагнетитом (0,5-5%). Количество полевых шпатов, слюд и других минералов незначительно. Повсеместно распространенные апатит-нефелиновые руды обнаруживают пятнистую, пятнисто-полосчатую, линзовидно-полосчатую, крупно- и мелкоблоковую, массивную, сетчатую и брекчиевую текстуры (табл. 3). Наиболее богатые пятнистые и пятнисто-полосчатые руды (среднее содержание Р₂O₅ около 29%) локализуются обычно в центральных частях рудных тел. Сфен-апатитовые руды характеризуются массивной текстурой и тяготеют к висячему боку крупных пологопадающих залежей, а брекчиевые апатит-эгирин-нефелиновые образования - к их лежачему боку. Среднее содержание Р₂O₅ по отдельным месторождениям колеблется от 13 до 19%. Балансовые запасы апатит-нефелиновых руд всех 10 разведанных месторождений массива огромны: в пересчете на P₂O₅ они составляют почти 550 млн т (свыше 40% от мировых).

Считается, что формирование Хибинского щелочного массива происходило путем последовательного многостадийного внедрения щелочного магматического расплава мантийного происхождения в позднедевонское время. При этом апатит-нефелиновые руды представляются продуктом конечной кристаллизационной дифференциации обогащенной фосфором ийолит-уртитовой магмы, поступавшей по конической трещине отслоения между более ранними хибинитами краевых частей и несколько более поздними нефелиновыми сиенитами центральной части массива. Наиболее поздним образованием в массиве является карбонатитовый шток ядра.

Таблица 3. Средний химический и минеральный состав (%) апатит-нефелиновых руд и вмещающих ийолит-уртитовых пород Хибинских месторождений (по Е.А.Каменеву) Компоненты, минералы Пятнис-тые Пятнисто-полос-чатые Линзовидно-полосчатые Блоко-вые Мас-сивные Брек-чиевые Среднее по типам руд Вмещающие породы массивные уртиты трахито-идные ийолиты P2O5 27,28 31,43 21,45 13,44 17,36 11,74 19,23 2,71 1,31 Аl203 общ 5,59 6,46 11,80 15,48 14,42 14,25 12,25 19,90 16,48 Аl2О3 кр 4,95 - 11,50 15,34 13,65 12,32 10,96 16,15 14,42 Na2O 2,78 1,95 5,66 8,12 6,85 7,51 5,88 9,44 10,10 К2О 2,54 1,38 2,74 5,12 3,30 3,88 3,05 6,52 4,92 Fе203 3,98 1,35 4,15 5,41 3,22 6,33 4,14 6,50 9,12 R2О3 0,76 2,04 0,50 0,16 0,44 0,32 0,50 0,12 0,08 RO 2,54 - 1,33 1,30 1,45 1,06 1,39 0,51 0,31 F 2,27 2,30 1,74 1,05 1,45 1,01 1,27 0,42 0,15 RO2 1,13 0,33 1,19 1,88 1,15 2,03 1,38 2,26 2,95 Si02 15,00 8,21 20,59 28,65 28,49 30,75 23,01 42,39 43,45 Апатит 66,02 68,30 50,67 21,17 39,60 32,36 47,47 6,65 3,13 Нефелин 20,32 21,90 34,13 49,19 39,65 37,28 34,07 52,62 46,23 Эгирин 9,44 5,20 7,37 16,89 11,69 17,74 10,06 18,50 33,21 Сфен 1,32 1,30 1,95 2,75 1,98 2,72 1,93 2,91 3,53 Титаномагнетит 0,29 0,60 1,32 0,58 0,56 0,78 0,96 0,68 1,09 Полевой шпат 2,29 2,40 2,79 6,91 5,05 6,36 3,71 14,89 8,29 Прочие 0,32 0,30 1,77 2,51 1,47 2,76 1,80 3,75 3,52

Рис. 3. Геологическая схема продуктивного ийолит-уртитового комплекса Хибинского массива и типичные разрезы некоторых месторождений апатит-нефелиновых руд (по материалам Хибиногорской ГРП). 1 - хибиниты трахитоидные; 2 - рисчорриты массивные; 3 - уртиты, ийолиты, ювиты, малиньиты, мельтейгиты, луявриты трахитоидные; 4 - уртиты массивные, пегматоидные, неравномерно-зернистые; апатит-нефелиновые руды: 5 - массивные, пятнистые, пятнисто-полосчатые, полосчатые, линзовидно-полосчатые, сетчатые, блоковые; 6 - брекчиевые; 7 - луявриты массивные; 8 - фойялиты трахитоидные. Месторождения апатит-нефелиновых руд (цифры на схеме): I -Партомчорр, II - Куэльпор, III - Кукисвумчорр, IV - Юкспор, V - Апатитовый Цирк, VI - Расвумчорр, VII - Эвеслогчорр, VIII - Коашва, IX - Ньоркпахк, X - Олений Ручей.

Следует иметь ввиду, что апатит-нефелиновые руды месторождений Хибинского массива являются комплексными и их глубокая полная переработка является важнейшей народнохозяйственной задачей. Помимо основного компонента - фосфора, они содержат в промышленных количествах фтор, алюминий, титан и редкие земли; кроме того, нефелин является ценным сырьем для получения портланд-цемента, содопродуктов и алюмокалиевых квасцов, сфен может использоваться в лакокрасочном производстве, а эгирин - в керамической промышленности для изготовления глазурей. В настоящее время в ОАО "Апатит" производится около 9 млн т/год апатитового концентрата с содержанием P₂O₅ не менее 39%, значительная часть которого идет на экспорт, а основная часть - на химические заводы страны для выработки удобрений. Дополнительно из руд извлекается нефелиновый концентрат (около 3,2 млн т/год) и в незначительном количестве - сфеновый и полевошпатовый концентраты.

Руды хибинских месторождений являются основным сырьем для производства удобрений на предприятиях туковой промышленности России. Аналогичные месторождения апатита по качеству руд и масштабу оруденения в мире неизвестны. Их открытие и начало промышленного освоения связано с именем выдающегося советского геолога, минералога и геохимика А.Е.Ферсмана.

Апатитовое месторождение Сиилинярви, Финляндия

Месторождение Сиилинярви связано с ультраосновным-щелочным карбонатитовым комплексом, расположенным приблизительно в 20 км к северу от Куопио в восточной Финляндии. Комплекс образует грубо лентовидный субвертикальный интрузив протяженностью около 16 км и шириной до 1,5 км. Площадь выхода - 14,7 км² (рис. 4). Имея генеральное субмеридиональное простирание, он приурочен к пересечению диагональных (северо-запад - юго-восток) и меридиональных трещинных структур в окружающих гранито-гнейсах архейского возраста (2800 млн лет).

Рис. 4. Геологическая схема карбонатитового комплекса Сиилинярви, Центральная Финляндия (по Пуустинену). 1 - карбонатиты (глиммерит-севит); 2 - сиениты; 3 - диориты; 4 - гранитогнейсы.

Формирование комплекса началось с интрузии глиммерита (флогопитовая порода с щелочным амфиболом - рихтеритом и апатитом, с участками, богатыми серпентином - антигоритом), которая сменилась интрузией сиенита вдоль контактов глиммерита с гранито-гнейсами. Собственно карбонатит (севит) интрудировал после сиенита в глиммеритовое тело. В результате вытянутое ядро комплекса сложено серией пород смешанного состава, варьирующих от глиммерита до карбонатита, а по обе стороны от него находятся сиениты, образующие внешнюю зону комплекса. Фенитовые края вокруг комплекса развиты слабо. Абсолютный возраст карбонатитов составляет около 2600 млн лет (персональное сообщение Коуво).

Все породы комплекса рассечены дайками диабазов мощностью от нескольких см до 100 м, имеющих господствующее северо-западное простирание и субвертикальное падение.

Контур промышленной апатитовой минерализации по существу совпадает с глиммерит-карбонатитовым ядром комплекса, имеющим площадь выхода около 4 км². На глубину рудная залежь разведана скважинами до нескольких сотен метров. В смешанных породах ядра полевой шпат и кварц отсутствуют; их крайние члены представлены темно-красным глиммеритом, содержащим кроме флогопита и щелочного амфибола также доломит, апатит, циркон, сульфиды и оксиды железа, и сероватым карбонатитом (севитом), сложенным кальцитом с акцессорными флогопитом, щелочным амфиболом, доломитом и апатитом. Апатит не связан с какой-либо конкретной породой в глиммерит-карбонатитовой серии, встречаясь повсеместно в пределах всего ядра комплекса. Однако, более высокие его концентрации свойственны обогащенным карбонатом разновидностям. Средние содержания P₂O₅ в различных участках глиммерит-карбонатитового комплекса колеблются от 4,3 до 5,2%. Рядовые руды содержат в среднем 10% апатита, 19% карбонатов, 65% флогопита, 6% силикатов и другие минералы.

Апатит представлен фторсодержащей разновидностью с повышенным содержанием стронция и редких элементов; отношение в нем La:Се:Nd = 1:2,6:1,3. Из карбонатов доминирует кальцит (в подчиненном количестве - доломит), флогопит - железистый, силикаты - амфиболы (рихтерит, рибекит), серпентин (антигорит, замещающий оливин) и циркон; оксиды и сульфиды железа (магнетит, немного пирита, пирротина и халькопирита) и др.

В отличие от большинства других карбонатитовых комплексов, Сиилинярви необычен своей вытянутой (а не изометрично-округлой) формой, глиммеритовым (с серпентином) составом ультраосновной фазы, древним возрастом (это самый древний карбонатитовый комплекс на Балтийском щите, а возможно и в мире), наличием смешанных пород (серия глиммерит - севит) и отсутствием многих редких минералов.

Месторождение разрабатывается открытым способом (карьер) компанией Кемира (Kemira). Из руд получают два концентрата: апатитовый и кальцитовый. Годовая производительность горнорудного предприятия 500 тыс т флотационного апатитового концентрата с содержанием 36% Р₂O₅, 100 тыс т кальцита и около 1,1 млн т отходов, обогащенных слюдой.

Апатит-франколитовое месторождение Сокли, Финляндия

Обнаруженный в результате аэромагнитной съемки в 19б7 году карбонатитовый комплекс Сокли расположен в северной Финляндии приблизительно в 145 км к северу от Полярного круга, 80 км северо-восточнее г. Савукоски. В плане комплекс имеет округлую форму диаметром 5-6 км, имеющую площадь 18 км² (рис. 5). На местности ей отвечает блюдцеобразное понижение, окруженное прерывистым кольцом холмов высотой 20-30 м, сложенных вмещающими докарельскими (архейскими) гранито-гнейсами с пластами амфиболитов и подчиненными телами оливинитов и серпентинитов.

Рис. 5. Карбонатитовый комплекс Сокли, Северная Финляндия (по Вартиайнену). Вверху - схематический геологический план. 1 - фосфатная порода; 2 - карбонатит; 3 - карбонатит-фенитовая брекчия; 4 - фенит; 5 - гранито-гнейсы и амфиболиты. Внизу - зарисовка стенки карьера. 1 - ледниковая морена; 2 - твердая богатая фосфатная порода; 3 - гранулированная фосфатная порода; 4 - фоскорит; 5 - мягкая ожелезненная фосфатная порода; 6 - богатая слюдой мягкая фосфатная порода; 7 - выветрелый карбонатит; 8 - свежий карбонатит.

Господствующей породой комплекса является кальцитовый карбонатит (севит), подчиненное значение имеют тремолит- и флогопитсодержащие разновидности. Считается, что это самое крупное из известных скопление карбонатитовой массы на Земле. Флогопит ассоциирует с магнетитовой породой, содержащей заметное количество серпентина, клиногумита и особенно апатита. Такая порода аналогична по своему минеральному составу фоскориту (камафориту), развитому в южноафриканском карбонатитовом комплексе Палабора.

Вмещающие комплекс архейские породы фенитизированы: ширина кольцевой зоны фенитизации колеблется от 0,5 до 2 км. Контакт подчеркивается зоной карбонатит-фенитовой брекчии шириной до 500 м.

Свежий неизмененный карбонатит обычно содержит 5-10% апатита (2-4% Р₂O₅). Однако, наибольший практический интерес представляют отложения реголита как результат выветривания и растворения нижележащих карбонатитов, сопровождавшихся образованием вторичного гетита, других минералов железа, а также франколита. Основной участок развития этого вторичного фосфата - северо-западная часть комплекса к северу от ручья Соклиойя. Мощность франколитсодержащего реголита здесь варьирует от первых до 70 м; участки наибольшей мощности в разрезе представляют депрессии с крутыми стенками, имеющие ширину до 100 м.

В вертикальном сечении, как это видно в уступе карьера (рис. 5), зона выветрелого карбонатита (содержание Р₂O₅ 2-10%) перекрыта реголитом землистого коричневого цвета, сложенным франколитом и гетитом с подчиненными количествами первичного апатита, магнетита, слюд и амфиболов; в качестве промышленных минералов-примесей здесь присутствуют пирохлор, циркон и бадделеит. Кроме того, установлен рабдофан - (Ce,La)PO₄^.Н₂О - водный фосфат церия и лантана.

Местами франколит цементирует породу с образованием неправильных блоков размером до 0,5 м в поперечнике; такая крепкая фосфатная порода характеризуется высоким содержанием P₂O₅. Чаще, однако, фосфатная масса тонкозернистая, палево-коричневая до розовой и молочно-белой, интенсивно перемешанная с гетитом и остаточными минералами дезинтегрированного первичного карбонатита.

Фосфатсодержащий реголит перекрыт ледниковыми моренными отложениями мощностью 5-6 м.

По данным А.Дж.Нотольта, Х.Папунена и других серия определений абсолютного возраста свидетельствует о позднедевонском времени формирования карбонатитового комплекса Сокли, что параллелизует его с Ковдорским массивом, отстоящим к восток-юго-востоку на 60 км по другую сторону финско-российской границы. Оба эти комплекса контролируются глубинным разломом. На глубине в составе комплекса Сокли выделяются магматическое ядро, метакарбонатитовая и метафоскоритовая зоны, переходящие в широкий ореол фенитизации, наблюдаемый и на поверхности. Таким образом, формирование комплекса связано с магматически-метасоматическими и гипергенными процессами.

Помимо фосфатных руд апатит-франколитового состава в реголите промышленный интерес представляют гидрослюдисто-апатитовые образования. В глубоких невыветрелых частях комплекса важное значение имеют апатит-магнетитовые руды, а также пирохлоровая минерализация с ураном, танталом и торием.

По данным буровых разведочных работ компании Раутарукки Оу запасы апатит-франколитовых руд со средним содержанием 19% Р₂O₅ превышают 50 млн т; а запасы бедных (апатит-магнетитовых) руд колеблются от 50 до 100 млн т. Концентрат, полученный путем магнитной сепарации и флотации, содержит 37-39% Р₂O₅ с извлечением последнего из руды около 70%.

Апатитовое месторождение Белая Зима

Месторождение находится в Восточном Саяне (Иркутская область) и связано с остаточной корой выветривания массива позднедокембрийских апатит-редкометалльных карбонатитов, ийолит-мельтейгитов, нефелиновых сиенитов, пикритовых порфиритов и вмещающих его осадочно-метаморфических и изверженных пород (рис. 6).

Рис. 6. Геологический разрез апатитовой коры выветривания Белозиминского массива (по В.Г.Кузнецову). 1 - аллювий; 2 - делювий; 3 - карбонатная охра; 4 - обохренная "сыпучка"; 5 - необохренная "сыпучка"; 6 - карбонатиты кальцитовые; 7 - карбонатиты анкеритовые; 8 - ийолиты; 9 - буровые скважины.

Кора выветривания перекрыта аллювиальными и делювиальными отложениями мощностью 5-8 м, выполняющими долину р. Белая Зима и впадающего в нее ключа Перевального. Местами в нижней части аллювия фиксируются карстовые впадины на глубине до 50-70 м, заполненные переотложенными продуктами коры выветривания.

Глубина развития коры выветривания непостоянна, варьируя от 10-20 до 70-100 м и составляя в среднем 32 м. Ее мощность сокращается вниз по течению реки Белая Зима и в бортовых частях долины от 40-60 до 10-30 м. Максимальная мощность коры наблюдается над анкеритовыми карбонатитами, несколько меньшая - над их кальцитовыми разновидностями и минимальная - над силикатными породами.

В разрезе коры выделяются нижняя зона карбонатной сыпучки и верхняя зона охр. Карбонатная сыпучка образовалась в результате дезинтеграции нижележащих коренных пород в начальную стадию выветривания; она находится ниже уровня грунтовых вод и состоит из обломков пород различной размерности (от песчаных до крупных блоков). Образование охр отвечает поздним стадиям выветривания, включавшим окисление и выщелачивание продуктов дезинтеграции. По направлению вверх увеличивается доля охристого коричневато-бурого материала, гетита, гидрогетита и гематита, скоплений слюды и гнезд вторичного фосфата (франколита). Вынос легко растворимых карбонатов кальция, магния и углекислоты приводил к естественному повышению концентраций устойчивых минералов - апатита, перовскита и др.

В составе этих двух зон коры выветривания выделяют три продуктивных горизонта: верхний - охристый (среднее содержание Р₂O₅ 13,7%), промежуточный - обохренной сыпучки (Р₂O₅ 9,8%) и нижний - необохренной сыпучки (Р₂O₅ около 5%). Подавляющая часть разведанных запасов оксида фосфора сосредоточена в охристом горизонте, выделяемом в центральной части месторождения в виде пластообразной залежи сложного строения; фосфаты здесь представлены слабо измененными фтор-апатитом и в меньшей степени переотложенным франколитом с преобладающим размером зерен менее 0,25 мм.

Продуктивный участок коры выветривания вытянут вдоль долины реки на 4 км при ширине от 0,5 до 1,2 км. Общие запасы Р₂O₅ на месторождении составляют 26 млн т при среднем содержании в рудах 10,4%. Обогащение руд позволяет получить из них высококачественный апатитовый концентрат с содержанием Р₂O₅ 34-39%. Обогатимость руд - удовлетворительная: извлечение Р₂O₅ в концентрат составляет 70-75%.

1.2. Фосфориты

Подавляющее большинство фосфоритов являются продуктом литогенеза морских осадков, сформировавшихся химическим, биохимическим и механическим путем. Резко подчиненную роль играют остаточные и инфильтрационные образования в корах выветривания. Важнейшими факторами образования и нахождения фосфоритов являются тесно связанные климатические, палеогеографические и фациально-литологические условия. Палеогеографические реконструкции показывают, что крупнейшие скопления происходили на океанических шельфах в условиях мощного апвеллинга, что характерно для экваториального пояса, ограниченного на севере и юге широтами почти 50^o.

Среди промышленных скоплений (залежей) фосфоритов различают микрозернистые, зернистые, желваковые, ракушечные, галечниковые, а также рыхлые и каменистые в корах выветривания, связанные с определенными формациями горных пород. В мировом балансе запасов фосфоритов резко преобладают зернистые руды (свыше 60%), доля микрозернистых руд составляет около 30%, а желваковых - около 7%.

Микрозернистые руды состоят из мельчайших (0,01-0,1 мм) фосфатных зерен - оолитов, сцементированных фосфатно-карбонатным или фосфатно-кремнистым микрокристаллическим веществом. Главный фосфатный минерал - франколит, помимо которого, как в оолитах, так и в цементе фиксируются кварц, халцедон, кальцит, доломит, гидрослюды и другие минералы. Содержания оксида фосфора Р₂O₅ 21-28%. Макроскопически эти руды отличаются разнообразием, напоминая по своему облику окремнелые известняки, доломиты, яшмы, кремни и другие породы. Такие фосфориты характерны для древних геосинклинальных фосфоритоносных бассейнов (Саянский в России, Каратауский в южном Казахстане, Фосфория в США, Джорджина в Австралии и другие) в полях развития кремнистой и кремнисто-карбонатной осадочных формаций.

Зернистые руды сложены округлыми фосфатными зернами (пеллетами, оолитами и пр.) и фосфатными органогенными обломками размером от 0,1 до 10 мм, сцементированными скрытокристаллическими фосфатами (франколитом), кварцем, халцедоном, кальцитом и другими минералами. Содержание Р₂O₅ 23-32%. Нередко в этих рудах в качестве попутных компонентов присутствуют уран и ванадий. Внешне такие фосфориты напоминают разнозернистые светлоокрашенные песчаники. Наиболее широко они развиты в крупнейшей Североафриканской провинции, входя в состав верхнемеловых-палеогеновых карбонатных и терригенно-карбонатных формаций. В конце минувшего столетия такие фосфориты были найдены в Центрально-Кызылкумском районе Узбекистана.

Желваковые фосфориты состоят из конкреций, стяжений фосфатного вещества, фосфатизированных органических остатков размером 0,5-5 см, иногда до 15 см. Вмещающий материал - глауконит-кварцевые пески, глины, аргиллиты. Иногда такие желваки-конкреции срастаются, образуя фосфоритную плиту. По составу нефосфатных примесей выделяют глинистые и песчанистые (кварцевые, кварц-глауконитовые) желваки. Фосфатный материал - курскит. Содержание Р₂O₅ в исходной руде 8-14%, в первичном концентрате (желваки) - 16-22%. Это платформенные образования, связанные с терригенной глауконитовой формацией. Наиболее широко они развиты среди верхнеюрско-нижнемеловых осадочных толщ Восточно-Европейской платформы (Вятско-Камское, Егорьевское и другие месторождения).

Образование этих трех главнейших типов фосфоритов происходило стадийно. Широкое проявление апвеллинга способствовало привносу концентрированных масс растворенного в морской воде фосфора в прибрежные зоны. В стадию седиментогенеза при массовом осаждении фосфатов образуются значительные скопления слабо раскристаллизованных фосфатных минералов. При диагенезе этих осадков происходит интенсивное перераспределение фосфатного вещества с образованием микроконкреций, линз, слойков. Многократные донные перемывы осадков на различной стадии их литификации приводят к сгруживанию микроконкреций в конкреции и фосфоритные пласты. В зависимости от интенсивности образования конкреций, их последующего перемыва, переотложения и сгруживания образовались микрозернистые, зернистые и желваковые фосфориты.

В специфических гидродинамических и палеогеографических условиях происходило накопление фосфатизированных детритуса и раковин брахиопод в кварцевом песке с образованием ракушечных фосфоритов. Они характеризуются низким содержанием P₂O₅, однако легко обогащаются флотацией с получением концентрата (Р₂O₅ до 32%). Такие фосфориты широко развиты в Прибалтике (месторождения Кингиссепское в Ленинградской области, Раквере в Эстонии и др.)

Особо выделяются богатые галечниковые фосфориты. Они сложены окатанной галькой и гравием песчано-фосфатного вещества и фосфатизированных окаменелостей. Содержание Р₂O₅ в таких рудах может достигать 32-33%. Их образование связывают с разрушением и переотложением зернистых фосфоритов в озерных пресноводных бассейнах. Классическим районом развития галечниковых фосфоритов является Центральная Флорида в США.

В гипергенных условиях при разрушении, растворении и выносе нефосфатных минералов происходит вторичное обогащение фосфоритов с образованием их рыхлых (остаточных) разновидностей, а при растворении и переотложении фосфатного вещества появляются каменистые (инфильтрационные и метасоматические) разновидности. Каменистые фосфориты - твердые и крепкие, внешне напоминают яшму, известняк, кремень; они залегают в виде обломков среди песчано-щебенистых пестроокрашенных рыхлых фосфоритов. Такие руды содержат 10-20% P₂O₅, образуя площадные, линейные и карстовые залежи в приповерхностных частях фосфоритсодержащих карбонатных толщ. Промышленные скопления рыхлых и каменистых фосфоритов имеются в США (Флорида), России (Ашинское месторождение на Урале) и в других странах.

Стратиграфически месторождения фосфоритов всех выделенных - типов распределены неравномерно; максимумы фосфоритообразования приходятся на поздний докембрий-кембрий, пермь, поздний мел-палеоген и неоген.По В.Н.Холодову периоды максимального фосфогенеза возникают в результате эрозии и выветривания магматогенных скоплений апатитов на суше и усиленного поступления фосфора в смежные палеоморя. Ясно проявленная эволюция фосфоритообразования выражается в смене микрозернистых фосфоритов (докембрий-палеозой) зернистыми и желваковыми (мезозой-кайнозой).

Месторождения микрозернистых фосфоритов Каратау, Казахстан

Один из крупнейших в мире, Каратауский бассейн микрозернистых фосфоритов соответствует территории северо-восточных отрогов хребта Малый Каратау в Южном Казахстане. Бассейн представляет собой полосу шириной до 20-25 км, вытянутую в северо-западном направлении на 120 км. В нем известно несколько десятков месторождений микрозернистых фосфоритов, крупнейшими из которых являются Чулактау, Аксай, Джанатас, Коксу, Кокджон (рис. 7).

Рис. 7. Схема размещения выходов фосфоритового пласта в хр. Мал. Каратау (по Г.И.Бушинскому). Мощность фосфоритового пласта с содержанием P2O5 выше 25 % (м): 1 - до 1; 2 - 1-5; 3 - более 5.

В строении бассейна принимают участие палеозойские и кайнозойские осадочные образования, залегающие на мощной докембрийской терригенной толще с подчиненным количеством карбонатных и вулканогенных пород. Наиболее древними (протерозойскими) образованиями являются метаморфические кварц-хлоритовые и тальк-хлорит-серицитовые сланцы с прослоями рассланцованных туфогенных песчаников и сланцев, сменяющихся вверх по разрезу терригенной толщей песчаников, сланцев и конгломератов, содержащей в своей верхней части маломощные пласты фосфоритов и рассеянные обломочные зерна фторкарбонатапатита.

Транегрессивно, с угловым несогласием протерозойские образования перекрыты нижнепалеозойскими (нижний кембрий - средний ордовик) отложениями, подразделяемыми на продуктивную кремнисто-карбонатную чулактаускую и перекрывающую ее карбонатную шабактинскую свиты. Породы этих свит смяты в складки; пласты имеют как правило моноклинальное залегание, падая на северо-восток под углами от 30-35^o до 50-60^o. В юго-восточной части бассейна они поставлены вертикально и даже отмечаются опрокинутые залегания. Породы нарушены многочисленными продольными, поперечными и диагональными разрывными нарушениями с различной амплитудой смещения крыльев.

На размытой поверхности нижнепалеозойских толщ в пределах бассейна с угловым и азимутальным несогласием залегают верхнедевонские, нижнекаменноугольные, палеогеновые и четвертичные образования, представленные песчаниками, аргиллитами, известняками, галечниками и песками.

В юго-восточной части бассейна присутствуют тела позднеордовикских гранитоидов, с которыми связан локальный метаморфизм фосфатных и карбонатно-кремнистых нижнепалеозойских толщ.

Продуктивная кремнисто-карбонатная чулактауская свита мощностью в 50-100 м подразделяется на четыре горизонта: нижних доломитов, кремневый, продуктивный и железистых доломитов (или железо-марганцевый). Продуктивный горизонт мощностью до 65 м в северо-западной части бассейна в свою очередь подразделяется на нижнюю фосфоритную (кондиционные фосфоритовые руды), среднюю фосфатно-сланцевую (фосфатные глинисто-кремнистые сланцы) и верхнюю фосфоритную пачки. В юго-восточной части бассейна нижняя и средняя пачки отсутствуют. Характеристика продуктивного горизонта по основным месторождениям бассейна приведена в табл. 4.

Одно из самых крупных эксплуатируемых месторождений бассейна - Джанатас (рис.8), находящееся в 90 км к северо-западу от г. Каратау, в составе своего продуктивного горизонта включает все три указанные пачки. Нижняя фосфоритовая пачка мощностью 3-20 м в своем основании представлена тонким переслаиванием кремней с фосфоритами, сменяемым вверх пластами высококачественных субмономинеральных и карбонатных фосфоритов, разделенных маломощными прослоями бедных кремнистых фосфоритов и алевритовых фосфатно-глинистых сланцев.

Рис. 8. Схема размещения типов руд на месторождении Джанатас (по А.М.Трушиной). Фосфоритовые руды: 1 - богатые (а - низкомагнезиальные, б - магнезиальные, в - высокомагнезиальные); 2 - рядовые; 3 - бедные; 4 - фосфатно-кремнистые руды; 5 - кремнистые руды; 6 - доломиты.

Средняя фосфатно-сланцевая пачка развита на месторождении не повсеместно. Она сложена фосфатно-кремнистыми, карбонатно-глинистыми и фосфатно-глинисто-кремнистыми породами иногда с прослоями фосфоритов. Мощность пачки 0,5-33 м.

Верхняя фосфоритная пачка сложена темно-серыми мономинеральными и карбонатными фосфоритами с прослоями фосфоритного конгломерата до 1-4 м мощностью, пелитоморфно-кремнистых фосфоритов и фосфатно-глинисто-кремнистых сланцев. Мощность пачки изменяется от 10 до 44 м, составляя в среднем 14 м.

Фосфориты месторождения Джанатас типичны для бассейна в целом. Это плотные серые и темно-серые до черных образования микрозернистой структуры: фосфатные зерна и оолиты диаметром 0,08-0,2 мм тесно сгружены в фосфатном или фосфатно-карбонатно-кремнистом цементе. Плотность руд 2,5-3 г/см³, твердость 4-5. Ведущий минерал - фторкарбонатапатит. Другие минералы в нерастворимом остатке: халцедон, кварц и иногда (в песчаных разновидностях) полевые шпаты. Акцессорные минералы: единичные зерна циркона, турмалина, роговой обманки, флюорита, глауконита, хлорита. В карбонатсодержащих разновидностях появляются доломит и кальцит. Редко встречаются конкреционные фосфориты, а также фосфоритовые конгломераты с известковым или фосфатным цементом.

По содержанию Р₂O₅ (мас. %) на месторождении выделено четыре основных типа фосфатных руд: богатые (более 28,7), рядовые (23-28,7), бедные (15-23), фосфатно-кремнистые (10-15, SiO₂ - 40-55). В свою очередь богатые руды по содержанию MgO (мас. %) подразделяются на низкомагнезиальные (до 2), магнезиальные (2-2,5) и высокомагнезиальные (более 2,5). Богатые руды пригодны для размола на фосмуку и для кислотной переработки, рядовые - для электротермической переработки, бедные используются в смеси с рядовыми, а фосфатно-кремнистыми - шихтуют рядовые руды, причем кремнезем (халцедон) играет роль флюсовой добавки.

Образование фосфоритоносных толщ Каратауского бассейна связано с морской кремнисто-карбонатной седиментацией в условиях миогеосинклинального режима.

Общие разведанные запасы по промышленным категориям в бассейне Каратау составляли около 1/4 всех запасов фосфатного сырья в бывшем Советском Союзе и более 1/2 запасов фосфоритовых руд; добыча в бассейне (в пересчете на P₂O₅) составляла от общесоюзной около 1/5. Основная часть фосфоритов пригодна для электротехнической переработки на желтый фосфор.

Месторождения зернистых фосфоритов Северной Африки и Малой Азии

Крупнейшие в мире фосфоритовые бассейны Малой Азии, Северной и Северо-Западной Африки - Северо-Аравийский, Аравийско-Нубийский, Восточно-Атласский, Западно-Атласский и Западно-Сахарский образуют гигантский пояс, протягивающийся вдоль восточного и южного побережья Средиземного моря от Сирии, Иордании и Израиля, через Египет, Тунис, Алжир, до Марокко и Западной Сахары на Атлантическом побережье. Западный фланг этого пояса прослеживается далее в Сенегале, разворачиваясь на юго-восток в Того, а его восточный фланг трассируется в Турции, Ираке, Саудовской Аравии и Иране.

Фосфоритоносные отложения представляют чередование пластов плотных или рыхлых зернистых фосфоритовых масс с мергелями, известняками и кремнями, иногда содержащими углеродистый материал, пирит, глауконит, фосфатизированные костные остатки и другой органогенный дебрис. Фосфатоносная серия дислоцирована, подверглась частичному перемыву и денудации, сохранившись преимущественно в синклинальных структурах. Ее мощность изменяется от 7-12 до 80-100 м, а число фосфоритных пластов колеблется от 2 до 11. Мощность индивидуальных пластов фосфоритов составляет 0,1-6,0 м.

Исследование обильной фауны морских моллюсков, рыб и рептилий позволило определить возраст фосфоритоносной серии, включающей крупнейшие месторождения фосфоритов, в интервале от маастрихтского яруса верхнего мела до среднего эоцена включительно.

Минералогически и химически фосфориты в месторождениях пояса подобны. Они состоят из мелких (0,1-0,5 мм) фосфатных зерен (пеллетов, заключенных в фосфатном или известковом цементе. Состав фосфатной части соответствует карбонатфторапатиту. Содержание Р₂O₅ в фосфоритах высокое, 28-35%. По внешнему виду фосфориты напоминают мелко- и среднезернистые рыхлые или плотные песчаники.

Одним из самых крупных месторождений пояса является Хурибга, находящееся в составе Западно-Атласского бассейна (Марокко). Обобщенный разрез продуктивной фосфоритоносной серии этого месторождения показан на рис. 9. Ее сравнительно небольшая мощность (20-25 м) компенсируется высоким содержанием Р₂O₅ в рудах. В составе серии три основных пласта фосфоритов: первый (эоценовый) мощностью до 5 м с содержанием Р₂O₅ 32%; второй (палеоценовый) - до 6 м, 30%; и третий (верхнемеловой) - до 2м, 27%. Пласты отделены друг от друга известняками и мергелями. Эоценовые отложения, залегающие выше первого пласта, включают большое количество фосфоритов, чередующихся с кремнями.

Рис. 9. Идеализированный разрез месторождения фосфоритов Хурибга, Марокко (по Меу). 1 - выветрелый камень-плитняк; 2 - мергель; 3 - кремень; 4 - фосфориты; 5 - известняк.

Фосфориты мягкие, рыхлые, рассыпчатые, мелко- и крупнозернистые, светло-серые. Фосфатные зерна (пеллеты, оолиты, псевдооолиты) имеют размерность 0,05-2 мм и составляют 60-80% в рудной массе. Цемент глинистый с кальцитом и кремнеземом. Отмечаются обломки костей позвоночных, раковин пелеципод и фораменифер. Фосфатное вещество представлено франколитом с содержанием Р₂O₅ 34,8-35,1%. Характерно наличие оксида урана U₃O₈ в количестве 0,01-0,02% от общей массы руд.

Месторождение разрабатывается открытым и подземным способами с ежегодным уровнем добычи 12 и 3 млн т руды соответственно. Разведанные запасы руд составляют 21 млрд т.

В отдельных районах пояса первичные фосфатные пласты, выходящие на поверхность, подверглись интенсивной латеритизации с образованием алюминиевых фосфатов. Примером таких единичных эксплуатируемых месторождений является Тайба (Сенегал), находящееся в 110 км от Дакара. Здесь эоценовые фосфоритовые пласты мощностью до 4-4,5 м, перекрытые четвертичным аллювием, подверглись латеритизации до глубины 30 м. Химический состав разрабатываемых на месторождении кальциево-алюминиевых фосфатов следующий (мас. %): P₂O₅ 28-29,5; A1₂O₃ 27-32; CaO 8-11; Fe₂O₃ 6-10. Ежегодная добыча руды на месторождении составляет 1,6 млн т.

Образование рассматриваемого гигантского фосфоритоносного пояса связывают с шельфовой зоной моря Тетис - огромного мезозойского бассейна, восточная граница которого достигала Гималаев. Фосфатный материал привносился сильными западными течениями из глубин формировавшегося в то время Атлантического океана, отлагаясь биохемогенным путем совместно с карбонатами и кремнистыми садками. Считается, что в позднемеловое - раннечетвертичное время в зоне седиментации моря Тетис отложилось около 70 млрд т морских фосфатных осадков.

Это самый крупный в мире пояс по запасам фосфоритовых руд: их величина оценивается в 50-60 млрд т. В настоящее время из его месторождений получают ежегодно около 36 млн т фосфоритов или 25% мировой добычи фосфатного сырья (фосфоритов и апатитов).

Егорьевское месторождение желваковых фосфоритов

Егорьевское месторождение желваковых фосфоритов занимает обширную площадь около 950 км2 на территории Воскресенского, Егорьевского и Коломенского районов Московской области. Условно границами месторождения принято считать долины рек Москвы (на западе), Оки (на юге), Цны (на востоке) и древнечетвертичную погребенную долину (на севере), проходящую через Цаплино, Егорьевск, Василево. Обилие населенных пунктов, различных магистралей, а также современные и древние эрозионные формы рельефа обусловили расчленение фосфатной залежи в плане на многочисленные, изолированные друг от друга участки (площади) сложной конфигурации.

В тектоническом отношении месторождение приурочено к депрессии на Восточно-Европейской платформе, заключенной между Окско-Цнинским валом и Воронежской антеклизой. Район сложен осадочными породами средней и верхней юры и нижнего мела, залегающими на размытой поверхности каменноугольных известняков со слабым моноклинальным падением слоев на северо-восток.

В состав продуктивной фосфоритной серии входят породы волжского яруса верхней юры и рязанского горизонта нижнего мела. Она включает нижний и верхний фосфоритные слои (горизонты), разделенные пачкой кварцево-глауконитовых песков (рис. 10).

Подстилающими фоссерию образованиями являются темно-серые и черные глины оксфордского яруса, содержащие в своей верхней части крепкие округлые желваки глинистых фосфоритов, а также марказитовые конкреции, остатки аммонитов, белемнитов и фосфатизированной древесины.

Рис. 10. Стратиграфо-литологический разрез пород Егорьевского месторождения желваковых фосфоритов (по материалам геологов Егорьевской ГРП).

Нижний фосслой представлен желваковыми фосфоритами и фосфатизированными аммонитами, сгруженными в темной глине, переходящей вверх в кварцево-глауконитовый песок. Мощность слоя не превышает 0,8 м, составляя в среднем 0,27 м. Желваки темно-серые, темно-коричневые и черные, глинистые, в кровле иногда песчанистые, округлые, реже неправильной формы, хорошо окатанные, размером от мм до 8 см в поперечнике. Глинистые желваки сложены преобладающим фосфатом с алевритовой вкрапленностью кварца, глауконита, полевого шпата, реже гидрослюд и пирита. Фосфатное вещество в них имеет скрытокристаллическое либо мелкозернистое радиально-лучистое строение. Содержание Р₂O₅ в таких желваках достигает 25-29%.

Перекрывающие нижний фосслой кварцево-глауконитовые пески мелкозернистые, темно-серые и темно-зеленые, глинистые, иногда слюдистые, содержат прослои и линзы глауконитовых глин с редкими желваками фосфоритов песчанистого типа. Такие желваки состоят из крупных зерен кварца и глауконита, сцементированных фосфатным веществом. Мощность этой пачки кварцево-глауконитовых песков составляет в среднем 2,51 м.

Верхний фосслой также сложен желваковыми фосфоритами, сгруженными в глинистом кварцево-глауконитовом песке с фауной пелеципод и аммонитов. Желваки темно-коричневые, темно-бурые, плохо окатанные, неправильной формы, средней крепости, размером 1-3 см, состоящие из зерен кварца и глауконита алевритовой размерности, сцементированных раскристаллизованным фосфатным веществом, составляющим 40-60%. Содержание P₂O₅ в этих желваках колеблется от 13 до 25%. В верхней части слоя желваки нередко сцементированы песчано-фосфатным ожелезненным материалом с образованием плиты. Эта плита по простиранию и мощности невыдержанна, часто децементирована и переходит в песчано-глинистую породу с обломками плиты и желваками фосфоритов. Мощность верхнего фосслоя колеблется от первых десятков см до 1,5 м и более, составляя в среднем 0,9 м.

Непосредственно выше верхнего фосслоя со стратиграфическим несогласием залегают глины рязанского горизонта нижнего мела. Это темно-серые и темно-коричневые образования средней плотности, песчанистые, оолитовые, с включением желваков. Желваки серые и темно-серые, слабо окатанные, средней крепости, песчанистые, размером 1-5 см. Они сложены фосфатным материалом (65-70%), слабо раскристаллизованным, с многочисленными включениями мелких оолитов. Содержание в них Р₂O₅ колеблется от 7 до 27,5 %. Степень сгруженности желваков увеличивается вверх по разрезу. Имеются глины, не содержащие желваков. Средняя мощность рязанского горизонта составляет 0,4 м.

При подсчете запасов глины рязанского горизонта, содержащие желваки, включаются в состав верхнего продуктивного горизонта фосфоритной серии. Исходя из этого, средняя мощность последнего увеличивается до 1,3 м.

Перекрывающие рязанский горизонт серые и зеленовато-серые кварцевые пески валанжинского яруса нижнего мела мелко- и среднезернистые, слюдистые, нередко глинистые, иногда с маломощными прослоями серых пластичных глин. Они отличаются средней окатанностью зерен и их хорошей сортировкой. Средняя мощность 2,66 м.

Венчающие разрез неогеновые пески с редкими прослоями глин и суглинков имеют среднюю мощность 5,62 м.

Систематическое изучение месторождения производится с 1925 года. За это время разведано более 24 участков с общими запасами фосфоритовой руды более 360 млн т. При подсчете запасов руководствовались следующими кондициями:

мощность вскрыши не более 30 м.

Месторождение эксплуатировалось Подмосковным горно-химическим комбинатом (ОАО "Фосфаты"). Фосфоритовая руда из работавших сезонно карьеров подвергалась мокрому грохочению с получением промышленного концентрата. Последний путем помола и флотационного обогащения перерабатывался в фосфатную муку, содержащую не менее 19% P₂O₅ (фосмука 2-го сорта по ГОСТу). В настоящее время добыча прекращена по экологическим причинам.

Месторождение ракушечных фосфоритов Раквере, Эстония

Широкое развитие скоплений фосфатизированных ракушек и детрита беззамковых брахиопод в песчаниках Балтийского глинта было известно еще в XIX веке. Эти песчаники (каллавереская свита) залегают в кровле кембрийских песчаников и глин, перекрываясь керогенсодержащими (диктионемовыми) аргиллитами и далее мощной толщей известняков ордовика. Детальными исследованиями распределения конодонтов и граптолитов, проведенными в последние десятилетия, установлено, что низы фосфоритоносной каллавереской свиты относятся к самым верхам кембрия, а ее основная часть - к низам ордовика (нижний тремадок).

Во второй половине 70-х гг. минувшего столетия трудами эстонских геологов было выявлено крупнейшее в Прибалтийском бассейне месторождение, расположенное к востоку и югу от г. Раквере. Непосредственно к северу и северо-востоку от него находятся ранее установленные месторождения Тоолсе и Азери, разделенные друг от друга малопродуктивными зонами единого фосфоритоносного пласта каллавереской свиты. Все три месторождения - Тоолсе, Азери и Раквере объединяются в Раквереский фосфоритоносный район.

В этом районе фосфоритоносные отложения каллавереской свиты полого залегают на денудированной и выровненной поверхности нижнекембрийских однородных светло-серых крупнозернистых алевролитов. Общая мощность свиты колеблется от 1 до 12,9 м. В северной части района на территории месторождений Тоолсе и Азери фосфоритоносные отложения перекрыты граптолитовыми аргиллитами и глауконитсодержащими алевритовыми глинами верхнего тремадока, нижний ордовик. На месторождении Раквере эти образования отсутствуют и в кровле фосфоритоносных песчаников каллавереской свиты залегают темно-зеленые терригенно-глауконитовые породы аренигского возраста, нижний ордовик (рис. 11).

На участке Раквере, как и во всем одноименном фосфоритоносном районе, продуктивная каллавереская свита расчленена снизу вверх на маардусскую, суурыйгинскую и орасояскую пачки, различающиеся по размерности кластогенного кварца, концентрации и степени окатанности фосфатизированного детрита (табл. 5). Границы между пачками постепенные.

Рис. 11. Схема сопоставления разрезов фосфатсодержащих пород по линии запад - восток на месторождении Раквере (по М.А.Вейдерма и В.А.Пуура). 1 - глауконитовый песчаник; 2 - глина; 3 - граптолитовый аргиллит; 4 - кварцевый песчаник; 5 - детритовый кварцевый песчаник; 6 - детритовый песчаник; 7 - детрит; 8 - ракушняк; 9 - прослойки граптолитового аргиллита; 10 - прослойки глины; 11 - алевролит.

Таблица 5. Мощности промышленного пласта фосфоритов, пород вскрыши (м) и продуктивность P2O5 (т/м2) на месторождении Раквере (по М.А.Вейдерма и В.А.Пуура))
Месторождение,	Мощность промышленного пласта		Мощность вскрыши		Продуктивность залежи
	максимальная	средняя	максимальная	минимальная	максимальная	средняя
Раквере	-	-	-	-	4.02	1.10
Ассамалла	10,0	5,0	195	110	2,72	0,97
Рягавере	9,3	5,7	133	50	2,72	1,08
Кабала	12,1	5,2	107	42	4,02	1,28
Юго-восточный	8,5	3,3	198	113	-	-

Маардуская пачка мощностью от 0 до 9,3 м сложена косослоистыми кварцевыми песчаниками и алевролитами, содержащими обломки створок беззамковых брахиопод до 15-20%; детрит в этой пачке как правило слабоокатанный автохтонный; характерно присутствие единичных прослоев темно-коричневого аргиллита.

Суурыйгинская пачка также изменчивой мощности (0-12,9 м) образована косослоистыми, реже горизонтальнослоистыми фосфоритоносными кварцевыми песчаниками с брахиоподовым детритом от 5 до 70-80%. Детрит здесь сильно окатан и полирован, что свидетельствует об его образовании за счет перемыва более древних ракушечных фосфоритов.

Верхняя орасояская пачка мощностью до 3,7 м развита лишь на северном участке месторождения; она сложена неяснослоистыми алевролитами и алевролитовыми песчаниками с прослоями аргиллитов и содержащими лишь до 5-10% мелкого детрита.

Фосфоритоносные кварцевые песчаники выделенных пачек являются мелко- и среднезернистыми (0,1-0,5 мм); заметно более крупнозернистые разности характерны для суурыйгинской пачки. Наибольшие скопления фосфатных створок брахиопод и их детрита приурочены к средне- и разнозернистым песчаникам. Тонкие прослои темноцветного керогенного аргиллита, богатые органикой, имеют мощность от нескольких мм до 10-15 см и иногда содержат остатки граптолитов.

В фосфоритах месторождения основными примесными минералами наряду с кварцем являются доломит, кальцит, пирит, гидроксиды железа, глинистые минералы; отмечаются также анкерит и глауконит.

По результатам фациально-палеогеографического и литогенетического анализа для района Раквере устанавливается активный гидродинамический режим (течения, мелководность) накопления фосфатного детрита, соответствовавший обстановке мелководного бассейна типа пролива между палеоокеаном на западе и внутриконтинентальным морским бассейном на востоке (Московская синеклиза). Поступление питательных веществ в этот бассейн образования богатых органикой пелитов и ракушечных фосфоритов в позднем докембрии-раннем тремадоке объясняется апвеллингом океанических вод у края платформы и их распространением во внутриматериковые мелководные части моря.

Общие ресурсы единой залежи месторождения Раквере оцениваются в 600 млн т Р₂O₅ или в 6 млрд т руды при среднем содержании Р₂O₅ до 14,5%; разведочные работы проводились в северо-восточной части месторождения, где глубина залегания фосфоритового пласта минимальная (40-110 м), а его продуктивность наивысшая.

Относительно простой минеральный состав, обособленность обломков фосфатных раковин брахиопод и зерен кварца невысокое содержание глинистых минералов предопределяют хорошую обогатимость фосфоритов месторождения. Полученный путем их флотации концентрат содержит 29,8% P₂O₅, а также микроэлементы (г/т): Mn-738; Cu-62; Zn-50; Cd-5,8; Pb-61; первые три относятся к питательным, а последние два - к токсичным.

Галечниковые фосфориты Центральной Флориды, США.

США с ежегодным объемом производства фосфорного концентрата свыше 35 млн т P₂O₅ (почти 25% от мирового уровня) занимают первое место в мире. Значительная его доля приходится на Флориду - один из главнейших поставщиков фосфоритов. Промышленная добыча в этом регионе осуществляется в шести районах (табл. 6.), главнейшим из которых является Центральный, находящийся на территории округов Полк и Хиллсборо (штат Флорида).

Таблица 6. Характеристика фосфатоносных районов Флориды (по П.В.Харбену и Р.Л.Бейтсу)
	Центральная Флорида	Южная Флорида	Северная Флорида	Хардок	Северо-Восточная Флорида и Юго-Восточное побережье
Мощность наносов, м	6-9	6-12	6-15	3-?	15-45
Мощность промышленной фосфатной зоны, м	4,5-7,5	4,5-10,5	3-7,5	1,5-9	1,5-15
Доля фосфатных обломков в продуктивной породе, %	20-60	10-25	10-20	0	-
Содержание,%:	-	-	-	-	-
P2O5	31,2-32,9	30,2-31,6	30,2-32,1	32,9-35,7	28,4-29,8
MgO	0,5	0,8	0,75	-	0,9-2
U3O8	0,012	0,009	0,008	0,010	-
F	2,5-3,5	2,6-3,5	3,0-4,0	-	-

Фосфатоносными в Центральной Флориде являются образования группы Хоторн, несогласно с размывом перекрывающие известняки либо формации Окала (эоцен), либо формации Сьювени (олигоцен). Группа Хоторн подразделяется на три формации (снизу вверх): Аркадия (миоцен), Нораляйн (миоцен) и Бон-Валли (плиоцен).

Формация Аркадия представлена преобладающими доломитами с подчиненными прослоями песчано-глинистых терригенных образований; повсеместно в этих породах присутствуют рассеянные стяжения фосфатного вещества 1-1,5 см в поперечнике, благодаря чему указанные образования рассматриваются как основной ресурс фосфатного сырья в ближайшем будущем.

Постепенно вверх по разрезу доломиты сменяются мелководными морскими терригенными песками глинами формации Нораляйн - главного источника фосфатного вещества во Флориде.

Разрез фосфатоносной группы Хоторн венчает формация Бон-Валли, с размывом залегающая на формации Нораляйн (рис. 12). Нижняя и средняя части этой формации представлены плохо отсортированными глинами, алевритами, песками и гравием; суммарная мощность этого переслаивания составляет около 7 м.

Рис. 12. Стратиграфический разрез толщи, вмещающей континентально-галечниковые фосфориты Флориды (по Кэткарту).

По преобладанию гравийного материала формацию иногда называют <гравий Бон-Валли>. Поперечник наиболее крупных обломков (галек) превышает 15 см. Вся крупнообломочная фракция, значительная часть песчаной и фракции глин представлены преимущественно фосфатным веществом; в остальном песчаный материал сложен преобладающим кварцем, а глинистый - монтмориллонитом.

Выше фосфатного гравия залегает менее мощный (около 2 м) горизонт кварцевого песка и каолина с обилием зерен вавеллита - А1₃(РO₄)₂(ОН)₃^.5Н₂O, крандаллита - СаА1₃(РО₄)₂(ОН)₅^.Н₂O и миллисита - (Na,К)СаА1₆(РО₄)₄(ОH)₉^.3Н₂О - водных фосфатов кальция, алюминия и щелочных металлов.

Формация Бон-Валли перекрывается террасовыми плейстоценовыми песками, на которые в свою очередь налегает маломощный слой (табл. 6) песка, алеврита и почвы.

К продуктивной толще относятся нижняя и средняя части формации Бон-Валли, а также подстилающая ее формация Нораляйн. Помимо фосфатного вещества, кварца и монтмориллонита в составе продуктивной толщи присутствуют пирит, лимонит, минералы тяжелой фракции, клиноптилолит и указанные водные фосфаты кальция и алюминия. Фосфатные частицы представлены интракластическими зернами, костными остатками ламантинов (морских коров), зубами акул, удлиненными и овоидными пеллетами; их цвет варьирует от черных, коричневых, рыжевато-коричневых и серых до белых.

Концентрации редких земель и урана в фосфатном веществе допускают их попутную отработку. Химические и другие характеристики фосфатного вещества Центральной Флориды приведены в табл. 6.

По представлениям американских геологов миоценовые фосфориты формаций Аркадия и Нораляйн имеют первично-осадочное происхождение, как результат прямого выпадения фосфатного вещества из морской воды. В результате выветривания и последующей переработки этих фосфоритов в плиоценовом пресноводном бассейне произошло образование псчано-галечниковых фосфоритов <гравия Бон-Валли>.

Благодаря незначительной мощности вскрыши, рыхлому облику продуктивной толщи, высокой продуктивности (около 12,5 тыс т/га P₂O₅) и другим свойствам (табл. 6), песчано-галечниковые фосфориты Центральной Флориды чрезвычайно выгодны для разработки; флотационный концентрат содержит 30,2-32,9% Р₂O₅. Попутно предусматривается извлечение урана и фтора. Высокая плотность населения в районе предопределяет необходимость соблюдения экологической чистоты добычи и переработки фосфоритов, рекультивации отработанных участков крупных карьеров.

Назад | Содержание | Вперед