ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 3
МИНИСТЕРСТВО ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ СССР
П Р О Е К Т Н Ы Й И Н А У Ч Н О - И С С Л Е Д О В А Т Е Л Ь С К И Й И Н С Т И Т У Т « Г И П Р О Н И К Е Л Ь »
H . Н. ШИШКИН
КОБАЛЬТ В РУДАХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СССР
И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « Н Е Д Р А »
Москва 1973
УДК 553.48+549.32/33 + 553.2 + 536 7+ |
|
|
|
|||||
+549.07+669.253 + 338.409.4 |
|
Тсс. |
п-бЛКЧНАЯ |
|
||||
|
|
|
|
|
бкб.: |
ѵ ' 1 - Л ' Р |
|
|
|
|
|
|
ЧИТАЛЬНОГО З А Л А |
|
|||
Шишкин |
H. Н. |
Кобальт |
в |
рудах |
месторождений |
СССР. |
||
М., «Недра», |
1973, |
320 с. (М-во цветной металлургии СССР. Про |
||||||
ектный и науч.-исслед. ин-т «Гипроникель»). |
|
|
||||||
В работе |
обобщены имеющиеся |
данные о кобальте в рудах ме |
||||||
сторождений СССР. Представление о кобальтовых и кобальгсодер- |
||||||||
жащих минералах существенно дополнено исследованиями автора. |
||||||||
Рассмотрены изоморфные ряды этих минералов, часть которых пред |
||||||||
ложена |
впервые. |
Приведены |
экспериментальные исследования по |
|||||
синтезу |
кубических |
арсенидов кобальта, никеля и железа, |
синтезу |
|||||
моноарсенидов этих |
металлов |
и |
изучению их термодинамических |
|||||
свойств, по характеру изменения арсенидов |
и сульфоарсенидов ко |
|||||||
бальта, никеля и железа в зоне окисления месторождений и усло |
||||||||
виях, имитирующих |
эту зону. Проведенные |
исследования |
способ |
|||||
ствуют более глубокому пониманию процессов минералообразования, |
||||||||
протекающих |
в природных условиях. На основе изучения природных |
и искусственных минералов рассмотрены причины и закономерности образования некоторых кобальтовых и кобальтсодержащих мине ралов.
Рассмотрены генетические типы месторождений кобальтовых и
кобальтсодержащих |
руд и предложена |
новая классификация их. |
В результате оценки практической значимости генетических ти |
||
пов месторождений |
выделены промышленные типы кобальтовых и |
|
кобальтсодержащих |
руд. На основе химико-минералогической харак |
|
теристики промышленных типов руд |
рассмотрены технологические |
|
методы переработки |
их (учитывающие |
отечественный и зарубежный |
опыт) и эффективность извлечения кобальта из них.
Выделены кобальтоносные провинции СССР. Анализ структурногеологической обстановки их позволяет рассчитывать на увеличение
запасов кобальтовых и |
главным |
образом кобальтсодержащих руд |
|||
различных генетических |
типов. |
|
|
|
|
Показано, что увеличить производство кобальта в СССР |
можно |
||||
по двум направлениям — по пути |
расширения |
сырьевой базы |
по ко |
||
бальту и по пути внедрения в производство |
новых |
прогрессивных |
|||
технологий. Расширение |
сырьевой |
базы по кобальту |
в свою |
очередь |
предусматривает как выявление новых крупных месторождений ко бальтовых и кобальтсодержащих руд. так и вовлечение в производ
ство кобальта новых |
видов |
сырья (сульфидно-магнетитовых, медно- |
и серноколчеданных |
и колчеданно-полиметаллических руд, а в буду |
|
щем — железо-марганцевых |
конкреций). |
Табл. 51, иллюстраций 78, список литературы — 271 название.
0294-412" 043(01)—73
(Р) Проектный и научно-исследовательский институт «Гипроникель», 1973.
ВВ Е Д Е Н И Е
Врезультате успешного проведения поисковых и разведочных
работ в СССР создана значительная сырьевая база по кобальту. За последние 15—20 лет обнаружен и разведан ряд крупных ме сторождений кобальтсодержащих р у д 1 различных генетических типов в разных регионах страны и месторождение собственно ко бальтовых руд.
Результаты работ по изучению новых и уже эксплуатируемых месторождений нашли отражение в многочисленных отчетах, статьях, кандидатских и докторских диссертациях. В обобщенном виде они приведены в книге Г. А. Крутова [103].
В отдельных работах и сводной работе Г. А. Крутова рассмот рены кобальтовые и кобальтсодержащие минералы, приведено описание месторождений и генетических типов их, для отдельных типов освещены закономерности размещения, рассмотрены вопро сы геолого-промышленной оценки месторождений и требования промышленности к качеству кобальтового сырья.
Накопленные к настоящему времени данные по детальному изучению вещественного состава руд кобальтовых и кобальтсодер жащих месторождений различных генетических типов и технологи ческому исследованию их позволили в последние годы поставить
вопрос о вовлечении в производство кобальта в СССР ^новых |
ти |
пов руд — кобальт-мышьяковых, кобальтсодержащих сульфидно- |
|
магнетитовых, медно- и серноколчеданных, колчеданно-полиметал- |
|
лических, а также кобальтсодержащих железо-марганцевых |
кон |
креций. Это в свою очередь вызывает необходимость дополнить и развить сложившееся представление о промышленных типах руд,
охарактеризовать технологические способы извлечения |
кобальта |
|
из руд, основываясь на |
отечественном и зарубежном опыте, осве- |
|
1 К кобальтсодержащим |
относятся руды, в которых кобальт |
является по |
путным компонентом. |
|
|
3
тмть вопросы экономической эффективности технологических про цессов. В свете новых данных необходимо пересмотреть генетиче ские типы месторождений и природных типов руд, оценить прак тическую значимость различных генетических типов кобальтовых и кобальтсодержащих руд, рассмотреть перспективы расширения сырьевой базы по кобальту и пути увеличения производства ко бальта. В данной работе и сделана попытка осветить эти вопросы
вмеру объема накопленного материала.
Впроцессе проведения работы автор использовал опыт, накоп ленный коллективом института Гипроникель.
Ча с ть I
КОБАЛЬТОВЫЕ И КОБАЛЬТСОДЕРЖАЩИЕ
МИНЕРАЛЫ
С В О Й С Т ВА КОБАЛЬТА И Х А Р А К Т Е Р С В Я З И ЕГО С Д Р У Г И М И Э Л Е М Е Н Т А М И
Кобальт является стратегическим металлом и широко приме няется во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине. Основные области применения кобальта: 1) производ ство постоянных магнитов, связанное с резким увеличением выпу ска электрического оборудования; 2) производство инструменталь ных сталей и другого промышленного оборудования; 3) производ ство жаропрочных сплавов.
Кобальт в рассеянном виде обнаруживается в природе почти повсеместно: в изверженных и осадочных породах, почве, морской воде и минеральных источниках, растительном и животном мире, в метеоритах, в атмосфере солнца и некоторых звезд.
Представления о распространенности кобальта в изверженных породах земной коры к настоящему времени существенно измени лись. Наблюдается тенденция сближения кларков кобальта и ни келя. Если в 1923 г., по данным И. X. Л. Фогта [266], содержание кобальта в изверженных породах земной коры составляло 0,0005 вес. %, а никеля — 0,005 вес. % и отношение кобальта к ни келю было равно 1 : 10, то в 1962 г., по данным А. П. Виноградо ва [36], —0,0018 вес. %; 0,0058 вес. % и 1:3,2 соответственно.
Содержание кобальта резко уменьшается от ультраосновных изверженных пород к кислым (табл. 1).
Данные о содержании кобальта в ультраосновных породах, в которых оно является наиболее высоким, у разных авторов раз личные. Среднее содержание кобальта изменяется от 0,006 вес. % (по шести анализам) до 0,027 вес. % (по трем анализам), а в ультраосновных породах Урала составляет 0,011 вес. % (по одной тысяче анализов [120]).
Соотношение кларков триады железо — кобальт — никель в зем ной коре составляет 2580 : 1 : 3,2 [36].
Как видно из приведенных выше данных, кобальт в извержен ных породах содержится в заметных количествах и при опредр-
5
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц » 1 |
Среднее |
содержание |
Со и Ni (вес. %) в изверженных |
горных |
породах |
||
|
|
разной основности |
|
|
||
|
По В . А . Унксову и |
|
По Ф . И . Векиловой |
[33 ] |
||
|
|
|
|
|
||
|
Н. В . Лодочниковой |
|
|
|
|
|
Р я д извержен |
[ 1 6 9 ] в |
и з в е р ж е н |
|
|
|
|
ных пород по |
ных породах в целом |
в интрузивных |
* в эффузивных породах |
|||
содержанию |
|
|
породах |
|||
|
|
|
|
|||
S i O t . вес. % |
|
|
|
|
|
|
|
Со |
Ni |
Со |
Ni |
Со |
Ni |
40,00 |
0,0160 |
0,1600 |
0,0164 |
0,1600 |
0,0600 |
0,2400 |
40,0—47,5 |
0,0052 |
0,0282 |
0,0051 |
0,1590 |
0,0042 |
0,0057 |
47,5—52,5 |
0,0033 |
0,0140 |
0,0037 |
0,0746 |
0,0032 |
0,0040 |
52,5—57,5 |
0,0022 |
0,0039 |
0,0022 |
0,0046 |
0,0028 |
0,0049 |
57,5—62,5 |
0,0019 |
0,0023 |
0,0021 |
0,0028 |
0,0027 |
0,0041 |
62,5—67,5 |
0,0010 |
0,0015 |
0,0011 |
0,0021 |
0,0023 |
0,0026 |
67,5—72,5 |
0,0007 |
0,0011 |
0,0080 |
0,0010 |
0,0014 |
0,0031 |
72,5—80,0 |
0,0003 |
0,0003 |
|
|
0,0002 |
0,0004 |
П р и м е ч а н и е . Данные В . А . Унксова |
и Н . В . Лодочниковой |
приведены |
с учетом соот |
||||||
ношений распространенности в литосфере интрузивных и эффузивных |
п о р о д . |
|
|
||||||
ленных условиях может быть источником |
возникновения |
место |
|||||||
рождений кобальта. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кобальт входит |
в V I I I |
группу |
периодической |
|
системы |
||||
Д. И. Менделеева, являясь средним членом |
триады Fe—Со—Ni. |
||||||||
Строение внешних электронных |
оболочек у всех |
трех |
элементов |
||||||
идентичное. Они состоят |
из следующих |
электронных групп: |
|||||||
Железо |
Isa |
2süpe |
|
|
|
|
1 4s«| |
|
|
Кобальт |
Ь* |
|
3sV<*7 |
|
|
1 4g2 J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Никель |
Is* |
|
3s*pM» |
|
|
1 4sa \ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
В последней электронной группе у всех трех элементов |
по два |
||||||||
электрона. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Все три элемента |
характеризуются |
близостью |
ряда |
свойств |
|||||
(табл. 2). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кристаллическая структура металлических железа, кобальта и |
|||||||||
никеля сходны. Все они имеют кубическую |
плотнейшую |
упаковку; |
для кобальта характерна также гексагональная плотнейшая упа ковка, а для железа — кубическая центрированная упаковка [23].
В состав большинства кобальтовых и кобальтсодержащих суль фидных, арсенидных и сульфоарсенидных минералов входит двух валентный кобальт, а некоторых арсенидных (скуттерудит) — трехвалентный [14, 113]. При окислении этих минералов образу ются соли кобальта мышьяковой, реже серной и угольной кислот
6
Т а б л и ц а 2 Некоторые физические константы марганца, железа, кобальта и никеля
ическои сисенделеева
4S
2
g-iS
с
та
СИ
VII
VIII
|
|
|
|
СО |
|
|
|
|
0< |
Элемент |
Атомный номеі |
Атомныіі вес |
Валентность |
Ионный радну |
|
|
|
|
J |
Мп |
25 |
54,938 |
Мп--' |
0,91 |
|
|
|
Мп:і ;- |
0.70 |
|
|
|
М п і : |
0,52 |
F e |
26 |
55,847 |
Fe- - |
0,80 |
|
|
|
І - Ѵ |
0.67 |
Со |
27 |
58,933 |
Со2 + |
0,78 |
|
|
|
С0 а+ |
0,64 |
Ni |
28 |
58,71 |
|
0,74 |
ітомныіі (ме- |
ковалентныи) |
42] |
Эффективный с |
таллическиіі и |
о радиус, А [ 1 |
1,30
1,26
1,25
1,24
Ионно-атом- ный (орби тальный) ра-
о
д и у с , А Г I 1 4 ]
для d—s уровней |
для s—p уровней |
1 ,278 1,70
1,227 1,63
1,25 1,62
1,24 1,60
І и
SOT
4 .
га .
5 := |
||
5 з |
||
5 Й |
||
ë |
f |
• |
d |
|
7,432
7,87
7,86
7,633
[173]. В зоне окисления кобальтовых |
гидротермальных |
месторож |
|||||
дений кобальт встречается в виде С о 2 + |
и С о 3 + . |
|
|
|
|||
Большое |
значение в кобальтовых |
и кобальтсодержащих |
мине |
||||
ралах имеет |
изоморфизм между кобальтом, никелем и |
железом. |
|||||
В эмпирических |
изоморфных |
рядах |
элементов, |
предложенных |
|||
В. И. Вернадским |
[34], все три элемента помещены в один ряд, |
||||||
а в другом ряду они находятся |
вместе с магнием, |
марганцем, |
цин |
||||
ком, бериллием (?), кадмием, медью. |
|
|
|
|
Одно из важнейших условий изоморфизма — близость размеров атомных или ионных радиусов при условии учета примерного ха рактера связи рассматриваемого соединения. В кобальтовых и ко бальтсодержащих минералах наиболее распространены ионная и ковалентная связи.
Кобальт в значительной степени концентрируется в арсенидных, сульфоарсенидных и сульфидных минералах. Известно, что арсенидные минералы железа, кобальта и никеля распространены в природе не в одинаковой степени. Арсенидные минералы, в составе которых металл преобладает над мышьяком, -известны только ни келевые (Ni3 As — динерит и Ni3 As2 — маухерит) и железо-никеле вые ((Ni, Fe)3 As — минерал без названия); кобальтовые минералы неизвестны.
Из моноарсенидов широко распространен никелин NiAs. Моддерит CoAs редок, а моноарсенид железа неизвестен. Оба моноарсе-
1