Недооцененный источник урана
С.В.Белов, А.А.Фролов
Уран! Имя бога, покровителя сильных и справедливых. Сегодня, однако, мы будем говорить не о нем, а о химическом элементе. Уран был открыт немецким химиком М.Клапротом в 1789 г., и лишь спустя более 100 лет француз А.Беккерель обнаружил его радиоактивность. Ныне каждый знает, что элемент с таким гордым именем может послужить человечеству, а может его и уничтожить. Урановая промышленность сегодня — одна из динамично развивающихся отраслей. Вскоре после распада СССР стало ясно, что России своего урана не хватает. Годовые потребности только атомных станций превышают 5 тыс. т. Между тем запасы главного отечественного поставщика урановой руды — Стрельцовского месторождения в Забайкалье — истощаются. Здесь ежегодно добывается около 3 тыс. т урана. На прошедшем в ВИМС Втором международном симпозиуме «Уран: ресурсы и производство» были рассмотрены различные аспекты урановой проблемы и намечены пути развития отрасли. Вместе с тем вне сферы пристального внимания геологов остался перспективный тип рудных объектов — урано-носные карбонатиты. Однако прежде чем вести о них речь, надо хотя бы кратко пояснить, что же это за геологические образования.
© Белов С.В., Фролов А.А., 2010
Сергей Викторович Белов, доктор геолого-минералогических наук, профессор Московского государственного открытого университета, лауреат премии правительства России, премий им.А.Н.Косыгина и им.С.С.Смирнова. Область научных интересов — системные взаимосвязи между напряженно-деформированным состоянием геосреды, магматизмом и рудогене-зом; проблемы геоэкологии. Постоянный автор «Природы».
Анатолий Александрович Фролов, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института минерального сырья им.Н.М.Федоровского, почетный ветеран-геологоразведчик, лауреат премий им.А.Н.Косыгина и им.С.С.Смирнова. Область научных интересов — рудоносные кольцевые структуры и месторождения штокверкового типа. Неоднократно публиковался в «Природе».
Штрихи к портрету
Большинство специалистов понимают под карбонатитами эндогенные существенно карбонатные породы с подчиненным количеством силикатов и рудных, преимущественно редкометалльных, минералов, а также различных сульфидов, апатита — Сa5[PO4](OH,F,Cl), магнетита — FeзO4 и флюорита — CaF2. Карбонатиты пространственно и генетически связаны с вулкано-плутоническими комплексами ультраосновных щелочных пород и обычно формируют вместе с ними в верхней части земной коры кольцевые структуры центрального типа [1, 2]. К настоящему времени геологи выявили около 300 ще-лочно-ультраосновных карбонатитовых массивов, образующих на всех континентах около 30 провинций. Количество разведанных объектов измеряется несколькими десятками. Из них два десятка
Добыча урана на рудных полях Стрельцовского месторождения (Забайкалье).
Карьер месторождения Палабора. Южная Африка.
Таблица
Содержания редких и радиоактивных элементов в танталониобатах из карбонатитовых месторождений России
Минералы Компоненты, %
№20, Ta20s Uз08 ^2 TR20з
Белозиминское месторождение
Гатчеттолит 35.2—43.1 12.4—19.9 12.4—18.3 0.6—3.8 0.13—0.21
Пирохлор 59.2—67.6 0.5—1.2 0.04—0.56 0.7—1.44 0.8—2.5
Ториевый пирохлор 51.0- 53.2 0.9—2.0 0.1—0.6 5.1— 7.4 0.1—0.5
Колумбит 70.1 — 74.3 0.1—3.3 0.01—0.02 0.4— 0.7 —
Среднезиминское месторождение
Гатчеттолит 38.0—53.0 8.4—18.8 7.9—18.6 0.23—3.7 0.36—1.9
Пирохлор 62.1—65.3 0.7—1.4 0.01 — 1.3 0.8—1.7 0.68—2.1
Горноозерское месторождение
Гатчеттолит 34.0—40.2 8.42—13.38 17.7- 29.17 1.15—7.25 0.75—1.48
Пирохлор 41.5—48.43 0.95—4.36 1.45—12.48 1.05—2.35 0.81 — 1.75
разрабатывается с получением пирохлоровых — NaCaNb2O6F, апатитовых, монацитовых — (Ce, La)[PO4], рутил-анатазовых — TiO2, магнетитовых, флюоритовых, бадделеитовых — ZrO2, флогопито-вых, борнит-халькопиритовых — Cu5FeS4 — CuFeS2 концентратов. Их ежегодная стоимость оценивается в десятки миллионов долларов. Среди них выделяются уникальные рудные объекты, определяющие мировые запасы по ниобию (Томтор в России; Сейс-Лагос и Араша в Бразилии), по редким землям (Томтор; Маунт-Вельд в Австралии; Маунтин-Пасс в США), по апатиту (Томтор и Хибины), флогопиту (Ковдор в России). Такова, в общем, визитная карточка данных пород. Однако наряду с вышеуказанными полезными компонентами, добываемыми из карбонатитовых месторождений, в них содержится и уран. Следуя исторической правде, заметим, что разведка комплексных карбо-натитовых месторождений, начатая в середине прошлого века в Канаде (Маниту, Лонни), была прекращена в связи с открытием там же богатых урановых месторождений (типа Атабаски). С тех пор интерес к карбонатитам, содержащим этот стратегический металл, упал. Тем не менее известно, что в ЮАР производится попутная добыча урана (а также золота и серебра) из руд карбонатито-вого месторождения Палабора.
В современных условиях нехватки урана весьма актуальны мероприятия по расширению сырьевой базы как урана, так и тантала и ниобия. Последние также закупаются нами (преимущественно в Бразилии).
К счастью, Природа распорядилась так, что весьма существенные концентрации всех трех элементов оказались в гатчеттолите — уран-тан-тал-ниобиевой разновидности пирохлора. Он содержит 35—48% ^2О5, 10—25% Та2О5 и столько же ^08, 1.5 — 5.5% ThO2 и 0.5—2.0 TR2Oз (табл.). Гатчеттолит образуется в рудную стадию каль-цит-форстеритовых и кальцит-пироксеновых карбонатитов и выделяется в виде вкрапленных
коричнево-черных октаэдрических, реже кубических кристаллов размером от 0.5 до 3—5 мм. Комплексные урансодержащие руды обычно содержат: 0.15—0.25% ^2О5, по 0.015 — 0.03% Та2О; и ^0в, 3—6% P2O5. В некоторых месторождениях (Маниту, Кравье и Верити в Канаде) содержание урана повышается до 0.05%, а иногда достигает 0.12% (Прери Лейк в Канаде; Серо Маноно в Боливии; Итатяя в Бразилии). Примечательно, что в корах выветривания рудоносных карбонатитов содержания всех рудных элементов (в том числе и урана) повышаются более чем в два раза. В пределах месторождений гатчеттолитовые руды слагают отдельные участки с жильными, штокверко-выми и метасоматическими зонами длиной в несколько километров и мощностью в несколько десятков метров, реже — штоки площадью в несколько квадратных километров, отвечающие по запасам классу средне-крупных месторождений бедных комплексных руд урана (0.01—0.04% UзO8), тантала (0.01 — 0.05% Ta2O5) и ниобия (0.1 — 0.2% Nb2O5).
Уран-танталовый пирохлор — гатчеттолит (черные выделения на фотографиях шлифов).
Прогнозная карта месторождения Белая Зима. Россия.
Гатчеттолитовые карбонат иты Безрудные карбонатиты Пикритовые порфир иты Пироксен-нефелиновые породы 1-"1 Разломы
Ураноносная рудная зона 4—5 месторождения Белая Зима.
Поля радиоактивности, мкр\ч; \
менее 50 \ /
СЭ 50-100 \ У
1^1 более 100
I I Контур массива щелочных-ультраосноеных пород и карбон этитов
Радиометрическая схема Белозиминского рудного поля.
Немного о перспективах
Сейчас в мире известно более 40 рудных объектов ураноносных карбонатитов. В России — более 15, в шести из которых гатчеттолитовые руды разведаны! Наиболее промышленно значимые и перспективные — это Белозиминское и Среднезиминское в Верхнем Саяне; Арбарас-тахское на Алдане; Горноозерское в Сетте-Даба-не (Якутия); Вуори-Ярви, Себль-Яври, Ковдор на Кольском п-ове.
По отдельным зонам гатчеттолитовых руд Бе-лозиминского и Среднезиминского месторождений разведанные запасы оцениваются в 10 тыс. т Та2О5 и ИзОв. Их примерные содержания в рудах 0.012—0.028%. В коре выветривания Белозимин-ского месторождения разведаны запасы руд: ~1млн т (с содержанием 0.5%) N5205, ~40 тыс. т (с содержанием по 0.014%) Та205 и урана, 3 млн т (с содержанием 1.8%) ТИ20з, 15 млн т (с содержанием 13.6%) Р2О5. На участках Тухта-Вара и Неске-Вара Вуориярвинского месторождения Б.В.Афанасьев оценил запасы Из0в в 20 тыс. т, N5205 — 340 тыс. т, 2г02 — 630 тыс. т, Р2О5 — 67 млн т. Эти руды могут отрабатываться на базе известного Ковдорского горно-обогатительного комбината, находящегося в 85 км к северу.
Все это хорошо, запасы и прочее, — скажет пристрастный читатель, — но важна и технология извлечения полезных компонентов. Как говорят, геологи находят месторождение, а делают его — технологи. И здесь все весьма неплохо. Технология обогащения гатчеттолитовых руд для Ковдорского, Среднезиминского и Белози-минского месторождений разрабатывалась в ведущих институтах отрасли (ВИМС, ГИРЕДМЕТ и ИРГИРЕДМЕТ). Выяснилось, что радиометрическая сепарация повышает содержания урана и тантала в концентратах в 1.2 — 1.5 раза. Схема обогащения концентратов принципиально не отличается от схем, разработанных для коренных ниобиевых карбонатитов. Она предусматри-
Литература
вает дробление, измельчение и классификацию руды; магнитную сепарацию в слабом поле для выделения магнетита; двухстадийное гравитационное обогащение крупнозернистого материала (0.15—1.0 мм) и флотацию мелких классов (0.01 — 0.15 мм) с получением чернового тантал-уранового концентрата.
Доводка чернового концентрата производится методами магнитной и электрической сепарации, гравитации и флотации с получением гатчеттоли-тового, пирохлорового и иногда бадделеитового концентрата.
Из хвостов обогащения флотацией извлекается и апатитовый концентрат. При извлечении в 50—60% гатчеттолитовый концентрат содержит 5—10% И30в и Та205.
* * *
Таким образом, некоторые карбонатиты в Бразилии, Канаде, а также и у нас в России не уступают по содержанию урана рудам собственно урановых месторождений. Основная причина, сдерживающая их широкое промышленное освоение, — комплексный характер руд со сложной технологией освоения. Но такое препятствие временное, и кто его преодолеет, получит кроме урана другие стратегически важные продукты минерального сырья.
Экономическая эффективность промышленного освоения гатчеттолитовых карбонатитовых месторождений и технологичность руд сомнений не вызывает. В России в условиях дефицита уранового и фосфатного сырья, а также импорта ниобия и тантала представляются перспективными инвести
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.