Изучение и систематизация ванадиевой минерализации черных сланцев по химико-технологическому вскрытию - Разработка технологии производства метаванадата аммония из черных сланцев месторождения Баласаускандык

Анализ микро - и наноразмерных минералов позволяет по-новому взглянуть на устоявшееся представление об образовании минеральных ассоциаций. С помощью современных методов анализа стало возможным изучить химический состав и структуру вещества, размеры зерен которого определяются нанометрами. Минимальный размер зерен, при которых минеральный индивид может быть отнесен к самостоятельному минералу, не установлен. В составе черных сланцев обнаружено 160 минералов, из которых 70 являются ванадиевыми. В этом случае свойства минералов, такие как цвет, твердость, растворимость, температуры плавления и окисления, теряют свое диагностическое значение и, следовательно, традиционное описание минерального вида получается неполным и даже неверным. Для них характерны стекловатый облик, раковистый излом, обилие трещин дегидратации и пустот, гигроскопичность, высокая отдача воды, изотропность и рентгеноаморфность.

Микрофотографии (методом электронной микроскопии) минералов черных сланцев представлены в рисунках 9-11. В представленных образцах черных сланцев в кремнистой (фтаниты) и углерод-кремнеземистой породах ванадий в виде изоморфной примеси постоянно присутствует в следующих минерализациях:

    - в Ba-V4+ - фенгитах (V - 4,36-6,15 %); - в продуктах распада сульфида железа (V - 0,71 %); - в углеродистом веществе (V не более 1,0 %) и ультратонкодисперсных образованиях (V - 2,85-5,1 %).

Рассмотрим положение ванадия в кристаллической структуре указанных минералов. Для структуры патронита (V2S5) характерна самая высокая координация атомов ванадия (КЧ 8). Параметры элементарной ячейки минерала моноклинной сингонии С2/с следующие: А-6,78; B-10,42; С-12,11 Е; в = 1000,8 є; Z = 8. Кристаллическая структура патронита представляет собой вытянутые вдоль оси С цепочки, состоящие из атомов V4+, связывающие прямоугольники из атомов S2, перпендикулярные оси С и повернутые относительно друг друга так, что восемь расстояний V-S оказываются близкими и в среднем равны 2,41 Е.

развитие ярозита (серое) по оксиду железа (светло-серое) в пористой кремнистой породе (темно-серое). ярозит (серое) содержит изоморфный ванадий (в сульфидной форме)

Рисунок 9 - Развитие ярозита (серое) по оксиду железа (светло-серое) в пористой кремнистой породе (темно-серое). Ярозит (серое) содержит изоморфный ванадий (в сульфидной форме)

углеродистое вещество (черное), кварц (серое) и ванадиевая слюда (светло-серое), фаза ti, v, ba, o. изображение на обратно рассеянных электронах

Рисунок 10 - Углеродистое вещество (черное), кварц (серое) и ванадиевая слюда (светло-серое), фаза Ti, V, Ba, O. Изображение на обратно рассеянных электронах

В структуре другого сульфида ванадия - сульванита CuS2VS4, близкой к сфалеритовой, ванадий находится в тетраэдрической координации. Минерал кристаллизуется в кубической сингонии Р 43 M с параметрами элементарной ячейки А - 5,38 Е, Z = 1. Кристаллическая структура сульванита состоит из тетраэдров CuS4, таких, что каждый V-тетраэдр по шести своим ребрам соприкасается с Cu-тетраэдрами.

В гидроксиде ванадия - монтрозеите VООН, кристаллизующемся в ромбической сингонии Рbпm с параметрами элементарной ячейки А-4,54; B-9,97; С-3,03 Е; Z = 4, ванадий занимает октаэдрическое положение. Кристаллическая структура минерала с цепным мотивом состоит из сдвоенных цепочек из октаэдров V3+(О, ОН)6, вытянутых вдоль оси С. Внутри цепочек октаэдры соединяются ребрами, между собой цепочки связываются вершинами.

углеродистое вещество (черное), кварц (серое) и ba-v4+-фенгит (белое). изображение на обратно рассеянных электронах

Рисунок 11 - Углеродистое вещество (черное), кварц (серое) и Ba-V4+-фенгит (белое). Изображение на обратно рассеянных электронах

Примером перераспределения ванадия из отложений в аутогенные минеральные фазы является образование роскоэлита, которые наибольшее распространен в кварц-роскоэлитовых прожилках.

Химический состав ванадиевой слюды из-за малого количества материала и высокой дисперсности кристаллов определялся методом электронно-зондового микроанализа, а также по ГОСТу 26473.12-85. В качестве стандартов использовались ВаSО4 (Ва), адуляр (К), альбит (Na), Al2О3 (Al), SiО2 (Si), металлический V (V) по ГОСТу 13.217.7-90 (СТ СЭВ 1209-89) и ГОСТу 13217.4-90 (СТ СЭВ 1210-89).

Общими для ванадия, урана и ряда других элементов семейства железа являются кристаллохимические константы, среди которых важную роль играет окислительный потенциал Е?. Потенциалы ионизации свидетельствуют о необходимости большой энергии отрыва электронов, а значения электроотрицательностей ванадия, в особенности V3+, указывает на то, что для него и тем более для V2+ предпочтителен ионный тип связи. В соединении V3+ с кислородом степень ковалентности связи составляет всего 43,4 %.

Нами впервые предложена систематизация ванадиевых минералов (таблица 13), с акцентом на развитие эволюции черных сланцев, с учетом упорности руд и их количественного распределения, по генетическому составу и химико-технологическому вскрытию основанная на гомогенности ионных пар ванадия различной степени окисления.

Таблица 13 - Систематизация минералов по областям гомогенности ионных пар ванадия в черных сланцах

Класс

I

II

III

IV

V

Гомогенность

Ме2+

Ме2+ - Ме3+

Ме3+ - Ме4+

Ме4+ - Ме5+

Ме5+

Систематизация

Сульфид

Шпинелид

Слюда

Бронза

Ванадат

Содержание в рудном теле, %

55,0

35,0

10,0

Вскрываемость

Трудновскрываемые

Средневскрываемые

Легковскрываемые

Минералы

Vх2+Sу

V2+O - V23+O3

МеV3+[V4+-Si3O10]-[OH]2

MеV4+ - V5+O4

MeV5+O4

Патронит

V2S5

Монтрозеит

(V, Fe)O-OH

V4+-Ba фенгит

BaV23+(Si-V4+)4O10-4H2O

Казахстанит

Fe3V4+-V5+12O33-

8,55H2O

Хьюэттит

CaV6O16-

9H2O

Сульванит

Сu3VS4

Манардит

BaTi6(V3+,Cr3+)2O16-H2O

Черныхит

Ba-(V3+-V4+Al)2-Si4O10-2H2O

Бокит

Al3Fe6-V64+V265+O76-3OH2O

Барнесит

Na2V6O16-

3H2O

Как видно из таблицы 13, основная (55 %) часть ванадия в черных сланцах находится в сульфидной форме, 35 % - в виде трудновскрываемых шпинелидов, а остальная часть - в виде слюдистых разновидностей.

Данная попытка систематизации ванадиевых минералов на основе гомогенности ионных пар ванадия различной степени окисления с учетом технологических свойств черносланцевой руды, позволяет в некоторой степени ориентироваться среди многообразных типов ванадиевых минералов.

Таким образом, рассмотрение геохимических процессов формирования углерод-кремнеземистых сланцев показало, что их существенной составной частью являются ванадийсодержащие сульфидные минералы, а также шпинели ванадия. Отобраны пробы ванадиевой пачки в соответствии с ГОСТом 9980.2-86 (ИСО 842-84, ИСО 1512-74, ИСО 1513-80).

Похожие статьи




Изучение и систематизация ванадиевой минерализации черных сланцев по химико-технологическому вскрытию - Разработка технологии производства метаванадата аммония из черных сланцев месторождения Баласаускандык

Предыдущая | Следующая