Перспективы скандиеносности титаномагнетитового месторождения Тебинбулак

Изучение железорудных объектов и обеспечение промышленности черными металлами, в том числе железом, являются одной из приоритетных и актуальных задач Госкомгеологии Республики Узбекистан, так как страна пока не имеет собственной минерально-сырьевой базы черных металлов. Выявлены несколько месторождений железа, такие как Сюреньата скарново-магнетитового типа в Чаткальских горах, месторождение Темиркан вулканогенно-осадочного типа в горах Писталитау, титаномагнетитовое месторождение магматического происхождения Тебинбулак в горах Султанувайс. Также имеются несколько проявлений железорудной минерализации: Ихначское, Шабрезское, Минбулак в Чаткальских горах. Среди вышеперечисленных объектов по масштабам оруденения и запасам полезных компонентов резко выделяется месторождение Тебинбулак.

Месторождение Тебинбулак расположено в горах Султанувайс на территории Караузякского района Республики Каракалпакстан*, в 75 км юго-восточнее г. Нукус (рис. 1).

Тебинбулакское месторождение включает комплексные ванадийсодержащие титаномагнетитовые руды и другие полезные ископаемые [6]. По типу, характеру и масштабности оруденения Тебинбулакское месторождение весьма сходно с Качканарским, Гусе- вогорским и другими подобными месторождениями Урала. В. В. Барановым и др. в 1975 г. по петрологическим и металлогеническим особенностям руды месторождения отнесены к Качканарскому геолого-промышленному типу.

Кроме основного компонента — железа — для руд месторождения Тебинбулак характерны повышенные

Рис. 1. Обзорная карта расположения месторождения Тебин-булак

Fig. 1. Overview map of the Tebinbulak deposit

содержания титана, ванадия. Также в рудах Тебинбу-лакского интрузива в повышенных содержаниях относительно кларка [3] присутствуют медь, платина, хром, никель, кобальт, цирконий, скандий, марганец и стронций. Реже встречаются свинец, цинк, золото, серебро, галлий, палладий и совсем редко — радий, бериллий, иттрий, иттербий, молибден и олово. Среди попутных компонентов особый интерес представляет скандий, который встречается повсеместно и в высоких концентрациях.

Изучение перспектив скандиеносности титаномагнетитовых руд месторождения Тебинбулак, их минеральной формы нахождения и возможности попутного извлечения являются актуальными и повышают экономическую эффективность отработки запасов месторождения.

Методы исследования

Изучение характеристики титаномагнетитовых руд, их минерального состава, форм нахождения основных и попутных компонентов осуществлялось комплексом геологических, минералого-петрографических и химико-аналитических методов исследования. Основная характеристика рудовмещающих пород, рудные составляющие и структурно-текстурные особенности руд установлены оптическими методами исследования и рентгеноспектральным локальным анализом на микрозонде Superprobe JXA-8800.

Содержания основных и попутных компонентов установлены химическим, iCP-масс-спектрометрическим анализами в лабораториях Института минеральных ресурсов и Центральной лаборатории Гос-комгеологии РУз. Результаты анализов заверены на примере трех контрольных проб в международной лаборатории Карабалта (Кыргызстан) и в Иркутском научно-исследовательском и проектном институте.

Также были использованы результаты технологических исследований по обогащению руд месторождения Тебинбулак. Изучено распределение основных и сопутствующих компонентов в продуктах обогащения.

Обсуждение результатов

На месторождении Тебинбулак оруденение локализуется в Тебинбулакском интрузиве (пироксенит-габбровый комплекс С1), размещающемся в зоне Урусайского разлома глубокого заложения, в синклинальной структуре, среди нижнедевонских кремнисто-карбонатно-терригенных (бешмазарская свита) и вулканогенно-карбонатно-терригенных (джамансайская свита) пород (Джуманиязов, 2019).

Интрузив представляет собой вытянутый с юга на север этмолит (в плане — эллипс) размером 4.5 х 1.8 км, сложенный пироксенитами, горнблендитами при подчиненном количестве габбро и перидотитов.

В составе интрузивного массива преобладают уль-траосновные породы: пироксениты, тебиниты, горнблендиты, перидотиты (около 80—90 % от площади интрузива); основные — главным образом роговооб-манковое габбро (до 8 %) и габбро-сиениты Джа-мансайского габбро-сиенитового комплекса (до 3 %). При диагностике пород и минералов использовались известные публикации [2, 4].

Пироксениты распространены широко, и минеральный состав представлен в основном пироксеном с примесью роговой обманки в виде замещений различной интенсивности; роговая обманка замещается хлоритом, глаукофаном (рис. 2).

В пироксене часто по спайности развиваются магнетит с ильменитом (диаллаг, рис. 3). Отмечаются включения апатита, сфена, магнетита, участками — серпентин с редкими включениями брусита. Часто встречаются прожилки хлорита, эпидота, иногда малахита, по трещинкам наблюдаются пластинчатые выделения рутила («решетка») (рис. 4). Отмечаются зерна полевых шпатов, частично или полностью замещенные мелкозернистым эпидотом.

Содержание пироксена варьирует от 35—45 до 80—90 % в интенсивно метасоматически измененных разностях. Состав пироксена и амфибола определен рентгеноспектральным локальным анализом (табл. 1). Пироксен, судя по химическому составу, является преимущественно диопсидом с небольшой примесью глинозема и железа за счет авгита. Амфибол представлен роговой обманкой.

Ðèñ. 2. Замещение клинопироксена (1) роговой обманкой (2), глаукофаном (3) и эпидотом (4). Шлиф; режим параллельных николей

Fig. 2 . Replacement of clinopyroxene (1) with hornblende (2), glaucophane (3) and epidote (4). Thin section, parallel nicole mode

Ðèñ. 3. Заполнение трещин спайности в клинопироксене-диаллаге магнетитом и ильменитом (1). Шлиф; режим параллельных николей

Fig. 3 . Filling cleavage cracks in clinopyroxene-dialag magnetite and ilmenite (1). Thin section, parallel nicole mode

Рис. 4 . Решетчатые выделения рутила в пироксените. Шлиф; режим параллельных николей

Fig. 4 . Lattice segregations of rutile in pyroxenite. Thin section, parallel nicole mode

Тебиниты впервые были выделены в 1971 г. Я. С. Висьневским в работе «Формации ультраоснов-ных и основных пород Узбекистана и их рудонос-ность» как промежуточные породы в ряду «пироксе-нит — горнблендит», состоящие из примерно равного количества пироксена и роговой обманки (рис. 5).

Рис. 5. Скопление магнетита (1) рядом с апатитом (2) в хло-ритизированном (3) пироксените (4). Шлиф; режим параллельных николей

Fig. 5. Accumulation of magnetite (1) near apatite (2) in chlori-tized (3) pyroxenite (4). Thin section, parallel nicole mode

Макроскопически они практически не отличимы от роговообманковых пироксенитов. В структурном отношении тебиниты характеризуются резким идиоморфизмом пироксена по отношению к совершенно ксеноморфной роговой обманке, которая как бы цементирует зерна пироксена.

Часто роговая обманка сама замещается глаукофаном, иногда наряду с амфиболом по пироксену развивается хлорит, эпидот. Часто встречаются скопления апатита и в них магнетит. Иногда скопления магнетита приурочены к участкам хлоритизации и переполнены включениями хлорита.

Горнблендиты широко распространены среди ультраосновных дифференциатов Тебинбулакского комплекса и по внешнему виду, особенно в метасоматически измененных разностях, почти не отличаются от пироксенитов и тебинитов. Макроскопически это среднезернистые породы преимущественно рогово-обманкового состава с пироксеном (7—10 %), встречающимся в виде мелких идиоморфных зерен, различимых лишь микроскопически. Горнблендиты почти черного цвета с хорошо выраженными столбчатыми кристаллами амфибола размером 2 х 4 мм (рис. 6).

Рис. 6. Горнблендит с эпидот-хлорит-апатитовым прожилком:

1 — роговая обманка, 2 — апатит, 3 — хлорит, 4 — эпидот, 5 — рудные минералы. Шлиф; режим параллельных николей

Fig. 6. Hornblendite with epidote-chlorite-apatite veins:

1 — hornblende, 2 — apatite, 3 — chlorite, 4 — epidote, 5 — ore minerals. Thin section, parallel nicole mode

Таблица 1. Результаты рентгеноспектрального локального анализа пироксена и амфибола Table 1. Results of X-ray spectral local analysis of pyroxene and amphibole

Минерал Minerals	№ проб Sample No	Содержание, % / Content, %
		SiO 2	Al 2 O 3	MgO	CaO	FeO	Na2O	K 2 O	TiO 2	V 2 O 5	CrO3	MnO	О
Амфибол Amphibole	20135	40.85	14.81	13.44	11.59	11.74	1.85	1.76	2.25	0.24	0.06	0.13	12
		39.03	14.03	12.87	11.75	11.47	1.57	1.85	2.27	0.36	0.08	0.15	12
Кристалл 1, пироксен Crystal 1, pyroxene	20140	50.81	5.7	15.31	9.95	6.96	-	0.06	0.45	0.25	0.19	0.07	12
		52.06	4.63	15.73	20.57	6.08	0.05	0.07	0.33	0.10	0.17	0.2	12
Кристалл 2 Crystal 2		50.19	4.61	13.42	24.05	6.82	-	0.00	0.51	0.15	0.15	0.12	12
		50.46	7.17	19.66	10.81	11.3	0.08	0.04	0.09	0.21	–0.01	0.21	12
Кристалл 3 Crystal 3		54.09	2.24	14.51	19.43	7.83	1.14	0.11	0.05	0.19	0.16	0.24	12

Пироксен метасоматически изменен, замещен хлоритом, эпидотом. Среди скоплений амфибола постоянно отмечаются участки, выполненные мелкочешуйчатым зеленовато-голубоватым хлоритом, рядом с которым часто встречаются апатит и эпидот (рис. 6).

По контакту роговой обманки с магнетитом часто развивается голубоватый глаукофан.

Рудная минерализация (магнетит + гематит) встречается в виде вкрапленности идиоморфных зерен и агрегативных скоплений среди эпидотизированного пироксена на контакте с роговой обманкой и апатитом.

Иногда отмечаются подковообразные выделения магнетита вокруг зерен амфибола; встречаются срастания магнетита и сфена. В массе амфибола отмечаются зерна соссюритизированного плагиоклаза.

На месторождении титаново-магнетитовая минерализация представлена прожилково-вкрапленными, густо вкрапленными и массивными типами руд. Прожилково-вкрапленный тип оруденения с содержанием титаномагнетита 10—20 % и с примесью пирита, пирротина и халькопирита до 1 % составляет до 97 % выделенной рудной массы, густо вкрапленные и массивные разности руд, состоящие на 50—95 % из рудных минералов, образуют отдельные обособления во вкрапленных рудах, а также встречаются среди секущих жил. Состав основных типов руд приведен в табл. 2.

Среди рудных минералов титано-магнетитовых руд преобладает магнетит (80—95 %) с тонкими пластинчатыми сростками ильменита (3—15 %) и гематита. Текстура руд в основном вкрапленная, реже шли-ровая и массивная. Структура — гипидиоморфно-аллотриоморфно-зернистая и сидеронитовая.

Руды месторождения относятся к малотитанистым ванадийсодержащим с постоянной примесью серы и фосфора, аналогично рудам месторождения Качканар [5].

В рудах Тебинбулакского интрузива кроме железа, титана и ванадия, в повышенных содержаниях относительно кларка [3] присутствуют медь, платина, хром, никель, кобальт, цирконий, скандий, марганец и стронций. Реже встречаются свинец, цинк, золото, серебро, галлий, палладий и совсем редко — радий, бериллий, иттрий, иттербий, молибден и олово.

Повышение экономической эффективности отработки запасов титаномагнетитовых руд месторождения непосредственно связано с технологическими возможностями извлечения вышеназванных попутных полезных компонентов, и особенно скандия, который связан в большей степени с хвостами мокрой магнитной сепарации руд, представленных в основном силикатными хвостами, т. е. пироксеном и роговой обманкой.

Основные сведения по скандию и перспективам его освоения в Узбекистане приведены Ю. Б. Ежковым и др. [1]. В частности, отмечается, что важным источником скандия являются отходы — хвосты производства вольфрама, олова, алюминия, титана, ванадия, чугуна, урана.

Основные минералы-носители скандия: флюорит (до 1 % Sc2O3), касситерит (0,005—0.2 %), вольфрамит (0—0.4 %), ильменорутил (0.0015—0.3 %), торианит (0.46 % Sc2O3), самарскит (0.45 %), ксенотим (0.0015— 1.5%), берилл (0.2 %), баццит (скандиевый берилл, 3—14.44 %). В процессе кристаллизации магм скандий в главной своей массе рассеивается преимущественно в темноцветных минералах, незначительно концентрируясь в акцессорных минералах, таких как сфен, ильменит, рутил, циркон. Наиболее высокие содержания скандия (0.0035 % Sc2O3) наблюдаются в породах, где ведущую роль играют железомагнезиальные силикаты (пироксен, амфибол и биотит) [1].

Содержания скандия в продуктах обогащения месторождения Тебинбулак, по результатам iСP-масс-спектрометрического анализа, варьируют от 19.4 до 110 г/т (табл. 3). Основная часть скандия связана с хвостами гравитационного обогащения, в которых основными составляющими являются железомагнезиальные силикаты — пироксен, роговая обманка. Содержание скандия в хвостах составило 110 г/т, а в тяжелых фракциях титаномагнетит-ильменитового состава содержание скандия колеблется от 5.8 г/т до 50 г/т, что в среднем по анализам 14 проб составляет 19.4 г/т.

На аналогичном объекте России — Гусевогорском месторождении — содержания скандия (табл. 3) имеют такой же порядок, как на Тебинбулаке: в диопсиде — 98—155 (ср. 127) г/т; роговой обманке — 78—148 (ср. 115) г/т; титаномагнетите — 11—16.2 (ср. 15.0) г/т; ильмените 83—100 (ср. 90.4) г/т.

По результатам iСP-масс-cпектрометрического анализа пробы руды и продуктов гравиообогащения титаномагнетитовой руды установлены следующие содержания скандия: в средней пробе — 76 г/т; в магнитных фракциях — 14—15 г/т; тяжелой фракции — 12 г/т; пром. продукте — 19 г/т; железном концентрате — 26 г/т и хвостах — 110 г/т (табл. 4), т. е. основная масса скандия связана с породообразующими минералами (пироксеном, роговой обманкой).

Таблица 2. Состав основных типов руд Table 2. Composition of ore main types

Типы руд Ore types	Компоненты, % / Components, %
	основные / Main		второстеп. Secondary	вредные / Harmful
	Fe общ.	V 2 O 5	TiO 2	P 2 O 5	S
вкрапленные / disseminated	13—19/15.2	0.12—0.22/0.15	1.5—2.7/1.96	0.02—1.5/0.23	<0.1
густо вкрапленные densely disseminated	22—38/28	0.15—0.27/0.2	2.5—3.0/2.7	0.05—0.2/0.10	<0.1
массивные / massive	60—63/60.7	0.25—0.3/0.28	4.5—5.0/4.75	0.08—0.12/0.1	<0.1

Примечание: в числителе — пределы содержаний, в знаменателе — среднее содержание.

Note: numerators — limits of the content, denominator — average content.

Таблица 3. Содержания скандия в породообразующих и рудных минералах пироксенитов Гусевогорского [5] и Тебинбулакского месторождений титаномагнетита

Table 3. Scandium content in rock-forming and ore minerals of pyroxenites of the Gusevogorsk [5] and Tebinbulak titanomagnetite deposits

Минералы Minerals	Гусевогорское / Gusevogorsk		Тебинбулакское* / Tebinbulak*
	Число проб Number of samples	Содержание скандия, г/т Scandium content, g/t	Продукты обогащения Enrichment products	Число проб Number of samples	Содержание скандия, г/т Scandium content, g/t
пироксен (диопсид) pyroxene (diopside)	29	98—155.0 (127)	хвосты обогащения (пироксен + роговая обманка) Enrichment tails (pyroxene + hornblende)	2 (тех. пробы)	110.0
роговая обманка hornblende	15	78—148.0 (115)
оливин / Olivine	3	4.5—6.4 (5.2)
титаномагнетит titanomagnetite	8	11—16.2 (15.0)	тяжелая фракция (титаномагнетит + ильменит) Heavy fraction (titanomagnetite + ilmenite)	14	5.8—50.0 (19.4)
ильменит / ilmenite	4	83—100.0 (90.4)

* По месторождению Тебинбулак нет определения содержания скандия в мономинеральных фракциях.

* The Tebinbulak deposit lacks determination of the scandium content in monomineral fractions.

Таблица 4. Выборка из результатов ICP-масс-спектрометрического анализа (г/т) проб руды и продуктов обогащения титаномагнетитовой руды месторождения Тебинбулак

Table 4. Sample from the results of ICP-mass spectrometric analysis (g/t) of samples of ore and titanomagnetite ore beneficiation products from Tebinbulak deposit

№	Фракции	Al. %	Sc	Ti. %	V. %	Fe. %	As	Ag	Cd	W	Рb	Bi	Аu*
1	Сред. проба / Average sample	2.6	76	1.2	1.0	19	9.4	1	1.8	0.26	1.9	0.078	0.11
2	Магн. фрак. 2 / Magnetic fraction 2	1.1	14	2.4	2.8	54	9.4	1	1.9	1.2	6.0	0.084	0.077
3	Тяж. фракц . / Heavy fraction	0.75	12	3.0	2.3	47	310.0	100	3.4	710.0	2.0	5.5	59.00
4	Пром. пр. гр / industrial product	1.0	19	2.6	2.4	48	39.0	3.5	2.2	8.30	49	0.43	1.50
5	железн. концент. / iron concentrate	1.1	26	2.1	2.1	42	15.0	2.0	1.9	3.20	14	0.14	0.36
6	Магн. фракц. 1 / Magnetic fraction 1	1.1	15	2.3	2.6	54	63.0	4.4	5.6	12.00	66	0.49	4.60
7	Хвосты / Tails	3.3	110	0.88	0.034	7.9	73.00	2.0	4.1	11.00	81	0.27	0.54

Примечание: * — полуколичественный анализ.

Note: * — semi-quantitative analysis.

Заключение

Если основными полезными компонентами руд являются железо, ванадий и титан, то рудовмещающие породы (пироксениты) представлены на 53 % пироксеном и на 22 % роговой обманкой, в которых в виде полезных примесей присутствуют Ag, Мn, Ni, Сr и Sc. Из них наиболее ценным попутным компонентом является редкий металл скандий .

С экономической точки зрения в целом геологические запасы титаномагнетитовых руд месторождения Тебинбулак составляют более 2.9 млрд т, в т. ч. промышленные запасы в проектном контуре карьера — 1.057 млрд т , с содержанием железа общ. — 13.2 %, в т. ч. магнетита — 6.8 %, титана —2—3 %, ванадия — 0.15 %.

Содержание скандия в рудах месторождения Тебинбулак по результатам анализов более 700 рядовых и двух технологических проб составляет в среднем 60—76 г/т. Этими пробами установлен сравнительно равномерный характер распространения скандия в рудах месторождения как по горизонтали, так и по вертикали (рис. 7). В Иркутском научно-исследовательском и проектном институте «Технологии обогащения минерального сырья» (ТОМС) в 2020 г. на примере технологической пробы весом 2.2 т в составе руд ме- сторождения Тебинбулак установлено среднее содержание скандия в количестве 72 г/т.

Изучением фракций технологической пробы № 1 (ГП «ИМР») весом 1050 кг установлено, что скандий при обогащении титаномагнетитовых руд в основном скапливается в силикатных хвостах обогащения руд, представленных пироксеном (диопсид) и роговой обманкой, в которых его содержание составляет до 110 г/т, по результатам Х. Ахмедова и Б. Н. Хамидул-лаева (2011 г.).

Если учесть, что 75 % объема руды представлено силикатами (пироксен и роговая обманка), то при годовом объеме переработки 30 млн т руды, ежегодно образуется до 22.5 млн т силикатных хвостов, в которых содержится более 2400 т скандия.

Рыночная стоимость скандия на сегодня с учетом чистоты получаемого продукта варьирует от 3.5 до 12 тыс. долларов США за 1 кг, т. е. каждые 13—15 г скандия по самой низкой стоимости приравниваются к стоимости 1 г золота. Если обеспечить даже 50 % извлечения скандия из силикатных хвостов, это будет равняться по рыночной стоимости более 4 млрд долларов.

В связи с этим необходимо продолжить технологические исследования по разработке эффективной 25

Рис.7 . Скандиеносность руд месторождения Тебинбулак в плане ( a ) и по разрезам (b—d)

Fig.7. Scandium content of ores of the Tebinbulak deposit in plan (a) and in sections (b—d)

схемы извлечения скандия из хвостов переработки основного производства. В настоящее время известны работы по технологии извлечения скандия из отходов ММС титаножелезомагнетитов [7].

Даже при небольших запасах и содержаниях титаномагнетитовых руд при извлечении попутных компонентов (скандия, ванадия, платиноидов, золота), а также нерудных хвостов (по безотходной технологии) объект может быть высокорентабельным для отработки.