Ніобієві руди

Ніобієві руди — природні мінеральні утворення, з яких економічно доцільно і технічно можливо видобувати ніобій.

Загальна характеристика

Існує велика група мінералів тантало-ніобатів, які являють собою природні комплексні сполуки танталу та ніобію. Узагальнена формула цих мінералів: А_nB_mX_p, де:

А – катіони великого розміру (Са²⁺,РЗМ,U⁴⁺,Th⁴⁺,Na⁺, іноді Pb²⁺,Sb²⁺,Bi³⁺) та середнього розміру (Fe²⁺,Mn²⁺,Mg²⁺);

B – Nb⁵⁺, Ta⁵⁺, які заміщаються Ті⁴⁺,Sn⁴⁺,Fe³⁺;

X – аніони: O^2-, ОН^-,F^-.

Із 130 відомих мінералів ніобію (танталу) промислове значення мають тільки шість:

• колумбіт (Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆ – 50-67 % Nb₂O₅,
• пірохлор (Ca,Na)₂(Nb,Ta,Ti)₂O₅(OH,F) – 40-70 % Nb₂O₅,
• мікроліт (Na,Ca)₂Ta₂O₆(O,OH,F) – 60,8-80,6 % Nb₂O₅,
• лопарит (Na,Ce,Ca)(Ti,Nb,Ta)O₃ – 7-20 % Nb₂O₅,
• фергусоніт Y(Nb,Ta)O₄ – 38-58 % Nb₂O₅,
• евксеніт (Y,Ce,U)(Nb,Ta,Ti)₂ – 21-34 % Nb₂O₅.

Головні рудні мінерали ніобію: пірохлор (40-80 % Nb₂О₅), колумбіт (50- 78 % Nb₂О₅) і лопарит (7-20 % Nb₂О₅). Важливими рудними мінералами є група колумбіту-танталіту (Fe, Mn) (Nb, Ta)₂O₅ (75–86 % Nb₂О₅ + Та₂О₅), воджиніт (Mn, Fe) (Та, Sn)₂О₆ (70 % Та₂О₅), група пірохлору-мікроліту (Са, Na)₂(Nb, Ta)₂O₆ (ОН, F) (30–70 % Nb₂О₅ + Та₂О₅), яка включає численні різновиди (урано-танталовий пірохлор-гатчетоліт, рідкісноземельно-танталовий пірохлор-мариньякіт, плюмбо-пірохлор та ін.), лопарит (TRCe, Na, Ca)(Ti, Nb, Ta)O₃ (8-20 % Nb₂О₅ + Та₂О₅), фергусоніт YNbO4–броцаніт CeNbO₄ (38–58 % Nb₂О₅) та ін.

У ніобієвих рудах часто присутні домішки танталу. Мінерали групи колумбіту, фергусоніт, лопарит стійкі в зоні гіпергенезу і нагромаджуються в розсипах. У залежності від генетичного типу руди містять також мінерали флуору, цирконію, стронцію, рідкісних земель, урану, торію, літію, берилію та ін.

Провідна роль в мінерально-сировинній базі ніобію належить Бразилії (73,9 %), Канаді (8,8 %) та Габону (7,6 %). На інші країни припадає менше 10 % підтверджених запасів.

Ендогенні родовища пов'язані з лужними і сублужними породами. Основними промисловими типами родовищ є: пірохлорові карбонатити, лопаритові нефелінові сієніти, колумбіт-пірохлорові лужні граніти і граносієніти, пірохлорові альбітити. Екзогенні родовища представлені корами вивітрювання на карбонатитах і колумбітових гранітах, а також алювіальними, делювіально-елювіальними, озерними і флювіогляціальними розсипами колумбіту, пірохлору, лопариту. Головні добувні країни: Бразилія, Канада, ДР Конго, Нігерія, Австралія. Унікальним родовищем ніобію є карбонатити Боррейро-де-Араша в Бразилії, що містять до 4 % Nb₂O₅.

Класифікація родовищ ніобієвих руд

За запасами. Великими вважаються родовища ніобієвих руд із запасами понад 500 тис. т Nb₂O₅, дрібними — із запасами менше 100 тис. Багаті родовища містять понад 0,4–0,5 % Nb₂O₅, бідні — 0,1-0,15 % Nb₂O₅. Всі родовища поділяють на власне ніобієві (Nb: Та>20:1), тантало-ніобієві (Nb: Та від 20:1 до 5:1) і танталові (Nb: Та від 5:1 до 1:3). За походженням і складом. До промислових типів ніобієвих і танталових родовищ належать: магматичні, пегматитові, альбітитові, полевошпатових метасоматитів, карбонатитові, вивітрювання і розсипні.

До м а г м а т и ч н и х родовищ належать лопаритоносні стратифіковані масиви агпаїтових нефелінових сієнітів, пов'язані з тектоно-магматичною активізацією древніх щитів і представлені округлими в плані масивами центрального типу, що мають у вертикальному розрізі лійкоподібну форму. Лопарит — комплексна сировина, з нього добувають Та, Nb, TR, Ce, Ti. Рудні концентрати містять 0,5-0,6 % Та2О5 при співвідношенні Nb₂O₅:Та₂О₅ = 13:1-14:1.

Пегматитові родовища відомі у США, а також в Китаї і Індії де розробляють в основному пегматитові родовища з невисоким вмістом пентоксиду ніобію в рудах. Пегматитові рудопрояви відомі в Україні, Росії та ін. На лужні кварц-мікроклін-альбітові метасоматити, пегматити та розсипи – припадає близько 8 % підтверджених запасів, і близько 1 % видобутку ніобію. Вміст Nb₂O₅ в них значно нижчий, і складає звичайно перші десяті відсотка. Ніобієва міне¬ралізація в таких родовищах представлена групою колумбіт-танталіту.

Альбітитові родовища виникають в складчастих областях на посторогенних етапах їх розвитку і пов'язані з багатофазними гранітними комплексами. Кінцеві заключні їх фази локалізуються у вузлах сполучення тектонічних зон і зустрічаються у вигляді невеликих (до 1 км²) штоків, куполів, що формуються на глибинах 1-2,5 км.

Родовища полевошпатових метасоматитів локалізуються в зонах активізації і пов'язані з регіональними розломами, що проходять в межах фундаменту платформ, або в областях завершеної складчастості. Родовища представлені довгастими покладами, що не мають чітких геологічних контурів, з вкрапленими і прожилково-вкрапленими рудами. Основний рудний мінерал — пірохлор, збагачений TR, що містить 4-6 % Ta₂O₅ при співвідношенні Nb: Та 10:1-12:1. Вміст Nb₂O₅ від 0,15-0,2 до 0,6 %, ZrO₂ — від 1 до 2 %. Геохімічно відрізняються підвищеними вмістами F, Zr, Nb>Ta, TRCe, TRY, Th, U, Mo іноді Li, Sn, Be.

Карбонатити і їх кори вивітрювання є важливим джерелом отримання ніобію. Всі карбонатитові родовища розташовуються на платформах, древніх щитах і приурочені до глибинних розломів. Карбонатити часто супроводжуються своєрідними апатит-форстерит-магнетитовими породами з кальцитом. У одних з них різко переважає магнетит і вони стають залізняком (Ковдорський масив, Росія), в інших — апатит (Палабор, ПАР), але в них постійно у вигляді акцесорних мінералів зустрічається баделеїт, рідше гатчетоліт, пірохлор, циркеліт, а також халькопірит. На тлі бідного вмісту Nb₂O₅ (0,1-0,15 % на масу карбонатиту) виділяються окремі зони і ділянки із вмістом 0,3-0,7 % Nb₂O₅ і більше. Так середній вміст для руд родовища Ніобек (Сант-Оноре) в Канаді 0,6-0,7 %.

Сучасні площові кори вивітрювання, збагачені колумбітом, виникають в країнах, розташованих в тропіках, де широко розвинені колумбітоносні граніти. Такі молоді лужні граніти плато Джос в Нігерії. Приблизно 65 % колумбіту добувається з вивітрених гранітів і 35 % з розсипів. Істотне значення мають також площові і особливо лінійні кори вивітрювання на карбонатитах, в яких міститься до 10-15 % Р₂О₅ і до 1-4 % Nb₂O₅. Глибина поширення лінійних кір, приурочених до тектонічних зон, нерідко досягає 100 м.

В Україні руди ніобію і спорідненого з ним танталу не видобувають. Промислові концентрації виявлені в рудах комплексних родовищ центральної, південно-східної та північно-західної частин Українського щита. Державним балансом запасів корисних копалин України запаси пентоксиду танталу та ніобію враховуються по розсипному циркон-рутил-ільменітовому Малишевському (Дніпропетровська обл.) та корінному апатит-рідкіснометалічному Новополтавському (Запорізька обл.) родовищах.

Тантал-ніобієве зруденіння в рідкіснометалічних пегматитах представлене рудопроявами в різних частинах Українського Щита. В північно-західній – групою рудопроявів Кочерівської зони (Папірнянський, Рудня та інші), рудопроявами Комендантівського рудного поля в північно-західній частині Середнього Придніпров’я, родовищем “Крута Балка” та численними рудопроявами в Західному Приазов’ї (Кримська Балка, Олексіївський та інші). Рідкіснометалічне зруденіння пов’язане із заміщеними пегматитами мікроклін-альбітового, альбітового та альбіт-сподуменового складу. Пегматитові тіла в більшості безкореневі, лінзовидні, плитовидні, іноді грибоподібні. По розрізу вмісної товщі вони розміщені пошарово, утворюючи «шаруватий пиріг». Великі пегматитові тіла мають зональну будову, вмісти пентоксидів ніобію й танталу в зв’язку з цим досить суттєво коливаються. Найбільший вміст танталу і ніобію у кварц-мусковіт-альбітових зонах: ніобію від 20-40 до 300-400 г/т, танталу – від 30-70 до 500-700 г/т.

Переробка руд ніобію

Тантало-ніобієві руди збагачуються в основному гравітаційними методами. Флотація застосовується для вилучення тантало-ніобієвих мінералів з тонковкраплених руд, а також з відходів і шламів гравітаційного збагачення.

Необхідність комплексного використання сировини і близькість флотаційних властивостей багатьох розділюваних мінералів вимагають застосування складних схем флотації.

За період 2000-2017 р.р. світове виробництво ніобію в концент¬ратах зросло більш ніж в три рази та досягло майже 69,0 тис. т (в перерахунку на 100 % Nb). Домінує у виробництві ніобієвих концент¬ратів Бразилія (до 94 % від світового виробництва) та Канада – 5,5 %. Сумарна потужність ніобієвих гірничо-збагачувальних підпри¬ємств в зарубіжних країнах оцінювалася станом на 2017 р. в 250 тис. т концентрату. Кінцева ніобієва продукція випускається в основному у вигляді фероніобію, в меншій мірі – пентоксиду, чистого металу, різних сплавів і сполук ніобію. Імпортують фероніобій такі країни як США, Японія, Німеччина, Китай, Італія, Південна Корея, Бельгія, Франція, Росія, та інші. Споживання ніобію в промислово розвинутих країнах постійно зростає. Структура споживання ніобію за кордоном в останні роки суттєво не змінюється. У США споживання ніобію у 2018 р. складало більше 6000 т (в перерахунку на Nb2O5), в тому числі у вуглецевій сталі – 32 %, високоміцних низьколегованих – 16 %, нержавіючих та жаростійких – 13 %, легованих – 11 %; у виробництві суперсплавів було спожито 27 % ніобію, в інших галузях – 1 %.

Література

1. Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / За ред. В. С. Білецького. Донецьк : Донбас, 2007. Т. 2. 670 с.
2. Mineral commodity summaries 2020. Reston : U.S. Department of the Interior, 2020. 204 p.
3. Шпильовий Л. В., Білецький В. С., Шпильовий К. Л. Збагачення ніобієвих руд / За ред. В. С. Білецького. Київ : ФОП Халіков Р. Х., 2021. 160 с.

Автор

В. С. Білецький

Л. В. Шпильовий

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 22.09.2021