Месторождения бериллия

11.01.2017

Бериллий — редкий, уникальный, легкий и устойчивый стратегический металл ограниченного производства, использующийся только в новой технике (атомной, аэроракетно-космической, машино- и приборостроительной) и имеющий большие перспективы в термоядерном синтезе, суперсплавах, оптоэлектронике и др. Мировое зарубежное производство в 1987 г. составило около 320 т, потребление 350 т металла; к 2000 г. намечалось удвоение потребностей. Цена металлического Be в 1988 г. была ~ 500 дол/кг. Общие запасы зарубежных стран оценивались в конце 80-х годов в ~ 1 млн т, а возможный мировой металлогенический потенциал — в 20 млн т. Технофильность Be относительно низкая — 2*10в6. Основным производителем его стали США, где в 1980 г. только из одного месторождения Спер-Маунтин добыли ~ 7 тыс. т концентрата, содержащего 11 % BeO.
В геолого-геохимической систематике месторождения Be находятся в лито- и литохалькофильной группах, в генетической — среди магматогенных пегматитовых, скарновых, грейзеновых, гидротермальных и остаточных месторождений. Бериллий — один из тех металлов, сырьевая база которых за последние десятилетия претерпела коренные изменения; в настоящее время вместо небольших (0,n — 20 т BeO) месторождений редкометальных гранитных пегматитов с бедными рудами (0,00n — 0,n % BeO), из которых берилл добывается попутно, открыты низкотемпературные гидротермально-метасоматические богатые и крупные собственные месторождения Be. Важно отметить, что возможность обнаружения гидротермальных концентраций Be, образующихся за счет его переноса фторсодержащими и углекислыми растворами, была предсказана А.А. Беусом.
К крупнейшим месторождениям Be относятся (запасы BeO, тыс. т и содержание BeO, %): Кинс-Маунтин, США (пегматиты, ≥120 и 0,3); Бао Виста, Бразилия (пегматиты, ≥40 и 0,2—0,3); Редскин шток, США (грейзены, ≥50 и 1); Спер-Маунтин, США (метасоматиты, ≥38 и 0,5—0,7).
В формационной и промышленно-парагенетической классификации Н.А. Солодова выделяется три группы формаций: две эндогенные с кислыми и щелочными породами и экзогенная.
В первую входят следующие формации (в скобках — содержание BeO, %): 1) гранитных пегматитов (ГЭ = 1*10в4 — 5*10в4) — микроклиновых (0,005—0,01), микроклин-альбитовых (0,04—0,05), альбитовых (0,08—0,25); 2) эпискарновых метасоматитов флюорит-шпинель-циннвальдитового состава с таафеитом, хризобериллом и сянхуалитом (до 0,3) и др.; 3) редкометальных грейзенов (ГЭ = 1*10в4—5-*10в4) с восьмью парагенетическими типами месторождений — кварц-молибденитовых, кварц-вольфрамитовых, кварц-касситеритовых с бериллом (0,1—0,4), олигоклаз-флогопитовых с бериллом и изумрудом (0,1—0,15) и др.; 4) редкометальных слюдисто-флюоритовых метасоматитов (ГЭ = 5*10в6) — пять типов с бериллом, фенакитом, хризобериллом, эвклазом, бромеллитом (до 1%).
Щелочная группа объединяет формации: 1) бериллиеносных флюоритовых метасоматитов (гидротермалитов), включающие семь типов, в том числе наиболее богатые (0,5—3,0% BeO) и очень крупные (до 150 тыс. т BeO) месторождения; 2) редкометальных щелочных метасоматитов — четыре типа с комплексными (TR, Zr, Be), иногда богатыми (0,1—3%) рудами и крупными (до 100 тыс. т) запасами; 3) редкометальных щелочных метасоматитов в связи с нефелин-альбит-калишпатовыми (миаскитовыми) массивами с аминовитом, лейкофаном (0,2—0,4%); 4) нефелин-калишпатовых (агпаитовых) массивов с чкаловитом, гакманитом (0,1—0,3%); 5) редкометальных фенитов с барилитом (0,3—0,5% BeO).
В экзогенной группе выделены две формации: бериллиеносная вулканогенно-осадочная, представленная монтмориллонитовыми глинами с бехоитом, гельбертрандитом и сферобертрандитом (0,3—3,0% BeO, запасы n*10 тыс. т), и редкометальных кор выветривания с касситеритом, танталатами, бериллом, с бедными (0,005—0,03% BeO) рудами и небольшими (0, n тыс. т), но высокорентабельными запасами.
Примерно такое же большое число типов месторождений Be выделено А.И. Гинзбургом, И.П. Заболотной, И.И. Куприяновой, Е.П. Шпановым и др. Особенно детально ими, а также И.Н. Говоровым, изучены различные типы гидротермально-метасоматических месторождений, для которых установлены главные геолого-геохимические факторы рудообразования. Учитывая высокую устойчивость фторидных и гидроксилфтористых комплексов Be (pH = 4—12), большую устойчивость К, чем Na комплексов, а также то, что растворы, связанные с субщелочными и щелочными гранитами, будут становиться кислыми при большем удалении от источника и при меньших температурах, чем растворы, связанные с аляскитами, сделан вывод о том, что с щелочными породами должны ассоциировать наиболее удаленные и низкотемпературные руды с фенакитом, бертрандитом, гельвином, барилитом, гадолинитом, с аляскитами — руды, содержащие берилл, хризоберилл, эвклаз, а с наиболее щелочными — руды с эвдидимитом, лейкофаном, мелинофаном, чкаловитом.
Образование бериллиевой минерализации обусловлено, помимо резкого подкисления растворов, распадом фторкомплексов Be и формированием флюорита, что возможно при наличии карбонатных пород и определяет комплексный флюорит-бериллиевый состав руд. Наиболее крупные и богатые месторождения Be связаны с субщелочными и щелочными гранитоидами, возникающими в зонах активизации относительно поднятых устойчивых блоков земной коры (щиты, срединные массивы, горсты); они приурочены к краевым частям предрудных поднятий, на стыке с наложенными впадинами. При этом, чем более древнюю консолидацию имеет поднятие, тем оно более перспективно. В связи с этим наиболее рудоносны мезо-кайнозойские зоны активизации стабильпых массивов докембрийского возраста.
Для гидротермально-метасоматических руд выявлена вертикальная зональность бериллиевой минерализации. Для месторождений, связанных с субщелочными гранитоидами, залегающими в карбонатных породах, она такова; лейкофан (мелинофан) → фенакит → бертрандит, для объектов, связанных с аляскитами: берилл → эвклаз → фенакит → бертрандит или хризоберилл.
Наибольший практический интерес имеют руды Be берграндитового (Спер-Маунтин, США и др.), флюорит-бертрандит-фенакитового, флюорит-слюдисто-бериллового типов и щелочных бериллиеносных метасоматитов. Эти месторождения по многим параметрам не уступают месторождениям Sn, W, Mo соответствующих типов.
Кроме собственных месторождений Be, он широко распространен в комплексных редкометальных рудах Mo, Sn W, Li, Zr и др.; в них Be может иметь попутное значение, особенно в связи с необходимостью экологической защиты окружающей среды от его токсикологического влияния.
В наиболее крупных месторождениях других металлов Be распределен следующим образом.
В Fe-Mn океанических конкрециях содержания его меняются от 1,3 до 24,5 г/т, в стандартном образце конкреций Атлантики среднее содержание составило ~5,6 г/т, генеральное среднее для конкреций Мирового океана принято 2,5 г/т, среднее для глубоководных океанических осадков 2,6 г/т.
В фосфоритах фоновые содержания Be обычно того же порядка — 1—10 г/т, однако в отдельных случаях превышают 50 г/т. Высокие содержания независимо от генезиса фосфоритов обычно встречаются в их континентальных окисленных разностях алюмофосфатного состава. По данным В.З. Близковского, Be может образовывать устойчивые Be-Ca фосфаты, изоструктурные с Al-Ca фосфатами, и в таких случаях его локальные концентрации могут достигать 0, п%. По В.Н. Холодову, осадочные фосфориты содержат повышенные количества Be по сравнению с вмещающими породами. Для Kapa-Tay содержания его таковы (г/т): кремнистые породы 1,0—1,6; карбонатные 2,3; гравелиты, песчаники, алевролиты 2,8; Fe-Mn руды 3,0; фосфориты 3,7. В морских фосфоритах содержание Be в целом нарастает к береговой зоне.
В бокситах Be встречается постоянно в количествах от 0,3 до 17 г/т. По В.А. Тенякову, для месторождений платформ его содержание составляет 0,3—4 г/т (х = 1,5 г/т). Это почти соответствует концентрации Be в исходных породах. Геосинклинальные бокситы относительно обогащены Be (1,6—15, в среднем 8 г/т). А.К. Гладковская с соавторами считают, что бокситы морского происхождения образовались за счет давсонитовой Na Al [(OH)2 CO3] минерализации. По А. К. Шаровой и другим исследователям, 1966 г., распределение Be в бокситах Вьетнама следующее (г/т): диаспор 3—6, бёмиг 3, магнитная фракция 0—3, гидрослюды 3. Для разных месторождений корреляционные связи Be меняются — в одних это Al, в других Fe.
Бериллий — типичный элемент каустобиолитов, иногда устанавливается в горючих сланцах и очень редко в нефтях. Сланцы морского происхождения содержат ≤1 г/т Be (Прибалтийские, Волжские и др.); по В.Р. Клер, концентрация его такова (г/т): в сланцах Болтышского месторождения ~1, в менилитовых сланцах Карнат ~10, в Байсунских 20, Кендырлыкских 10. Предварительная оценка среднего содержания для «черных» сланцев 3,6 г/т. Во всех случаях концентрации Be имеют вторичное происхождение и локальное распространение.
Для углей имеются генеральные оценки средних содержаний Be, которые колеблются от 0,9 до 5,6 г/т; по И.Д. Башаркевич с соавторами, эти оценки таковы (г/т): бурые угли 1,9, каменные 0,9; по Ф.Я. Сапрыкину — 5,6 (з. 37); по Э.Я. Юдович: бурые 3,2 (з. 26), каменные 1 (з. 22); по В.Р. Клер для России: 2,5 (з. 20). Для мира кларк Be в углях 1,2±0,4 г/т. При низких фоновых содержаниях Be в некоторых случаях были выявлены очень высокие его концентрации в низкомегаморфизованных углях — для США, по старым данным В. Кук (1938 г.) 1 — 10 кг на 1 г золы, для России — 0,0n — 0,n кг на 1 т угля при обратной корреляции Be — зольность. При этом отмечается эпигенетическое происхождение концентраций Be. Довольно часто содержание Be в углях самое низкое среди осадочных пород района. Например, это выявлено В.П. Сапрыкиным с соавторами для угленосной толщи C2 Донбасса: угли 2,6 г/т, вмещающие породы — от 4,2 (карбонатные) до 10,9 г/т (алевролиты).
Большинство исследователей считают, что Be входит в органическую составляющую углей и сходен с Ge. Ф.Я. Сапрыкин и другие исследователи отметили высокую подвижность Be в углях и установили его распределение по составляющим (г/т): гуминовые кислоты 0,3—1,2 (среднее 0,7), фульво- и органические кислоты 0,2—0,8 (0,5); в тех же веществах из вмещающих пород 0,2—0,5 (0,4). При перераспределении преобладает миграция Be в угли из вмещающих пород. Об этом, по Н.А. Григорьеву, свидетельствует увеличение его содержания от современных растений (среднее 0,4 г/т) к торфу (0,9 г/т) и ископаемым углям, а также от более молодых угольных бассейнов нашей страны к древним. По Ф.Я. Сапрыкину с соавторами (1975 г.), содержания Be в углях разного возраста таковы (г/т): палеогеновых и неогеновых 2,4, мезозойских 4,2, пермских 5,3, карбоновых 7,9. В некоторых случаях, по П. Зубовик с соавторами, до 50% Be в углях может быть связано с минеральной фракцией. Особенно типичен Be для некоторых германий-угольных синвулканических месторождений.
Бериллиеносность торфов более низкая, чем углей, — 0,1—5 г/т (средние фоновые содержания), среднее содержание в торфах нашей страны 0,9 г/т; наиболее низкие содержания (г/т) отмечаются в торфах низинного (0,1), переходного (0,2) и верхового типов (0,1). Для нефтей известно несколько определений, которые показали, что для Каспийского бассейна содержание его в сырой нефти оценивается в 4 г/т, а в золе — только в 0,7 г/т (вероятно, за счет улетучивания).
По единичным данным Г.А. Ботнева в нефтях Балтийской провинции установлено всего 0,01 г/т.
В осадочных железных рудах Be встречается спорадически и в незначительных концентрациях (≤4—20 г/т, по К. Краускопф, 1958 г.); более поздние данные подтвердили эти выводы). Низкие содержания бериллия типичны для железистых кварцитов; среднее для месторождений KMA 0,4 г/т. В других типах месторождений оно может быть повышенным. Это отмечалось для осадочных сидеритовых руд Глазовской синеклизы В.П. Наборщиковым и другими исследователями (среднее 15 г/т), для железистых фракций современных морских глинистых (9,8—18 г/т) и песчано-глинистых (до 8,7 г/т) отложений залива Пария-II Д. Херстом. Данные Н.А. Григорьева свидетельствуют, что в относительно молодых железорудных месторождениях Зауралья содержание выше, чем во вмещающих породах, и что основное количество бериллия заключено в минералах железа.