Бокситы   

  В 1821 г. французский химик Верные впервые исследовал и описал встречающуюся близ города Ле Бо (Les Baux), на юге Франции, горную породу, содержащую 52% Аl2Оз, 27,6% F₂0₃ и  20,4 % Н2О, причем назвал ее по месту нахождения бокси­том (bauxite).

  В настоящее время бокситы являются важнейшей алюминие­вой рудой, на которой, за немногими исключениями, базирует­ся почти вся мировая алюминиевая промышленность.

  Бокситы представляют собой сложную горную породу, в состав которой входят: гидраты окислов алюминия, образую­щие основную рудную массу; железо в форме гидратов окислов, окислов и силикатов; кремний, в виде кварца, опала и каолини­та; титан, в виде рутила и других соединений; карбоната каль­ция и магния, а также небольшие количества соединений натрия, калия, циркония, хрома, фосфора, ванадия, галлия и других элементов; нередко в бокситах обнаруживается также примесь пирита.

  Химический состав бокситов в, зависимости от минералоги­ческой формы гидроокиси алюминия и количества примесей, колеблется в широких пределах.  Качество бокситов как алюми­ниевой руды определяется прежде всего содержанием в них глинозема и кремнезема: чем ниже содержащее SiO₂ и больше Аl2Оз, тем при прочих равных условиях выше качество руды. Большое значение имеет так называемая «вскрываемость»  бок­сита, т. е. легкость извлечения из інего глнозема. Физические свойства бокситов весьма разнообразны, а внешние отличия столь непостоянны, что определение боксита на-глаз весьма затруднительно. Этим обусловливаются большие трудности в по­исках бокситов. Характерна чрезвычайно большая дисперсность компонентов боксита. Поэтому под обычным микроскопом в боксите можно различить только огдальнные хорошо окристаллизованные выделения и примеси.

  По внешнему виду бокситы (являются глиноподобнюй, а ча­сто каменистой породой; вообще же структура их весьма раз­нообразна. Бокситы (бывают плотные, с землистым изломом, или пористые, с грубым ячеистым  изломом; часто в основной массе боксита бывают включены округлые тельца, дающие  оолитовую структуру руды. Эти тельца образованы окис­лами железа и иногда глиноземом.

  Цвет бокситов столь же разнообразен, как и их структура. Бокситы встречаются всевозможных оттенков — от белого до тёмнокрасного, но чаще всего бывают буро- или  кирпично -красного цвета. Удельный вес бокситов колеблется в широких пре­делах. У легких пористых бокситов с невысоким содержанием кремнезема и железа он составляет приблизительно 1,2; плотные сильно железистые, каменистые бокситы имеют удельный вес равный примерно 2,8. Твердость бокситов по шкале Мооса варь­ирует от 2 до 7. Напоминая иногда по своему внешнему виду глину, боксит ничего общего, однако, с ней не имеет. Характер­ным отличительным признаком боксита является то, что с во­дой он в противоположность глинам, не дает пластичной массы.

  Минералогическое отличие бокситов от глин, как уже упо­миналось выше, заключается в том, что в составе первых алю­миний находится в форме гидроокисей, во вторых же в виде каолинита. В зависимости от минералогической формы гидроокиси бемита и диаспора АlOОН или гидраргиллита Аl(OH)3, в виде которой алюминий находится в боксите, соответственно различают типы бокситов: бемитовый, диаспоровый, гидрар­гиллитовый и смешанный.

  Для исследования минера логического состава бокситов весьма удобным является при­менение термического анали­за с получением кривых нагреваиия.

  На рис. 1 даны результа­ты термического анализа раз­личных образцов тихвинских бокситов, выполненные акад. Н. С. Курнаковым и Г. Г. Ура­зовым. На кривых нагревания виден ряд эндотермических участков (остановок), кото­рые отвечают обезвоживанию гидраргиллита, диаспора (бемита) ,и каолинита. Термиче­ская остановка, отвечающая обезвоживанию гидраргиллита, лежит в интервале 202— 205°, диаспора — 509—555° и каолинита — 558—605°

рис. 1. Кривые нагревания тихвин­ских бокситов (по Н Курнакову и Г. Уразову)

а, б, в — эндотермические остановки, от­вечающие выделению воды из гидраргиллита — АІ2О3*ЗН2О, диаспора — АІ2О3*Н2О и каолинита — АІ2О3*2SiO2*ЗН2О; г —само­произвольное нагревание, характерной для молекулярного превращения в обезвожен­ном каолине в области 960—1000°

  На рис. 2.  представлены аналогичные кривые нагревания бокситов Северного Урала (ме­сторождения «Красная шапочка»), указывающие на их диаспо­ровый (бемитный) характер.

рис. 2. Кривые нагревания бокситов месторождения «Красная шапочка» (по Малдаванцеву)

Горизонтальные участки на кривых (эндотермические остановки) отвечают выделению воды из диаспора (бемита)— АІ2О3*Н2О

  Путем термического анализа, таким образом, может быть легко установлена минералогическая форма в виде которой глинозем присутствует в боксите, а следовательно, и тип по­следнего.

  Несмотря на то, что бокситы известны уже более 100 лет; а последние десятилетия привлекают к себе исключительно боль­шое внимание как наиболее ценная алюминиевая руда. гене­зис (происхождение) их далеко еще нельзя считать выяснен­ным. Среди геологов и геохимиков по этому вопросу нет един­ства» во взглядах. Имеется, однако, много данных, указываю­щих, что образование бокситов связано вообще с различными процессами и поэтому не может быть единообразным для всех месторождений. По вопросу генезиса бокситов существуют три следующие важнейшие гипотезы:

  1) бокситы являются остатком после растворения (выщела­чивания) известняков так называемым terro rossa (красная зем­ля), который состоит из смеси различных водных алюмосили­катов (Фокс);

  2) бокситы, являются продуктом выветривания древней коры с последующим механическим перемещением и переотложени­ем остаточного продукта, находящегося в коллоидном состоя­нии (С. Ф. Малявкин);

  3) бокситы являются химическим осадком, образовавшимся при разложении растворов алюминиевых, железных и титано­вых солей (получавшихся за счет выщелачивания природными водами изверженных пород) в момент поступления их в водо­емы — моря и озера (акад. А. Д. Архангельский).

  Главнейшие типы бокситов, во всяком случае на территории СНГ, образовались именно последним путем Акад. А. Е. Фер­сман приводит следующую схему осаждения гидратов окиси алюминия из растворов алюминиевых солей при разных значе­ниях рН, иллюстрирующую возможность гидрохимического об­разования скоплений алюминия (в виде гидратов):

  Из этой схемы видно, что алюминий растворяется лиш при очень высоких и при очень низких рН. Первое редко осу­ществляется в земной коре; гораздо важнее вторая группа ра­створов — кислых, в виде которых алюминий очень легко мигри­рует (выносится). Местами образования таких растворов явля­ются, например, районы окисления сульфидов. Эти растворы мо­гут привести к выпадению гидроокиси алюминия при повыше­нии рН, что и наступает, если они попадают в среду океана моря или озера с рН, равным 6—8.

  Благодаря этому распространение бокситов должно быть по преимуществу связано с прибрежными осадками древних (па- леозойских и мезозойских) морей или озер. В СНГ такими районами являются оба склона Уральского хребта и террито­рия Средней Азии.

  Бокситы являются достаточно широко распространенной горной породой. Мировые разведанные запасы их определяются примерно, в один миллиард тонн, причем первое место по запасам занимает Европа, второе Африка, третье Америка, чет­вертое Азия и, на конец, пятое Австралия.

  Разработка бокситов с промышленными целями началась сравнительно недавно. Впервые бокситы спали добываться во Франции в 70-х годах прошлого столетия. В 1890 г. начались разработки бокситов в Англии и США, в 1/907 г. в Италии, в 1908 г. в Индии и Голландской Гвиане.

  Крупнейшие в мире месторождения бокситов сосредоточены на юго-востоке Франции, в департаменте Вар, близ г. Бо. Фран­цузские бокситы считаются лучшими в мире. Бокситы депар­тамента Вар принадлежат к бемито-диаспоровому типу. Из других западноевропейских стран наиболее важными месторож­дениями бокситов располагают Венгрия, Югославия (в Далма­ции), Италия (на полуострове Истрия) и Греция. Англия, Швей­цария и Норвегия не имеют своих бокситов и импортируют их из других стран.

  В США важнейшие месторождения находятся в штате Ар­канзас. Отличительной особенностью этих бокситов является принадлежность их к трехвидному гидраргиллитовому типу и низкое содержание железа.

  На территории Южной Америки значительные месторожде­ния бокситов расположены в Британской и Голландской Гвианах. В 1916 г. были открыты залежи бокситов в Африке в районе Золотого Берега. Особенностью этих бокситов является содер­жание 1В них небольших количеств золота и серебра. В Индии месторождения бокситов находятся 1В малодоступных областях, и промышленное значение их пока невелико.

  В табл.3  приведен химический состав бокситов наиболее известных месторождений различных стран.

  Главнейныие промышленные месторождения бокситов в на­шей стране сосредоточены в двух районах —Тихвинском районе Ленинградской области и на Урале.

  Месторождений бокситов Тихвинского района открыты в 1916 г. Образование их относится к каменноугольному периоду. Тихвинские бокситы занимают узкую полосу шириной 6—12 км. Они залегают обычно в виде неправильных по форме гнезд (линз) и покрыты сверху песчаными и глинистыми породами ледникового происхождения. По внешнему виду тихвинские бокситы крайнее разнообразны: окрас их проходит через все оттенки — от белого до красного и фиолетового цветов; так же непостоянны их удельный вес и химический состав.

  Химический состав тихвинских бокситов изменяется от та­ких пород, соотношение между содержанием глинозема и крем­незема в которых соответствует глинам и до таких руд, где количество глинозема доходит до 70% , а) содержание SіО2 па­дает до 2—2,5%. Количество химически связанной воды в глав­ной маcсе бокситов лежит в пределах 12—14%, но имеются и такие бокситы, которые содержат до 20% Н₂0. Содержание TiO2 обычно не превышав 2,5—3,0%. Что же касется Fe2O3, то количество его варирует весьма сильно: от 3—5% в белых бокситах до 30% в сильно железистых (обычно порошковатых). В некоторых разностях тихвинских бокситов встречается СаО,а также соединения хрома, содержание которого доходит до 0,2%.

  Примерный средний химический состав бокситов по всему Тихвинскому месторождению характеризуется следующими цифрами:

47,7% Al2O3; 17,2 Fe2O3; 13,2% SiO2; 2,6% TiO2; 3,9% СаО и 15,4% Н₂0.

  Гидрат окиси алюминия в них находится преимущественно в форме бемита (и в значительно меньшем количестве — в виде гидраргиллита. Помимо окислов железа и кремнезема, важней­шими примесями в тихвинских бокситах являются каолинит и кальцит. Окись титана присутствует в них в форме мелких кри­сталлов минерала рутила.

  Повышенное содержание кремнезема в тихвинских бокситах снижает качество их мак алюминиевой руды.

  Важнейшие уральские бокситовые месторождения сосредо­точены на Северном Урале в районе т. Серова, на Среднем Ура­ле в районе г. Каменска и на Южном Урале в Саткинском рай­оне Челябинской области и Малоязовском районе Башкирской республики.

  На Северном Урале бокситы, открытые в 1931 г., включают ряд месторождений, наиболее разведаны из (Которых «Красная шапочка», Богословское и Ивдельское. Образование североуральских бокситов относится к палеозойскому времени. Они залегают среди известняков, и главная масса их представляет собой плотную породу бурокрасного цвета оолитовой структу­ры; реже встречается плитняковая разновидность бокситов, по внешнему виду напоминающая яшму.

  Пластовый характер залежей и присутствие в них скелетов кораллов заставляют предполагать (акад. А. Д. Архангельский), что бокситы Северного Урала образовались путем химического осаждения гидратов из водных растворов солей на дно древ­него моря. Благодаря высокому содержанию Al2O3 и небольшому количеству примеси SiO2 эти бокситы могут быть приравнены к лучшим сортам французских бокситов. Особенно хорошим ка­чеством отличаются бокситы месторождения «Красная шапочка». В среднем химический состав бокситов этого месторожде­ния может быть охарактеризован следующими цифрами:

56% Al2O3; 25 Fe2O3; 3,5% SiO2; 2,2% TiO2 и 11% Н₂0.

  В минералогическом отношении бокситы Северного Урала представляют собой породу диаспорово-бемитового типа. Же­лезо присутствует в них преимущественно в виде безводного гематита Fe2O3; кремнезем находится частично в свободном состоянии в форме кварца и геля (опала), а частично к свя­занном виде, в форме шамуазита (3Н₂0*3FeO*3Al2O3*2SiO2 наконец, титан — в виде кристаллов рутила, а также в форма геля.

  По данным геолога Н. А. Архангельского  минералогический состав бокситов месторождения «Красная шапочка» может быть представлен следующим образом (в %):

  Бокситы месгорождения «Красная шапочка» залегают в ви­де наклонного пласта с углом падения 25—30°. Рудное тело состоит из плотных пород, требующих применения при добыче взрывных работ.

  В районе Среднего Урала известно несколько месторожде­ний бокситов. Наиболее изучено Соколовское месторождение (Каменский район), обнаруженное и разведанное в 1932—1933 гг. Месторождение представляет собой пластообразную почти го­ризонтальную залежь боксита, прикрытую слоем наносов тол­щиной до 5 м. Образование соколовских бокситов относится к мезозойскому времени. В зависимости от содержания SiO2 соколовские бокситы могут быть разделены на две, важнейшие разновидности, более или менее тесно перемешанные в рудной толще: каменистый боксит, содержащий кремнезема до 3,7%, и землистый (рыхлый) боксит — до 9%. Средний химический состав соколовских бокситов представляется в следующем виде:

31,7% Al2O3; 38,3 Fe2O3; 5,8% SiO2; 4,5% TiO2; и 18, 19% Н₂0.

  Минералогический состав соколовских бокситов (по Н. А. Архангельскому) может быть охарактеризован, примерно таким образом (в %):

  То, что глинозем в соколовских бокситах присутствует в фор­ме гидраргиллита, является их положительной чертой, так как последний более химически активен, нежели диаспор или бемит.

  Это обстоятельство, как мы увидим ниже, облегчает задачу из­влечения глинозема из такого боксита. Однако сравнительно низкое содержание А1₂0₃ и повышенное содержание в этих бокситах делают их менее ценными по сравнению с бок­ситами Северного Урала.

  Месторождения бокситов на Южном Урале открыты в октя­бре 1935 г. Они представляют собой пластообразную залежь, простирающуюся среди известняков. Наиболее часто встреча­ются здесь бокситы краевые, плитняковые и глыбовые яшмовидные.

  По своему минералогическому составу южноуральские бок­ситы относятся к бемитовому («Иванов лог») и диаспоровому («Кукшик») типу. Химический состав их более или менее од­нороден и характеризуется следующими цифрами:

53—57% А1₂0₃; 18—23% Fе₂0₃; 5—7% SiO₂ и 11—13% Н₂0.

  В верхнем слое пласта иногда встречаются разновидности бело­го боксита с содержанием А1₂0з до 78 % и SiO₂ всего лишь 0,4%.

  Южноуральские бокситовые месторождения должны быть отнесены к первосортной сырьевой базе нашей алюминиевой промышленности.