Průmyslové suroviny a jejich zdroje Konstrukční suroviny, Fe a slitiny, Mn, Cr, Al, … Rozložník: Ložiská ner.... Vaněček: Ner. suroviny světa Kessler – Simon (2015): Mineral resources, economics and the environment Konstrukční suroviny a jejich hlavní průmyslové zdroje  Fe (+steel)  Mn  Ni  Cr  silicon (ferrosilicon)  Co, Mo, V, W, Nb, Te  Vlastní metalurgický průmysl spotřebovává další např. nerudní suroviny: slévárenské písky, jíly Těžba těchto surovin vytváří významný ekonomický prostor – zpracování, navazující výroba, … Fe  použití: slitiny, konstrukční materiály  ekonomika: zásoby značné, cena: obchoduje se hlavně se zušlechtěným materiálem - speciální slitiny a ocel  distribuce ložisek relativně rovnoměrná! Ložiska Fe a jejich zdroje Open pit at deposit of BIF Genetické typy ložisek Fe Genetické typy: 1. Proterozoické metamorfogenní Fe-silicity („kvarcity“, včetně itabiritů, taconitů) - BIF, stáří: stř. archaikum 3,5 - 2,9/sp. proterozoikum 2,5 - 1,9/svrch. proterozoikum 0,75 - 0,5 hlavní producenti: Rusko/Ukrajina, Brazílie, Austrálie, Čína, USA, Indie, Kanada, zásoby: 500 x 109 t rudy s kovnatostí Fe >50hm% 2. Sedimentární Fe rudy, oolitické (oxidické, karbonátové, leptochloritové) 3. Magmatické Fe- rudy Fe-Ti (16 - 25% Fe, mají důležitý obsah V, Pt) 4. Skarnové Fe-rudy 5. Fe-rudy typu Lahn-Dill (submarinně exhalační) 6. Hydrotermální - Roxby Downs (Olympic Dam) Jiné typy, historické zdroje Fe např.: limonitové rudy ze zvětrávacích zón Polished sample of BIF ore BIF Geneze BIF rozklad uhlovodíků, NO2, CO2, … a uvolnění kyslíku Rozšíření BIF Sedimentární Fe-ruda oolitická struktura, ruda obsahuje silikáty The iron deposits of the Northampton district, UK, Jura: ore minerals: chamosite, siderite, goethite, grade of ore cca 32% Fe Oolitická Fe-ruda Oolitic Ironstone, Lower Cretaceous, Lincolnshire, U.K. In thin sections of this rock detail is obscured by the very fine grained nature of the matrix and fill of the ooliths, much of which is opaque. Compositionally dependent imaging (BSE) of polished material overcomes this problem. The concentric nature of the ooliths is highlighted by the variation in grey level caused by the variability of the iron content of the clays and differing proportions of hydrated iron oxides which here show up light grey. The dark grey chamositic matrix is crowded with rhombs of authigenic calcic siderite. Note the presence of tiny spheres of framboidal pyrite top left. CamScan 4 SEM. Backscattered electron image. Beam 20kV. Working distance 20 mm. Field of view approx. 3 x 2 mm. This image is a stitch of a 3x4 array of images taken at x100. Polished block, carbon coated. Leeds University, Earth Sciences teaching collection rock #30. Fe - Scandinavia Fe districts Kiruna, Švédsko, těžba Fe-rud, magmatický typ Grängesberg mining district Kiruna – apatite-Fe ore magmatic origin, „magma-related“ ore deposit: magnetite, hematite Kiruna - specifikace Producer of Iron ore Location Northern Sweden Ownership LKAB Geology type Precambrian apatite-bearing iron ores Mineral type Magnetite Reserve base 800Mt plus projected extensions Annual production 14.5Mt of iron-ore products (2004) Mining method Automated sub-level caving underground Processing method Wet beneficiation and pelletising Employment 1,800 Kiruna Iron Ore Mine, Sweden Iron is the most important metal for modern industry and Sweden is by far the largest iron-producer in Europe, yet the genesis of Sweden's main iron-source, the ‘Kiruna-type’ apatite-iron-oxide ores, remains enigmatic. We show that magnetites from the largest central Swedish ‘Kiruna-type’ deposit at Grängesberg have δ18O values between −0.4 and +3.7‰, while the 1.90−1.88 Ga meta-volcanic host rocks have δ18O values between +4.9 and +9‰. Over 90% of the magnetite data are consistent with direct precipitation from intermediate to felsic magmas or magmatic fluids at high-temperature (δ18Omgt > +0.9‰, i.e. ortho-magmatic). A smaller group of magnetites (δ18Omgt ≤ +0.9‰), in turn, equilibrated with high-δ18O, likely meteoric, hydrothermal fluids at low temperatures. The central Swedish ‘Kirunatype’ ores thus formed dominantly through magmatic iron-oxide precipitation within a larger volcanic superstructure, while local hydrothermal activity resulted from low-temperature fluid circulation in the shallower parts of this system. Magmatic origin of giant ‘Kirunatype’ apatite-iron-oxide ores in Central Sweden Erik Jonsson, Valentin R. Troll, Karin Högdahl, Chris Harris, Franz Weis, Katarina P. Nilsson & Alasdair Skelton Kiruna - doprava elektrifikovaná doprava, aj. moderní vybavení Mn použití, funkce: odstraňování nečistot z roztaveného železa, v uhlíkatých ocelích, feromangan, slitiny a nerezavějící ocel, s Al má antikorozivní efekt a s Cu pevnost, dioxidy Mn pro baterie typy ložisek: - laterity - sedimentární - chemogenní sedimentární - Fe-Mn konkrece, Mn – laterite Australia, Brazil, Gabon and South Africa, supplying over 90% of the international market. high grade ores (defined as having more than 44% Mn content) minerály: pyrolusit β–MnO2 Mn – sedimentary ore relation of sedimentary facies to sedimentary Mn deposits (Nikopol, Ukraine) 2MnO2 + CH2O + HCO3 - → 2MnCO3 + H2O + OH- Minerály Mn a struktury ... a další. Mn - distribuce Mn - zásoby USGS 2014 Mn – produkce 2015 Rank Country/Region Mine production (tonnes) World 18,500,000 1 South Africa 6,200,000 2 Australia 3,000,000 3 China 2,900,000 4 Gabon 1,800,000 5 Brazil 1,000,000 6 India 950,000 7 Malaysia 400,000 8 Ukraine 390,000 9 Kazakhstan 390,000 10 Ghana 390,000 11 Mexico 240,000 12 Myanmar 100,000 Other Countries 400,000 Fe-Mn nodules Genetic types of nodules Manganese nodules grow when metal compounds dissolved in the water column (hydrogenous growth) or in water contained in the sediments (diagenetic growth) are deposited around a nucleus. Most nodules are a product of both diagenetic and hydrogenous growth. Jižní Afrika – zásoby a produkce surovin Ni slitiny – antikorozivní vlastnosti, pevnost za vys. teplot (nerezavějící žáruvzdorné oceli), magnetické slitiny, odporové slitiny (chromnikl), termočlánkové materiály magmatická likvační Cu-Ni (Subury, 0,5% Ni, 9% Cu), Norilsk, Great Dyke (Zimbabwe), Bushveld, Kambalda, (pentlandit) laterity: Nová Kaledonie (3,5 % Ni, 2% Co), Austrálie (Kalgoorlie district), Kuba, Albánie, (hydroalumosilikáty – garnierit) Fe-Mn konkrece, obsah Ni do 1% Zásoby a ložiska - Ni Garnierite a mixture of nickel silicates.Note some darker green nodules that probably contain a higher percentage of nickel.Nodule from Nickel Mountain, Oregon.Width ~ 6 cm. Principal sources/deposits of Ni Sudbury – Cu-Ni Sudbury Igneous Complex: geological map (assembled from Naldrett, 1989; Naldrett et al., 1984; Pattison, 1979; and Shanks and Schwerdtner, 1991) Generalized section of komatiitic flows and related nickel deposits (after Lesher, 1989) (Australia, Kambalda). Cr legování ocelí, slitiny s Co – zubní lékařství, slouč. k výrobě barev, žáruvzdorné materiály - (1893°C) chromit: (Mg, Fe)(Cr, Al, Fe3+)2O4, obsah Cr2O3 v rudě až přes 60%, s větším obsahem Al – žáruvzdorné materiály tělesa v oceán. litosféře (ofiolity, podiformní tělesa): Filipíny (Zambales), Turecko, Kuba, j.Ural (Kempirsajský masív) tělesa v ulrabazických masívech na štítech: Bushveld, Great Dyke (Zimbabwe), Stillwater, Distribution of major chromitite-bearing ophiolitic massifs in Turkey Main deposits of Cr Co ochrana proti korozi, abrazi, slitiny – magnety (Co+Ni+Al), řezné nástroje (+ karbid W nebo diamanty), katalyzátory zdroje: 1) Cu-nosné břidlice (Copper Belt – Dem. rep. Congo, Zambie), obsah cca 0,4% Co, Dolní Slezsko – Lubin 2) vedlejší produkt při zpracování sulfidických rud Cu-Ni a lateritických rud (Kuba, New Caledonia) 3) hydrotermální žilná – Cobalt, Ontario (s Ag) 4) Mn-Fe konkrece Co, Cu Location of the Central African Copperbelt and of the most important ore deposits (after Cailteux et al. 2005). černá břidlice (kupferschiefer, s bornitem) Mo v oceli ovlivňuje tvrdost, abrazi, korozi, vys.teploty, 30% jiné použití na chemikálie, katalyzátory a mazadla zdroje jsou soustředěny jen do několika málo oblastí na světě porfyrové rudy: Chile, USA, Rusko – Tyrny-Auz (skarn) hlavní rudní minerál: molybdenit MoS2 Cu-Mo grade Grade Country Deposits Tonnage (Mt) Cu% Mo% Au gt-1 Ag gt-1 USA Bingham (Utah) 2733 0.71 0.053 - - Morenci (Arizona) 848 0.88 0.007 - Ray (Arizona) 172 0.85 - - San Manuel- Kalamazoo (Arizona) 980 0.74 0.015 - San Rita (New Mexico) 662 0.97 - - - Canada Lornex (British Colombia) 544 0.374 0.013 - Tr Valley Copper 853 0.48 - - Mexico Cananea 1542 0.79 - - Panama Cerro Colorado 2000+ 0.6 0.015 0.062 4.35 Chile Chuquicamata 9423 0.56 0.06 - El Salvador 283 1.17 0.033 - Papua New Guinea Ok Tedi 543 0.6 - 0.5 Panguna 1085 0.48 - 0.55 1.5 Iran Sar Cheshmeh Supergene 92 1.996 Tr Tr Tr Hypogene 334 0.896 Tr Tr Tr UK Coed-y-Brenin 200 0.3 0.003+ 0.082 Yugoslavia Bor 383 0.428 ~0.1 0.065 ~4.26 W, V, Nb, Te W - karbid W (nejtvrdší syntetický materiál): řezné nástroje, elektr. a elektronický průmysl: katody, vlákna, nové náhrady: nitridy B, karbidy Ti scheelit: skarny – Shizhuynan (Čína), Tyrny-Auz (Rusko), Sangdong (J.Korea), Pine Creek (Kalifornie), King Island (Austrálie) wolframit: hydroterm. žíly – Chiang-si (Čína), Panasqueria (Portugalsko) V - slitiny: kontrola velikosti zrn, tuhnutí, tvrdost za vys.T V bohatý magnetit (J.Afrika), ilmenit (anorthosity), Rusko Nb - zlepšuje mechanické vlastnosti uhlíkaté oceli (obsahy cca 0,1%), pyrochlor (karbonatity), columbit, Brazílie (zvětralé karbonatity – Barreiro carbonatite complex), Kanada (Thor Lake deposit – pegmatite, alcaline granitoids, with columbite) Te - telur: 0,04% v uhlíkaté oceli usnadňuje obrábění, získává se při rafinaci Cu, teluridy Au na kř. žilách, v Cu sulfidech Tanco, Manitoba minerals: spodumen, lepidolite, columbite, polucite - Cs0.6Na0.2Rb0.04Al0.9Si2.1O6•(H2O) Brazil Detailed geological sketch of the Boqueir ã o ( 1⁄4 Cabeço) pegmatite (modi fi ed from Tavares, 2001) compared with the model of the classi fi cation of pegmatites based on internal structure proposed by Vlasov (1952). Perspectives for Li- and TaMineralization in the Borborema Pegmatite Province, NE-Brazil: A review Full-text available · Article · Dec 2014 · Journal of South American Earth Sciences Hartmut Beurlen Hartmut Beurlen Rainer Thomas Rainer Thomas Marcelo R. Rodrigues da Silva Marcelo R. Rodrigues da Silva Neželezné kovy nonferrous metals  light metals: Al, Mg, Ti, Be (významná spotřeba energie pro zpracování)  base metals: Cu, Pb, Zn, Sn  chemical and industrial metals: REE, Cd, Sb, Ge, As, Rh, Hg, Ta, Zr, Hf, In, Se, Bi, Tl Lehké kovy – průmyslové minerály  Al – diaspor, gibbsit, boehmit AlO(OH)  Mg – magnezit, dolomit, solanky  Ti – rutil, ilmenit  Be – beryl – Be3Al2(Si6O18), bertrandit Be4(Si2O7)(OH)2 (ryolity, tufy – Spor Mountain, Utah), superlehké slitiny s Cu Al  použití: - z 90% metalurgie kovového Al, konstrukční slitiny ap.  - nerudní surovina: výroba žáruvzdorných materiálů, úprava vody, rafinace ropy, abrazíva, katalyzátory pro krakování ropy  světové zásoby: jsou známé z 85 zemí, těží se ve 27 zemích, hlavně oblasti tropů a subtropů, ložiska vznikla hlavně v kenozoiku jedna z největších společností, těžba, výroba Al Al - ložiska  Austrálie, Queensland: Al-laterit vznikl v eocénu z písčitých jílů, ve svrchní části horizont se železito-křemičitými konkrecemi, laterit má mocnost 10m, v zákl. hmotě pisolity (45-60% Al2O3), ložiska: Weipa (3.4Gt), Gladstone  Darling Ranges v Z.Austrálii: Al-laterit vznikl v miocénu zvětráváním krystalinika na ploše 200 000km2, pevný laterit nahoře pod ním křehký, těžitelná poloha s mocností 3m má 30-48% Al2O3, vznikají svědecké pahorky, (celkové zásoby Austrálie jsou odhadovány na 4.8Gt) Austrálie (Al) Weipa, North Queensland Darling Range in Western Australia Al-pisolity, Weipa, AUS gibbsit, boehmit, diaspor boehmit – AlO(OH) gibbsit – Al(OH)3 diaspor – AlO(OH) další Al - ložiska  Guayana  Brazílie  Guinea  sedimentární typy: Francie, Maďarsko - ložisko Gant, Ajka, Halimba aj. na sz. země Bauxite is named after the French district of Les Baux, where it was first discovered in 1821. bauxit - Al-laterit - sedimentární lož. Mg  Lehký kov - 1,7 g/cm3  Mg – magnezit, dolomit, solanky - 3% Mg (60% produkce Mg v USA), mořská voda (0,13% Mg), slitiny s Al, MgO – součást ohnivzdorných materiálů 70% produkce se využívá v průmyslu nekovových výrobků: karbonáty, hydroxidy, chloridy Mg – guma, textil, chem. průmysl kov – slitiny s Al – odolnost vůči korozi (plechovky, sudy), lehký kov – roboty, dopravní prostředky Ti  95% spotřeby na bílý pigment TiO2 rutil, ilmenit (FeTiO3) – rýžoviska: Florida, Natal coast J.Afrika, Queensland (Austrálie), Sierra Leone – fluviální rýžoviska, magmatická lož. – anortosity (Norsko, Kanada) 95% spotřeby na bílý pigment TiO2 slitiny – lehké, letecký průmysl, „Base metals“ Pb, Zn, Cu, Sn Pb-Zn  hl. průmyslové genetické typy:  hydrotermální vulkanosedimentární  („podkategorie“ SEDEX, VMS – volcanic massive sulfides, …  teletermální, („MVT“)  hydrotermální žilné typy (genetické vazby k magmatismu, vulkanismu) Vývoj cen Pb, Zn SEDEX Teletermální ložiska Typical hand specimen of brecciated dolostone (d0, d1) cemented by several generations of hydrothermal dolomite (d2) and coarse-grained quartz (qtz) and sphalerite (sph) from Bushy Park. JAR hydrotermální, nízkoteplotní, pestré a složité strukturní formy (odraz geol. vývoje sedimentárních jednotek) Hlavní rudní minerály: sfalerit, galenit, (±fluorit) Low-temperature deposits  Krakov  Pine Point, Canada  the Lisheen Zn-Pb-Ag prospect, Rathdowney Trend, Ireland  Silvermines zinc-lead-barite deposit, Ireland  USA: Tri State district (Missouri, Tennessee, Mississippi,... → „MVT“ – negenetické označení) Pb-Zn, volcano-sedimentary  Mt Isa, Broken Hill  Sullivan  Rio Tinto  Zlaté Hory (příklad v ČR) Broken Hill (Aus, NSW): 300 mt @ 15% Pb+Zn, 150g/t Ag (proterozoikum, 1690Ma) McArthur River Hilton Mt. Isa Broken Hill Cu hlavní průmyslové, primární zdroje: 1) porfyrové rudy Cu-Mo (cca 80% produkce a spotřeby) 2) Cu-nosné břidlice (kupferschiefer), sulfidy Cu: bornit, chalkozín chalcopyrite: principal ore Významná ložiska Cu  Lubin, Polsko  Cooperbelt, Zambie  porfyrové rudy: Bingham, El Teniente, …  Neves Corvo  Olympic Dam Olympic Dam (Austrálie) komplexní hydrotermální systém Cu - bioleaching 4CuFeS2 + 11O2 + 6H2O Thiobacillus ferrooxin >> 4CuSO4 + 4Fe(OH)3 + 4S (1) 2S + 3O2 + 2H2O Thiobacillus thiooxan >> 2H2SO4 (2) Examples of Current Industrial Bioleaching Operations1 •Acid Mine Drainage •Rio Tinto, Spain •Dump Leaching •Bagdad, USA •Morenci, USA •Pinto Valley, USA •Sierrita, USA •Heap Leaching •Cerro Colorado, Chile •Cananea, Mexico •Chuquicamata SBL, Chile •Collahuasi, Chile •Girilambone, Australia •Ivan Zar, Chile •Morenci, USA •Punta del Cobre, Chile •Quebrada Blanca, Chile •Salvador QM, Chile •Sociedad Minera Pudahuel, Chile •Zaldívar, Chile •Bioleaching of Gold Concentrates •Ashanti, Ghana •Fairview, Zambia •Harbour Lights, Australia •Mount Leyshon, Australia •Sao Bento, Brazil •Wiluna, Australia •Youanmi, Australia další zdroje a možnosti získávání Cu Sn  kasiterit - SnO2  genetické typy zdrojů/ložisek: greiseny, rozsypy  saxothuringikum (Cínovec v ČR)  Čína, Indonesie Illegal tin mine in Batako, Tunghin. Bangka Island (Indonesia) is devastated by illegal tin mines. The demand for tin has increased due to its use in smart phones and tablets. Sn - China Sketch map of tin and tungsten deposits in the central Nanling region, Chemical and industrial metals REE, Cd, Sb, Ge, As, Rh, Hg, Ta, Zr, Hf, In, Se, Bi, Tl REE – speciální ocel. slitiny (směs), La, Nd, Pd – rafinace ropy, cena: 3$/kg oxidů, magmatická ložiska, likvační a karbonatity, bastnezit, monazit, xenotim, Mountain Pass (Kalifornie) Cd – toxické, baterie, antikorozní povrchy, barevné pigmenty, stablizace PVC, greenokit, sfalerity – rafinace Zn: Cd Sb – výroba chemikálií s užitím proti vznícení (plasty, textil, dětské oblečení?, stibnit, tetraedrit, jamesonit, antimonit hydrotermální ložiska, skarny, greiseny, Čína, Bolivie, J.Afrika Ge – optická vlákna a skla, vedlejší produkt zpracování Zn rud As – herbicidy, insekticidy, ochrana dřeva, arsenopyrit, realgar, auripigment, enargit, tenantit, vedlejší produkt hutí Re – molybdenit – 10-100 ppm Mo-porfyry, až 2000 ppm Cu-Mo porfyry, rafinace ropy, slitiny Re-Ni – vysokoteplotní aplikace (let.motory) Hg – hydrotermální nízkoteplotní ložiska, McDermit caldera (Nevada), Monte Amiata (Itálie), Almaden (Španělsko), v pískovcích hl. minerál cinabarit, jinak produkt rafinace rud, prodej: lahve (76 lb), amalgamace Au, baterie (už ne), výbojky, měřicí přístroje, barvy, používala se na zubní amalgam (50% Hg, 35% Ag, 12% Sn, Cu, Zn) Ta – slitiny s Fe, elektronika, pyrochlor, tantalit Zr (+Hf) – zirkon, teplotně odolné součástky (2500°C), atomové reaktory: Zr – pouzdra na palivo, Hf – řídící tyče In – sfalerit – 10-20 ppm, slitiny s Bi, Pb, Sn, Cd, oxidy In a Sn – ochranné povrchy, skla, polovodiče, zubní slitiny Se – fotoelektrické vlastnosti – solární energie, papír pro kopírky, guma, zdroj – elektrolytická rafinace Cu Bi – kosmetika, lékařství (chloridy, karbonáty), při rafinaci rud Pb, Mo, W Tl – 10-40 ppm thalia ve sfaleritech, slitiny s nízkým bodem tání, Tl = 303,5°C, elektronika, farmacie sfalerit! – zdroj řady prvků z výšeteplotních hydrotermálních ložisek Critical elements  Li  REE – zdroj: karbonatity, alkalické magmatity, (monazit, parisit, loparit, …, hlavně oxidy a fosforečnany s La, Ce, …)  Te – solární panely, slitiny, zdroj – teluridy (calaverit AuTe2, Kalifornie, Emperor Mine – Fiji,  … Native tellurium crystal on sylvanite from the Emperor Mine, Vatukoula, Tavua Gold Field (image width 2 mm) Sylvanite, (Au,Ag)2Te4, and Tellurium, Emperor Mine, Vitilow sulphidation, epithermal mineralisation at Emperor is regionally associated with highertemperature alteration zones near the centre of the caldera, 3 km east of Vatukoula REE deposits Li  Spodumen, ambligonit, lepidolit • Lithium (Li): atomové číslo 3, relativní atomová hmotnost 6,941 je stříbrolesklý, velice reaktivní, vodivý elektropozitivní kov. Je měkký (0,6) a nejlehčí (0,534 g/cm3) ze všech kovů, ale tvoří pevné slitiny s ostatními kovy. Používají se především sloučeniny Li2CO3, Li2O, LiCl, LiF, LiOH atd. • Hlavní minerály: amblygonit (3,4–4,7 % Li), spodumen (3,7 % Li), lepidolit (1,4–3,6 % Li), petalit (1,6–2,3 % Li), eukryptit (2,1–5,5 % Li), cinvaldit (1,4–1,6 % Li); v budoucnosti: hektorit (0,5 % Li), jadarit (3,4 % Li) Ložiskové zdroje Li • Kontinentální solanky: roztoky Li solí v pánvích a slaných jezerech aridních oblastí v předhůří velehor – 53% podíl na světové těžbě, cca 75 % zásob – Chile, Argentina, Bolívie, Čína, USA • Pegmatity: hlavní minerál spodumen, ale i petalit, eukryptit, lepidolit a amblygonit – 46% podíl na světové těžbě, cca 20 % zásob – Austrálie, Čína, Zimbabwe, USA, Brazílie, Portugalsko • Sedimentární: budoucí perspektivní typy ložisek • borosilikát jadarit (Srbsko) • jílový minerál hectorit (USA, Mexiko) • Solanky geotermální a ropných polí: možný zdroj v budoucnu, nízké obsahy Li, navíc doprovodné soli dalších prvků (např. Br) • Greiseny a greisenizované žuly: dříve významné, nízké obsahy Li, často spolu dalšími prvky (Sn, W, Rb) – hlavní zdroj v ČR • Antropogenní: odpady po úpravě Sn-W rud – omezená velikost, ale snadná těžba i úprava Li - těžba 2011 reserves estimates Chile - Li Letecký pohled na odpařovací nádrže solanek ložiska Salar de Atacama v severním Chile Greenbushes Greenbushes – nejkvalitnější pegmatitové ložisko Li (Sn-Ta-Li) spodumenových rud v jz. Austrálii se 118 mil. t rudy o obsahu 1,0–1,5 % Li