Złoża rud żelaza

posted in: Złoża i minerały żelaza

Geologiczne warunki występowania tych złóż są zróżnicowane. Złoża rud żelaza są związane z obszarami fałdowymi, zapadliskowymi oraz platformowymi. W obszarach fałdowych rudy żelaza występują w utworach wczesnych stadiów rozwoju geosynklin , wśród kompleksów skał zasadowych złożonych z nich diabazów i ich tufów, a także wkładek
i soczew wapieni oraz przeławiceń łupków kamionkowych, niekiedy również szarogłazów, kwarcytów i łupków ilastych.
Występowanie rud żelaza w łupkach ilastych charakterystyczne jest dla złóż paleozoicznych. Miąższość serii rudonośnych niekiedy przekracza 1000m. Rudy mają przeważnie charakter hematytowy lub magnetytowy.
W głównym stadium rozwojowym obszarów geosynklinalnych rudy żelaza występują wśród łupków ilastych i mułowców fliszu . Są to głównie syderyty lub sferosyty. Zawierają niekiedy znaczne domieszki pirytu.
W końcowych stadiach rozwoju obszarów geosynklinalnych rudy żelaza związane są
z zapadliskami przedgórskimi lub śródgórskimi towarzysząc pokładom węgla oraz skałom ilastym. Są to rudy syderytowe i sferosyderytowe. Mogą być pochodzenia morskiego lub słodkowodnego.
Złoża rud żelaza występujące na platformach mogą być pochodzenia morskiego lub jeziornego. Skałami towarzyszącymi są piaski, piaskowce, mułowce, łupki ilaste, margle piaszczysto-ilaste, wapienie itp. W utworach platformowych występują głównie rudy syderytowe lub sferosyderytowe, niekiedy limonitowe i krzemianowe. Często są to rudy oolitowe.
W strefach przybrzeżnych wody są zasobne w tlen, dlatego osadzają się tam rudy żelaza w postaci wodorotlenków. Wytrącają się one wraz z osadami klastycznymi typu psammitów i aleurytów . W obszarach bardziej odległych od brzegu pośród skał aulerytowych i ilastych występują rudy krzemianowe: turyngit i szamozyt, a jeszcze dalej rudy syderytowe łącznie ze skałami ilastymi. W ciemnych bitumicznych skałach ilastych, niekiedy również szarych, zielonkawych występują siarczki żelaza, wykorzystywane jako surowce siarki. Miąższość takich serii rudonośnych zazwyczaj nie przekracza 100m.
Osadowe złoża rud żelaza niezależnie od środowiska występowania związane są
z utworami powstałymi w warunkach klimatu wilgotnego. Znane są one w licznych miejscach na świecie.
Rozmieszczenie złóż osadowych w skorupie ziemskiej jest nierównomierne. Łącznie ze złożami, które uległy zmetamorfizowaniu, złoża osadowe dostarczają największych ilości rud żelaza. Znane są liczne złoża lub prowincje żelazonośne w utworach prekambru, kambru, ordowiku, syluru, karbonu, jury, neogenu. W pozostałych formacjach ilości złóż rud są podrzędne.
Forma złóż jest zazwyczaj pokładowa lub soczewkowa. Złoże może być wykształcone w postaci jednego lub kilku pokładów o miąższości od kilkudziesięciu centymetrów do kilku metrów lub też tworzyć zespoły wielu cienkich ławic przedzielonych skałami płonnymi. Ten typ wykształcenia jest charakterystyczny dla złóż platformowo-jeziornych. Osadowe rudy żelaza mogą tworzyć poziomy konkrecji lub sferosyderytów , które przy dostatecznie dużym zagęszczeniu mogą stanowić przedmiot eksploatacji górniczej. Wymiary złóż są różne. Niektóre pokłady można śledzić na długości kilkudziesięciu,
a ich zespoły nawet na przestrzeni kilkuset kilometrów, a miąższość serii rudonośnych kilkadziesiąt do stu metrów, grubość poszczególnych pokładów waha się od kilkunastu centymetrów do kilku metrów.
Budowa złóż platformowych jest prosta i regularna. Zazwyczaj ułożone są poziomo lub zapadają pod nieznacznym kątem. Bywają pocięte dyslokacjami nieciągłymi. Bardziej zaburzone bywają złoża w obszarach fałdowych, w których w wyniku procesów tektonicznych (często przy współudziale czynników wietrzeniowych) doszło do znacznego skomplikowania budowy.
Skład mineralny rud żelaza pozwala na wyróżnienie następujących odmian rud: tlenkowych, węglanowych i krzemianowych.
Rudy tlenkowe zawierają hydrogoethyt, goethyt, niekiedy magnetyt. Rudy węglanowe składają się głownie z syderytu. Domieszkami mogą być krzemiany żelaza, piryt i inne. Odmiany zasobne w minerały ilaste określane są nazwą syderytów ilastych, a związane
z pokładami węgla zawierają detrytus roślinny. Rudy krzemianowe reprezentowane są przez żelaziste chloryty: szamozyt i turynginit.
Minerałami towarzyszącymi i płonnymi bywają tlenki i wodorotlenki manganu, siarczki metali ciężkich, kalcyt, dolomit, minerały ilaste, kwarc, chalcedon, opal, rzadziej baryt, gips i inne. Rudy tlenkowe z głębokością przechodzą w rudy krzemianowe, a te – w węglanowe. Złoża te cechuje strefowość rozmieszczenia substancji mineralnej.

Rys.1 Schemat rozmieszczenia utworów facji żelazistej w zbiorniku morskim.
Analiza składu mineralnego złóż rud żelaza, ich środowisk występowania oraz wieku wykazuje pewne prawidłowości. Złoża najstarszych epok geologicznych związane są ze środowiskami geosynklinalnymi. Powstawały dalej od brzegu i zawierają rudy hematytowo-magnetytowe. Złoża paleozoliczne występują bliżej przybrzeżnych części zbiorników geosynklinalnych i platformowych, a ich rudy mają charakter hematytowo-szamozytowy. Od górnego paleozoiku coraz częściej pojawiają się złoża typu epikontynentalnego oraz jeziorno-błotnego z rudami przeważnie węglanowymi lub tlenkowymi, a zanikają stopniowo złoża pochodzenia morskiego.
Skład chemiczny rud powinien wykazywać przynajmniej 25% Fe, wyjątkowo mniej. Z domieszek zwraca niekiedy uwagę duża zawartość fosforu, zwłaszcza w rudach młodszych formacji geologicznych oraz rudach limonitowych i krzemianowych. Składnikami niepożądanymi są też siarka, arsen, ołów, bar i inne.
Własności fizyczne rud są zróżnicowane. Są one z reguły zwięzłe, zbite, ziarniste, krystaliczne. Niektóre ich odmiany, np. limonity są porowate i żużlowate, a hematyty bywają plastyczne i sypkie. Dla limonitów, rud syderytowych i krzemianowych charakterystyczna jest często tekstura oolitowa, niekiedy bezładna, warstwowana lub konkrecyjna. Rudy zasobniejsze w żelazo są twarde, wytrzymałe, dają urobek brylasty, a ubogie w ten składnik po wydobyciu na powierzchnię rozpadają się na drobne okruchy, wskutek czego stają się nieprzydatne do użytkowania w hutnictwie żelaza.
Formacje osadowych złóż, na podstawie kryteriów geotektonicznych, litologicznych oraz mineralogicznych:
Formacje Kryteria klasyfikacyjne złóż
złóż geotektoniczne stadium środowisko sendymantacyjne rodzaj rudy
krzemionkowo-żelazista geosynklinalne wczesne morskie hematyt, magnetyt
diabazowa wczesne morskie hematyt, magnetyt
fliszowa główne morskie syderyt, sferosyderyt
węglanowa późne morskiejeziorne syderyt, sferosyderytsyderyt, sferosyderyt
oolitowa platformowe utwory pokryw morskie (limonity) syderyt, sferosyderyt,szamozyt, turyngit
syderytowa jeziorne syderyt, sferosyderyt, limonity
limonitowa bagiennełąkowe limonity
Tab.1 Formacje osadowych złóż żelaza.
Znaczenie przemysłowe niektórych z tych formacji jest duże: są to formacje krzemionkowo-żelaziste, diabazowe oraz oolitowe. W Polsce znane są złoża rud żelaza należące do formacji fliszowej, węglanowo-syderytowej, oolitowej i jeziornej. Ich przemysłowe znaczenie jest małe.
Geneza złóż żelaza. Żelazo złóż osadowych w znacznej części pochodzi ze zwierzenia skał na lądzie, skąd jest transportowane wodami powierzchniowymi, głównie w postaci koloidalnej lub zawiesiny. Część związków może być doprowadzona do zbiorników wodnych wodami gruntowymi, część może pochodzić z rozkładu żelazonośnych minerałów w basenie wodnym w wyniku podmorskiego wietrzenia lub też rozkładu zasadowej magmy w czasie jej podwodnych erupcji.
Transport żelaza w postaci koloidów jest ułatwiony współdziałaniem koloidów organicznych (ładunek –), które wpływają ochronnie na koloidy wodorotlenków żelaza (ładunek +), nie dopuszczając do ich koagulacji oraz osadzania się. Migracja żelaza w wodach gruntowych jest możliwa dzięki rozpuszczalności kwaśnych węglanów oraz siarczanowych związków Fe2+, a także związków humusowych.
Strącanie się żelaza może następować w środowiskach lądowych i morskich. Na lądzie rudy żelaza powstają w obszarach bagiennych, w wodach i w jeziorach. Dużą rolę odgrywają przy tym substancje humusowe. Ich niedobór lub nadmiar może powodować wytrącanie się związków żelaza, a tylko pewne ich optymalne zawartości powodują utrzymanie żelaza
w roztworze. Rozwój procesów złożotwórczych związany jest z obszarami o klimacie umiarkowanym, wilgotnym lub tropikalnym. Do tej grupy zaliczane są koncentracje żelaza znane z terenów bagiennych, błotnistych, podmokłych jako rudy bagienne, łąkowe i inne.
W znacznej części powstają one również w wyniku zetknięcia się wód gruntowych zawierających związki Fe2+ z tlenem atmosfery.
Główna masa związków żelaza przenoszona jest do basenów morskich wodami rzecznymi, gdzie ulega wytrącaniu w strefie przybrzeżnej. Źródłem żelaza są przede wszystkim produkty wietrzenia laterytowego , podrzędnie – utleniania siarczków, np. wychodni złóż pirytu. Pewną rolę w tworzeniu się złóż mogą odegrać również wody gruntowe, przenikające dnem do basenu. W przypadku niektórych złóż związanych
z zasadowym wulkanizmem podwodnym, źródłem żelaza mogą być zasadowe lawy oraz produkty ekshalacji .
Transport żelaza dokonuje się głównie w postaci koloidów ochronnych. Zmiana pH przy zetknięciu się z wodą morską prawdopodobnie powoduje wypadanie żelaza z roztworu. Główną zatem przyczyną wytrącania się związków żelaza jest mieszanie się wód powierzchniowych z zasolonymi wodami morskimi. Dużą rolę odgrywają tutaj bakterie.
W wyniku różnych czynników osady żelaziste ulegają facjalnemu zróżnicowaniu. Przy nadmiarze tlenu wydzielają się wodorotlenki żelaza, wykształcone jako limonity. Składnikami towarzyszącymi są: opal oraz wodorotlenki manganu, które często powstają równocześnie.
W głębszych częściach basenów i bardziej oddalonych od brzegu tworzą się krzemianowe rudy żelaza. Sprzyja temu niedostatek tlenu, stopniowo coraz bardziej alkaliczny charakter środowiska oraz obecność rozpuszczalnej krzemionki. Reaguje ona
z rozpuszczalnymi związkami żelaza, tworząc takie minerały, jak szamozyt i turyngit, które niekiedy tworzą przemysłowe koncentracje w formie pokładów rud żelaza.
Przy dalszym wzroście pH oraz równoczesnym obniżeniu wartości potencjału utleniającego następuje wytrącanie syderytu. W ten sposób powstało wiele złóż żelaza znanych w Europie Środkowej, USA oraz na Półwyspie Kerczeńskim.
Jeśli granica między strefą utleniania i redukcji przebiega wysoko ponad dnem
w zbiorniku mogą tworzyć się siarczki żelaza. Koncentracje tych minerałów pospolicie spotyka się w różnych skałach ilastych i marglistych , niekiedy w formie pokładów
o miąższości do kilku, a nawet kilkudziesięciu metrów. Powstałe w ten sposób złoża siarczków żelaza stanowią cenne źródło siarki.
Niektóre złoża rud żelaza mają charakter diagenetyczny. Substancja rudna pierwotnie rozproszona w osadzie ulega w czasie diagenezy koncentrowaniu w formie sferosyderytów oraz konkrecji tlenkowych, węglanowych lub siarczkowych. Na ich charakter mineralny może wywierać wpływ środowisko, np. obecność substancji mineralnej, która może powodować powstanie lokalnych ośrodków redukcyjnych.
Złoża osadowe mogą ulegać przeobrażeniom w wyniku procesów sekrecyjnych , które rozwijają się epigenetycznie. Ich wynikiem jest powstanie żyłek kalcytu, siarczków żelaza, rzadziej metali ciężkich.
Rudy żelaza ujawniają dość często wykształcenie oolitowe. Jednak poglądy na ich powstanie są podzielone. Część badaczy uważa budowę oolitową za skutek tworzenia się rud w środowisku ruchliwym, inni zaś twierdzą, że powstaje ona w wyniku procesów diagenetycznych .
Odrębny typ złóż rud żelaza przedstawiają złoża ekshalacyjno-osadowe, których klasyczne wykształcenie znane jest w okolicy Lahn Dill (Niemcy). Zazębianie tych złóż
z utworami wylewnymi może wskazywać na możliwość ich powstania w wyniku ekshalacji wulkaniczne zgodnie z reakcją:

Tego rodzaju genezę przypisuje się złożom znanym w Niemczech, Rosji, Czechach, Słowacji, Francji, Portugalii, na Półwyspie Skandynawskim i w innych obszarach.
W jeziorach złoża rud żelaza tworzą się współcześnie w obszarach o klimacie umiarkowanym. Zbiorniki zasilane są wodami gruntowymi. Żelazo ulega wyługowaniu ze skał otaczających. Sprzyja temu obecność substancji humusowej , powodującej powstanie humianów oraz dwuwęglanu żelaza. Wody gruntowe zasobne w te związki w zetknięciu
z bogatymi w tlen wodami przybrzeżnymi wytrącają wodorotlenek żelaza, który ulega przekształceniu w żelaziak brunatny. Obecność znacznej ilości substancji organicznej może być źródłem dwutlenku węgla, który może powodować wytrącanie się FeCO3. Rudy te tworzą się na głębokości 3 – 5 m, zajmując rozległe powierzchnie. W ich podłożu przeważnie znajdują się skały piaszczyste i gruzowe. W stadiach początkowych w jeziorze powstaje szlam złożony z wodorotlenku żelaza i substancji organicznej. W wyniku diagenezy tworzą się wokół ziaren piasku, szczątków organicznych i innych zarodków konkrecje goethytu.
Na większych głębokościach w jeziorach tworzą się również węglanowe rudy żelaza, a nawet siarczki. Tego rodzaju utwory znane są najczęściej w osadach starszych okresów geologicznych np. retyko -liasowe rudy żelaza okręgu radomskiego, rudy karbońskie
i inne.
Współczesne rudy jeziorne lub powstałe w niedawnych okresach geologicznych znane są w Szwecji, Finlandii oraz Kanadzie. W minionym stuleciu były one eksploatowane. Większe znaczenie miały złoża jeziorne starszych formacji geologicznych.
Dalej do artykułu

This entry was posted on 2009/10/09 at 20:58 and is filed under Złoża i minerały żelaza (Tags: ). You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. Both comments and pings are currently closed.

Comments are closed.