Новые источники

Обнаружить незримые источники платиноидов, как и многих других редких элементов, удалось благодаря прогрессу химических и минералогических методов исследования, тщательному изучению всех геологических формаций. Оказалось, что высокие концентрации платиновых металлов есть не только в дунитах и связанных с ними россыпях. И находятся эти богатства не там, где их до сих пор искали.

Наука о полезных ископаемых не случайно получила название - горное дело. От века горные хребты - основной источник минеральных богатств. Возникшие на завершающей стадии развития геосинклиналей, наиболее подвижных и проницаемых зон земной коры, они вмещают разнообразный комплекс горных пород, просматриваемый в рельефе и потому доступный. Вытянутые на сотни и тысячи километров такие складчатые структуры разделены платформами - устойчивыми блоками земной коры, которые имеют изометрические очертания и существенно отличаются от геосинклинальных зон своей историей, двухэтажным строением и сглаженным рельефом.

Нижний этаж (фундамент) платформ сложен интенсивно смятыми, измененными изверженными и осадочными породами, сформированными на ранних этапах геологической истории в условиях, близких к геосинклинальным. Они обнажены в основном лишь на щитах - в зонах устойчивого поднятия, а на остальном пространстве платформы их покрывают молодые - и по возрасту и по облику - спокойно залегающие осадочные толщи верхнего этажа.

Платформы и особенно их фундамент по богатству полезных ископаемых отнюдь не уступают геосинклинальным структурам, но это доказано лишь в наш век. Плохая обнаженность, труднодоступность и другие причины надолго задержали освоение древних комплексов.

Какие возможности они таят, показало, например, открытое в 1883 году на Канадском щите, севернее озера Гурон, медно-никелевое месторождение Садбери. Сульфидные руды образуют там многочисленные мощные - до 40 метров, очень большие - площадью до одного квадратного километра - залежи. Они сосредоточены в нижней части огромного (60X25 километров) блюдцеобразного массива (лополита), имеющего концентрическое строение. В верхней его части залегают кислые породы (гранитоиды), ниже с постепенным переходом - средние (диориты) и еще ниже - основные (габбро, пориты), вмещающие руду. Общая мощность лополита достигает 3 километров.

Месторождение Садбери быстро стало крупнейшим поставщиком меди и особенно никеля (80 процентов добычи этого металла в капиталистических странах и в наши дни приходится на его долю).

Первые 15 лет месторождение разрабатывали с уверенностью, что извлекают из руды все полезное, но оказалось, что "слона-то и не приметили"!

Анализы показали, что в руде содержание платиновых металлов не ниже, чем в уральских россыпях. Этому трудно было поверить не только потому, что платиновые минералы там не видны, но и потому, что еще прочным было представление о дунитах как единственно возможных коренных источниках платины, а их в Садбери нет.

Детальные исследования не оставили сомнений: платиноиды в виде тончайшей примеси содержатся в сульфидах меди и никеля.

Удалось расшифровать и условия рудообразования. В конце протерозойской эры произошло крупное внедрение базальтоидной магмы. Не найдя дорогу к поверхности, она растекалась между гранитогнейсами и покрывающим их осадочным чехлом. Внедрение магмы происходило многократно. Как на пути из глубин, так и на месте, в пределах лополита, шло разделение минералов по тяжести и химическим особенностям: сульфидный расплав отделялся от силикатного, образуя "донные" залежи - зону вкрапленных и сплошных руд, богатых никелем и платиноидами. Часть сульфидного расплава была вытеснена из пределов лополита и образовала "отжатые" залежи среди вмещающих пород. Они имеют длину до 8 километров, и в них меди больше, чем никеля.

Наиболее богатой платиновыми металлами оказался самый низ лополита, там содержание достигало 20 граммов на тонну и они образовали не только примесь в сульфидах, но и собственные минералы - сперрилит, стибиопалладинит.

Среднее содержание платиноидов в руде было определено тогда в два грамма на тонну и сулило огромные прибыли при попутной их добыче, а ее возможный масштаб обеспечил бы владельцам Садбери господство на мировом платиновом рынке.

Лучезарные надежды померкли, когда убедились, что извлечь тонкодисперсную примесь задача труднейшая. На решение ее не жалели средств, но лишь спустя 20 лет методом электронного аффинажа удалось извлечь из 80 тысяч тонн медно-никелевого сплава первые 100 килограммов платиновых металлов. Всего-навсего! Оставалось одно: продолжать опыты, совершенствовать технологию.

Открытие платиноидов на Садбери побудило провести проверку и на многих иных рудных месторождениях. И почти везде надежды не оправдались. Лишь на медно-никелевых месторождениях "садберийского" типа (в Канаде - районы Манитобы, Квебека; на Балтийском щите - в Швеции и Норвегии) было установлено содержание платиновых металлов почти такое же, как на Садбери. Стало очевидным, что выявлен новый широко распространенный тип месторождений, что не только дунитовый расплав, но и "базальтическая жидкость" выносит из подкоровых глубин платиноиды вместе с медью, никелем, железом и при благоприятных условиях эти рассеянные в магме элементы обособляются, накапливаются.

Различие в условиях формирования получило свое отображение в составе руд: по сравнению с уральскими садберийские руды имеют более высокое содержание палладия (часто он преобладает над платиной), в них больше родия и рутения и меньше иридия и осмия. В дальнейшем было установлено, что для этих руд характерны платиновые минералы, содержащие свинец, олово, сурьму, висмут, теллур, что несвойственно месторождениям уральского типа.

Сфера поисков коренных месторождений расширилась, пришлось признать перспективными не только геосинклинальные зоны, но и щиты платформ. Но остальную и притом большую часть их территории-плиты, где фундамент перекрыт молодыми толщами, - продолжали считать почти бесперспективными для открытия месторождений, порожденных глубинными процессами. Такой вывод был обоснован изучением в основном Русской и Северо-Американской платформ и был для них правильным.

Однако вскоре выявилось, что платформа платформе рознь!

В 1922 году на Сибирской платформе в низовьях Енисея производили геологические исследования молодой геолог Н. Н. Урванцев (ныне Герой Социалистического Труда) и его помощники - Е. В. Павловский (ныне заслуженный деятель науки) и Б. Н. Рожков (талантливый исследователь, погибший молодым).

Геологическая обстановка района оказалась "платформенной" лишь со многими оговорками; осадочный чехол напоминал "битую тарелку", и в его составе преобладали базальтовые покровы (траппы), порожденные многочисленными излияниями, приуроченными к разломам. Процессы разрушения благодаря высокому положению платформы над уровнем моря шли здесь интенсивно, и во многих местах были обнажены корни вулканов, лакколиты и пластовые залежи габброидных пород.

Урванцев и его помощники обнаружили в этих породах на горе, названной Рудный, сульфиды меди и никеля. Они охарактеризовали это месторождение как сходное с Садбери, что сразу же привлекло внимание к отдаленному и труднодоступному району. Образцы, изученные Н. К. Высоцким и Н. Н. Подкопаевым, показали высокое содержание палладия и платины.

Разрез горы Рудный в Норильском районе 1 - сланцы, 2 - габброиды, 3 - скопления руды

Так в 1923 году началась история открытия Норильского месторождения платиносодержащих медно-никелевых руд.

Руды Норильского месторождения входят в состав крупного, четко расслоенного по вертикали массива габбро, долеритов и других близких к ним пород. Этот массив прорывает осадочно-вулканогенную толщу пермского возраста и перекрывается молодым лавовым покровом.

Вкрапленные сульфидные медно-никелевые руды образуют гнезда и линзы в габбро у подошвы массива и частично в подстилающих его породах. Есть и "висячие" пластовые залежи, а также сульфидные жилы (в том числе образовавшиеся на поздних стадиях из гидротермальных растворов).

Характерная особенность месторождения - в очень неравномерном распределении платиноидов, на одних участках их не удается выявить даже при микроскопическом изучении всех сульфидных минералов, а на других они образуют заметные обособления - на месторождении известно много платиновых минералов (сплавы, сульфиды, теллуриды, арсениды и др.).

Открытие и освоение Норильского рудного района обеспечило сохранение за нашей страной ведущего положения в отношении платиновых металлов, после того как уральские россыпи утратили свое значение и появились на мировой арене новые, сильнейшие конкуренты.

Опыт Норильска заставил пересмотреть представления о рудоносности древних платформ, разделить их на устойчивые (Русская, Северо-Американская) и подвижные (Сибирская, Китайская, Африканская), гораздо более проницаемые и поэтому перспективные в отношении рудных богатств и в пределах своего верхнего структурного этажа.

Наиболее яркие доказательства правильности такого заключения принесло изучение Африканской платформы и особенно ее юго-восточной части (ЮАР, Зимбабве), где обнаружены и глыбы архейского фундамента, и разнообразный комплекс протерозойских, и более молодых пород платформенного чехла. Интенсивная магматическая деятельность обусловила там возникновение многочисленных полезных ископаемых. Уникальны алмазные месторождения этой провинции - воронки взрывов, пронзившие земную кору, заполненные "посланцами мантии".

Столь же уникален и Витватерсранд - гигант, который (с 1886 года!) дает золота больше, чем все остальные месторождения мира, вместе взятые. Вольфрам, олово, молибден, медь, висмут, драгоценные камни и многие другие полезные ископаемые были выявлены там в завидных количествах.

А платина оставалась незамеченной, пока не помогли муравьи. Их постройка с драгоценными "кирпичиками" была встречена золотоискателями в северо-восточной части провинции Трансвааль, вблизи города Лейдсдорпа. Отыскать первоисточник им не удалось, но вещественное доказательство - шлих, полученный при промывке разрушенного муравейника, - было сохранено как "курьез природы". Им в 1924 году заинтересовался опытный геолог Ганс Меренский, уроженец Трансвааля, посвятивший жизнь его изучению. Установив, что в шлихе действительно есть платиновые минералы, он занялся промывкой проб вблизи муравейника, в бассейне реки Олифантс, и выявил еще несколько платиновых зерен. Это убедило: "курьез природы" не мистификация (случаев, когда пробы "подсаливали" ценными минералами в корыстных целях или "для смеху", было немало). Меренский начал планомерный поиск, продвигаясь на запад, в верховья реки. Там, в пустыне Калахари, под чахлым травяным покровом на сотни километров протянулся Бушвельдский магматический комплекс, представленный главным образом красными гранитами, однообразными, мертвыми. Поисковики давно уже пришли к выводу, что Бушвельдский комплекс почти так же бесплоден, как окружающая его пустыня.

Почти два года Меренский упорно изучал восточную, краевую часть массива и, как отметил профессор П. Вагнер в монографии "Платиновые месторождения Южной Африки" (1932), "занял выдающееся место в эпосе горных разведок, найдя месторождения, которые превосходят все, о чем можно было мечтать".

Краевая зона массива шириной до 20 километров существенно отличается от остальной. В самом низу, у "горячего" контакта с осадочными породами, залегают темно-серые нориты (разновидность габбро), их мелкозернистость свидетельствует о довольно быстрой кристаллизации. Дальше, на расстоянии 6-8 километров от контакта, норит уже крупнозернистый, перемежается с ультраосновными породами - пироксенитом и дунитом.

Это явилось неожиданностью: место дунитам, по научным канонам того времени, в геосинклинальных структурах, а не на платформе!

Меренский находил в этой зоне среди обломков хромит, сплошной и вкрапленный в дунит, и вправе был предполагать, что встретит руду уральского типа. Однако в слоеном пироге из норитов, пироксенитов, дунитов он отыскал тонкий горизонт, чуть больше полуметра, ограниченный сверху и снизу пропластками хромита и состоящий из очень крупнокристаллического (пегматоидного) пироксенита с вкрапленностью и скоплениями сверкающих, как золото, сульфидов меди и железа (халькопирит, пирротин) и серебристого сульфида никеля - пентландита. И рядом с ними - можно было не поверить глазам - повсюду мелкие, но все же различимые платиновые минералы.

Анализы подтвердили: да, это именно так. Содержание платиновых металлов достигало в отдельных пробах 50 граммов на тонну, а в среднем составило 10 граммов. (Напомним, что руда, дающая два грамма, считалась тогда, да и теперь, богатой.)

Тем не менее, бить в литавры было рано. Вполне возможно, что это очередной "каприз природы" - небольшая линзочка, вероятно, единственная во всем этом огромном массиве.

Меренский упорно искал ее продолжение, снизу доверху рассекал склоны канавами, продвигаясь все дальше и на юг и на север, с удивлением убеждаясь, что привычные представления здесь не приложимы: слой продолжался, почти не меняясь ни по мощности, ни по содержанию. И везде он имел одинаковое пологое падение к центру массива. Это позволило геометрическим построением определить, где он должен быть обнажен в рельефе, сузить зону поиска.

За короткий срок этот слой, вскоре получивший название риф (горизонт) Меренского, был прослежен вдоль восточного контакта массива на НО километров. Но и этим дело не ограничилось. Меренский обнаружил "свой" горизонт и у юго-западной оконечности массива, там, где другие искатели ничего не нашли за многие годы. Он "протянул" горизонт в районе города Рюстенбурга на 230 километров (с перерывами) и еще на 65 километров вдоль северной границы массива. И везде на протяжении более 400 километров горизонт сохранял свое место в слоеном пироге магматических пород, имел мощность от 0,2 до 4 метров и среднее содержание 8-10 граммов на тонну. Бурение показало, что и на глубину он без изменений продолжается по крайней мере на 1000 метров. Даже в морских бассейнах редко слои имеют такое постоянство, а ведь этот возник из моря расплавленной магмы. Риф Меренского в специальной литературе обычно характеризуют как "самое уникальное образование среди всех магматических комплексов мира".

Бушвельдский массив основательно изучен, он представляет собой лополит площадью 40 тысяч квадратных километров, по сравнению с ним Садбери, его канадский родственник, выглядит карликом - в 20 раз меньше. Они во многом сходны, но имеют по строению и минерализации немало различий. Становление Бушвельдского массива продолжалось сотни миллионов лет, и медленность процесса обусловила его полную дифференциацию. Одну из самых спокойных ее стадий запечатлел горизонт Меренского, когда по всей площади массива произошло отложение хромита - окисла, затем при резком изменении геохимической обстановки накапливались платиноносные сульфиды - в пегматоидную фазу, характерную кристаллизацией минералов из газовых растворов, а после этого вновь отлагался хромит.

В центральной части Бушвельдского массива все эти образования были уничтожены внедрением гранитов, но и сохранившаяся часть грандиозна. К тому же установлено, что рифом Меренского платиновые богатства района не ограничены. Выше рифа, в районе Линденбурга, обнаружен двухметровый слой хромитита - породы, состоящей из хромита и оливина с тонкораспыленной платиной (до 18 граммов на тонну). Помимо таких сульфидных руд, сходных с норильскими, выявлены в Бушвельдском комплексе и "уральские", приуроченные к дунитам. В слоеном пироге нижней части массива есть пластообразные залежи с бедной вкрапленностью платины. Этот дунит обыкновенный, "уральский", зеленоватый, но кое-где известны трубчатые тела черного, железистого дунита, очень тяжелого и рудой богатого. Одна такая труба диаметром 18 метров уже отработана на глубину 300 метров при среднем содержании 16 граммов на тонну.

Разрез месторождения Онвервахт (ЮАР). 1 - пироксенит, 2 - хромит, 3 - дунит, 4 - железистый дунит, богатый платиной

К северу от Бушвельдского массива, на территории Зимбабве, расположено еще одно геологическое чудо - Великая дайка, длиной почти 500 километров, шириной 5-10 километров. Почти прямая, она возвышается как стена над окружающей местностью на 50-300 метров и состоит из тех же пород, что и нижняя часть Бушвельдского массива. Кое-где в этой дайке за последние годы выявлены тонкие, но богатые платиной хромитовые слои.

Все эти открытия ознаменовали новую эпоху, но сделаны они были в трудных для освоения районах, а главное, извлечение платиноидов из сульфидных руд оказалось таким твердым орешком, что надежд на быстрый успех не осталось.

Разработано было множество технологических схем, но минералы-невидимки не желали сдаваться, для каждого рудного тела и даже для отдельных его зон были характерны свои минеральные ассоциации, и эти, казалось бы, незначительные различия существенно влияли на ход процессов обогащения.

На месторождении Садбери промышленное извлечение платиноидов началось лишь в 1934 году, после тридцатилетних экспериментов, и все же при очень низком коэффициенте извлечения.

И стало ясно: только глубокое изучение минералогии и технологических свойств платиновых руд может привести к успеху.