Сырьевые источники бериллия

По распространенности бериллий занимает 32-е место среди других элементов; его содержание в земной коре составляет 6·10^-4 %. Это типично литофильный элемент. Он встречается в виде собственных минералов или входит в состав других минералов в качестве изоморфной примеси. Известно 54 собственно бериллиевых минерала, большая часть которых мало изучена. Преобладающее значение имеют силикаты; известны фосфаты, оксиды, антимонаты, бораты, арсенаты и карбонаты.

Основные минералы бериллия в связи с малым содержанием этого элемента образовались на поздних стадиях кристаллизации магмы. Все известные месторождения бериллия — постмагматические образования, связанные с поздними стадиями пегматитового или различными этапами гидротермально-пневматолитического процесса.

В настоящее время для промышленного производства бериллия используются два минерала: берилл и бертрандит.

Берилл Be₃Al₂[Si₆О₁₈] — силикат кольцевой структуры, содержит 10,5–14,3 % ВеО. Своеобразие такой структуры заключается в образовании из колец силикатных групп сквозных каналов, внутри которых располагаются примесные катионы и молекулы воды. Как и все кольцевые силикаты, берилл с трудом поддается разложению. Обычные примеси — щелочные элементы Li, Na, К, Rb, Cs; меньшее значение имеют Mg, Mn, Fe, Сr, Н₂О. Чистый берилл бесцветен; окраска его обусловлена примесями, главным образом железом и хромом. Окрашенные и хорошо закристаллизованные разновидности берилла используют как драгоценные камни: изумруд — зеленый, аквамарин — зеленовато-голубой, воробьевит (содержит до 3 % Cs₂О) — розовый, гелиодор — желтый.

Берилл встречается почти во всех минеральных образованиях, за исключением собственно магматических. Но для промышленного использования до последнего времени разрабатывали лишь месторождения крупнокристаллического берилла, связанные с гранитными пегматитами, позволяющие применять ручную рудоразборку. Большая потребность в бериллии привела к совершенствованию методов обогащения и к использованию других типов месторождений, содержащих мелкокристаллический берилл, в частности комплексные сподумен-берилловые руды.

Интенсивные исследования, проводившиеся в последние годы во многих странах, привели к открытию новых промышленных типов месторождений гидротермально-пневматолитического характера. Основные минералы этих месторождений — бертрандит, фенакит, хризоберилл, а в некоторых случаях вместе с ними присутствуют бехоит, гадолинит, гельвин и эвклаз.

Бертрандит Ве₄[Si₂О₇](ОН)₂ — минерал бесцветный, иногда бледно-желтый, содержит 39,6–42,6 % ВеО; в качестве примесей иногда присутствуют Al и Fe . Кристаллизация его происходит в широком диапазоне условий минералообразования, но при явно выраженном дефиците алюминия.

Фенакит Be₂[SiO₄] — островной силикат, содержит 45,5 % ВеО. Обычно бесцветен, но иногда окрашен примесями в винно-желтый или розовый цвет. Генетически родствен бертрандиту. В ближайшей перспективе планируется освоение его месторождений.

Хризоберилл Аl₂ВеО₂ — содержит 18,1–20,7 % ВеО. Окрашен в цвета от зеленого и зеленовато-желтого до буровато-желтого. Изумрудно-зеленая драгоценная разновидность хризоберилла известна под названием александрита. Окраска александрита вызвана примесью Сr. Образование хризоберилла связано с пегматитовым и гидротермально-пневматолитическим процессами в условиях большого дефицита SiО₂

Вновь открытые месторождения бериллиевых руд обладают преимуществами по сравнению с пегматитами, являвшимися до последних лет основным источником бериллиевого сырья. Это возможность их разработки открытым способом и большее содержание ВеО в минералах указанных месторождений.

Содержание ВеО в разрабатываемых рудах — от 0,02 до 0,6 %. В большинстве пегматитовых месторождений берилл входит в состав комплексных руд наряду с другими редкометальными минералами, бертрандитовые месторождения относятся к монометальным. Около 80 % запасов сосредоточено в четырех странах: Бразилии (380 тыс. т), Индии (180 тыс. т), Аргентине (70 тыс. т) и США (55 тыс. т). По западным оценкам в бывшем СССР запасы бериллия оцениваются в 186 тыс.т.

Бериллиевые руды относятся к труднообогатимым вследствие близости свойств минералов бериллия и пустой породы.

Основные методы обогащения бериллиевых руд следующие:

– Ручная рудоразборка. Применяют для крупнокристаллических берилловых руд (минимальный размер кристаллов должен быть ~ 10 мм) пегматитовых месторождений, что дает возможность извлекать лишь 30 % содержащегося в руде бериллия. Разработаны методы автоматизированной радиометрической рудоразборки по наведенной радиоактивности при облучении γ‑лучами.

– Избирательное измельчение. Применяют для руд, содержащих мягкие породы (слюдистые сланцы, тальк). Твердые минералы бериллия отделяют на грохотах или классификаторах от минералов пустой породы.

– Флотация. Применяют для руд с мелкой вкрапленностью берилла. При обогащении сподумен-берилловых руд вначале производят флотацию сподумена. Ее хвосты, представляющие собой черновой берилловый концентрат, флотируют затем по кислотной или щелочной схеме, флотационные методы дают возможность извлечь ~85 % берилла.

При флотационном обогащении пегматитов, содержащих менее 0,1 % ВеО, удалось получить концентраты с 8—11,5 % ВеО с 70–80 % -ным извлечением. При обогащении фенакитовых и бертрандитовых руд разработаны схемы, в которых используют гравитацию в тяжелых жидкостях (для средне- и крупновкрапленных руд) и флотацию для мелковкрапленных.

Кондиционный берилловый концентрат 1-го сорта должен содержать не менее 10–2 % ВеО (при ручной рудоразборке) и не менее 9,72 % (флотационный). Концентрат 2-го сорта — не менее 6,16 % ВеО, содержание влаги не более 3 %. Примерный химический состав бериллового концентрата после ручной переработки приведен ниже, %:

ВеО SiО₂ А1₂О₃ Fe₂О₃ CaO MgO K₂O Na₂О

11,3 62 22,5 0,4 3,4 0,3 0,22 0,13

Общие запасы бериллиевых руд (BeO) в РФ составляют до 49% мировых запасов. Балансовые запасы бериллия учтены в 27 месторождениях и превышают мировые подтвержденные запасы, составляя от них 120,6%. Балансовые запасы бериллия России распределены в четырех федеральных округах: Северо-Западном (13,9%),Уральском (22,4%), Сибирском (46,5%), Дальневосточном (17,1%). Источником бериллиевого сырья в Российской Федерации являются Завитинское и Ермаковское месторождения, которые разрабатывались Забайкальским горно-обогатительным комбинатом. Завитинское месторождение не эксплуатируется, а Ермаковское месторождение (Республика Бурятия) законсервировано

Добыча и производство рудных концентратов в России с 1989 г. не ведётся. Российские потребители бериллиевой продукции приобретают ее в Казахстане на ОАО «Ульбинский металлургический завод», а также используют складские запасы предприятий ВПК. В 2005 г. корпорация «Металлы Восточной Сибири» (входит в группу компаний «Метрополь») прибрела лицензию на разработку богатого Ермаковского месторождения в Бурятии и планирует строительство комбината для производства конечной продукции и её экспорта в Китай и страны ЮВА.

Основной проблемой существующей сырьевой бериллия является ее низкое качество. Ермаковское месторождение является единственным крупным месторождением. Богатое Снежное месторождение находится в неблагоприятных географо-экономических условиях – в высокогорной части Саян. В связи с этим остаются актуальными прогнозно-поисковые работы, направленные на обнаружение богатых руд в освоенных районах.

Резервными объектами освоения являются крупнейшие редкометалльно-(Ве, Li, Rb, Cs)-флюоритовые Вознесенское и Пограничное месторождения (Приморский край). В настоящее время Ве, Li, Rb, Cs при их эксплуатации не извлекаются, хотя флюорит составляет не более 20% стоимости всех редкометалльных продуктов. Эти попутные компоненты концентрируются в хвостах флюоритовой флотации и складируются в хвостохранилищах, которые представляют крупное техногенное редкометальное месторождение.