Месторождений и прогнозных ресурсов

Твердых полезных ископаемых

Самородная сера

Москва, 2007

Разработаны Федеральным государственным учреждением «Госу­дарственная комиссия по запасам полезных ископаемых» (ФГУ ГКЗ) по заказу Министерства природных ресурсов Российской Федерации и за счет средств федерального бюджета.

Утверждены распоряжением МПР России от 05.06.2007 г. № 37-р.

Методические рекомендации по применению Классификации запа­сов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных иско­паемых. Самородная сера.

Предназначены для работников предприятий и организаций, осу­ществляющих свою деятельность в сфере недропользования, неза­висимо от их ведомственной принадлежности и форм собственно­сти. Применение настоящих Методических рекомендаций обеспе­чит получение геологоразведочной информации, полнота и каче­ство которой достаточны для принятия решений о проведении дальнейших разведочных работ или о вовлечении запасов разведан­ных месторождений в промышленное освоение, а также о проекти­ровании новых или реконструкции существующих предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых.

I. Общие сведения

1. Настоящие Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых (самородной серы) (далее – Методические рекомендации) разработаны в соответствии с Положением о Министерстве природных ресурсов Российской Федерации, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 22 июля 2004 г. № 370 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2004, № 31, ст.3260; 2004, № 32, ст. 3347, 2005, № 52 (3ч.), ст. 5759; 2006, № 52 (3ч.), ст. 5597), Положением о Федеральном агентстве по недропользованию, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2004 г. № 293 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2004, N 26, ст. 2669; 2006, №25, ст.2723), Классификацией запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых, утвержденной приказом МПР России от 11 декабря 2006 г. № 278, и содержат рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых в отношении самородной серы.

2. Методические рекомендации направлены на оказание практической помощи недропользователям и организациям, осуществляющим подготовку материалов по подсчету запасов полезных ископаемых и представляющих их на государственную экспертизу.

3. С е р а (S) – неметалл, но ее электронная структура обусловливает металлический характер. Она является высокотоксичным, но жизненно необходимым, наиболее легким халькофильным элементом. Характерная особенность серы – ее способность образовывать соединения различной валентности – от резко восстановленных форм (сульфиды металлов) до окисленных (сульфаты). Элементная (самородная) сера по сравнению с этими валентными формами имеет значительно меньшее распространение.

Сера и ее соединения широко используются в химической промышленности для производства серной кислоты (основной потребитель), красителей (ультрамарин, синька, сернистые красители), искусственного волокна (вискоза), синтетического каучука, в целлюлозно-бумажной промышленности для придания бумаге белого цвета, для получения сероуглерода, в фармацевтической промышленности, резинотехнической отрасли (в качестве наполнителя), при производстве взрывчатых веществ, в пищевой промышленности (дезинфицирующее и отбеливающее средство, рафинирование продукции). Самородную серу применяют в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов, микроудобрений, в животноводстве как дезинфицирующее средство. Сера также используется в производстве пластмасс, при очистке керосина и масел от нефтей, как водоотталкивающая пропитка тканей, для очистки сточных вод, при приготовлении специальных бетонов, асфальтов и др.

4. Сера является одним из наиболее распространенных элементов земной коры. Ее кларк составляет 0,04 % (среднее содержание в дунитах, перидотитах и пироксенитах 0,3 %; базальтах, габбро-норитах и диабазах 0,2 %; диоритах и андезитах 0,1 %; в осадочных породах 0,3 %).

Высокая геохимическая подвижность серы в природных геологических процессах обусловливает образование ее различных природных соединений. Сера и ее соединения в природе существуют в твердом (самородная сера, сульфиды металлов, сульфатные породы), газообразном (сероводород в горючих газах) и жидком (сероорганические соединения в нефтях) состояниях. В настоящих рекомендациях рассматриваются основные требования к изучению и геолого-промышленной оценке месторождений самородной серы.

5. С е р а с а м о р о д н а я – минерал S, часто с примесями As, Те, Se, Fe, высокодисперсными включениями гипса, глины. Образует плотные землистые агрегаты, желваки, налеты, реже кристаллы и обладает высокой природной гидрофобностью. Цвет самородной серы от соломенно-желтого до коричневого и черного, блеск смолистый до жирного, твердость 1–2, плотность 2–2,1 г/см³, минерал обладает большой хрупкостью. При температуре 112,8–119 °С сера плавится, превращаясь в жидкость, вязкость которой при повышении темпера­туры постепенно падает, достигая наименьших значений при 150 °С. Эта температура наиболее благоприятна для отделения расплавленной серы от вмещающих ее пород. При дальнейшем повышении температуры вязкость серы сначала возрастает, а после 190 °С снова снижается. Кипит сера при 444,6 °С. Температура воспламенения 214–280 °С. При горении серы образуется оксид серы (сернистый ангидрид).

6. Высокая геохимическая подвижность серы в природных геологических процессах обусловливает образование ее различных природных соединений. В настоящее время источниками получения серы являются: самородная сера; сера, содержащаяся в виде сероводорода в горючих газах; сера, содержащаяся в нефти и сульфидных рудах. В ряде стран серу извлекают из ангидрита, гипса и сероводородных вод. Получение серы из различных видов серосодержащего сырья в разных странах обусловливается имеющейся сырьевой базой и экономическими факторами, а также необходимостью защиты окружающей среды от загрязнения сернистыми отходами производства.

7. Наряду с самородной серой из указанных выше видов сырья наиболее важной является сера, содержащаяся в горючих газах и обеспечивающая получение высококачественного продукта чистотой до 99,9 %. Исходя из современных технологических возможностей переработки сероводородсодержащих горючих газов для производства серы в качестве нижнего предела принимается содержание сероводорода в природных газах 0,075–0,15 % при сумме кислых газов 0,5–1,0 %.

В СНГ выявлен ряд газовых месторождений (Оренбургское и Астраханское в России, Газлинские в Узбекистане, Салман-Тепе и Гугуртли в Туркмении и др.), запасы серы в которых сопоставимы с запасами месторождений самородной серы. В промышленных масштабах сера извлекается также при очистке добываемых сернистых нефтей (Самарские заводы).

Сера извлекается также при переработке пиритных концентратов, получаемых при обогащении медно-колчеданных и других комплексных сульфидных руд на обогатительных фабриках, улавливании сернистых газов из металлургических печей при перера­ботке медных и цинковых концентратов на заводах цветной металлургии, а также из полупродуктов и отходов коксохимического производства.

В указанных видах сырья сера является сопутствующим компонентом и извлекается как попутный продукт. Промышленная оценка и подсчет запасов этой серы производятся в соответствии с «Рекомендациями по комплексному изучению месторождений и под­счету запасов попутных полезных ископаемых и компонентов», утвержденными МПР России в установленном порядке, и методическими рекомендациями по применению Классификации запасов и прогнозных ресурсов к месторождениям соответствующих полезных ископаемых.

Среди природных типов сырья в качестве источника получения элементной серы практический интерес представляют только серные руды. К ним относятся руды, содержащие природную серу в количестве от 8 до 30 % и более. Руды являются достаточно плотными – крепость по Протодьяконову составляет 6–8.

8. Месторождения самородной серы по условиям образования подразделяются на две основные группы: экзогенные инфильтрационно-метасоматические и вулканогенные (табл. 1). Типизация серных руд базируется в первую очередь на вещественном составе и текстурно-структурных их особенностях.

Таблица 1

Промышленные типы месторождений самородной серы

Промышленный тип месторождений	Структурно-морфологический тип и комплекс вмещающих пород	Природный (минеральный) тип руд	Среднее содержание серы, %	Попутные компоненты	Промышленный (технологический) тип руд	Примеры месторождений
Инфильтрационно-метасоматический	Пластовый, линзообразный в известняках, доломитах, мергелях	Кальцит- серный (известняковый)	20–30	Целес-тин, вскрышные породы	Химический серный, флотационно-металлургический	Язовское (Украина), Гаурдакское (Туркмения)
Доломит- кальцит-серный (кальцит-доломитовый)	12–14	Вскрышные породы (известняки, гипс)	То же	Водинское, Сырейско-Каменно-дольское (Россия)
Штоко-, столбо-, линзообразный в известняках и гипсах	Кальцит- серный, гипс-серный	25–40	Целес- тин, барит, ангидрит	«	Гаурдакское, Карлюкское (Туркмения)
Вулканогенный	Штоко- линзообразный в кварцитах и опалитах	Опалитово- серный	20–40	Пирит	«	Новое (Россия)
Алунит- серный	15–18	Алунит	«	Малетойва- ямское (Россия)

Наибольшее практическое значение имеют инфильтрационно-метасоматические месторождения, в которых сосредоточено более 90 % мировых запасов серы. Все промышленные месторождения этой группы своим происхождением обязаны процессам восстановления сульфатов углеводородами с последующим окислением сероводорода до элементной серы при участии сульфатредуцирующих бактерий. Сера этих месторождений почти всегда приурочена к сульфатно-карбонатным породам, слагающим кепроки солянокупольных структур, пластообразные и линзовидные залежи. Рудные пласты различной мощности (до 125 м) переслаиваются, как правило, с неосерненными седиментационными карбонатными и сульфатными породами. К другим типам разреза приурочены мелкие залежи или непромышленные проявления, в которых самородная сера развита по включениям сульфатных пород или же отлагается в первичных и вторичных порах и кавернах, а также по трещинам при содержании ее редко выше 10 %. По преобладающему составу вмещающих серу пород и минералов серные руды подразделяются на известняковые, кальцит-доломитовые, глинисто-известняковые (мергелистые) и др. Основные из них – первые два типа руд.

Известняковые руды характеризуются высоким содержанием серы, которое на разных месторождениях в среднем равно или близко к 25 %. По текстурным особенностям известняковые руды разделяются на массивные, гнездовые, полосчатые, прожилковые и вкрапленные, а характерными структурами их являются дисперсионно-рассеянная, скрыто- и явнокристаллическая. Прожилковые и крупновкрапленные руды содержат большое количество крупнокристаллического кальцита и характеризуются хорошей обогатимостью и выплавляемостью. Тонковкрапленные руды представляют собой «пропитанные» серой вмещающие породы, что обусловливает невысокие показатели фло­тационного обогащения. Эти руды характеризуются плохой вы­плавляемостью. Известняковые руды – основной тип руд на месторождениях Предкарпатского (Украина) и Гаурдак-Кугитангского (Туркменистан) сероносных бассейнов.

Кальцит-доломитовые руды отличаются от известняковых более низким содержанием серы (в среднем 12–14 %) и более вы­соким содержанием гипса. Они состоят из доломитизированных известняков и доломитов, в которых сера находится в кристаллической, в меньшей степени в скрытокристаллической и тонкорассеянной форме, а выделения серы представлены вкрапленниками, гнездами и прожилками. Обогатимость и выплавляемость их удовлетворительная. Руды этого типа развиты на месторождениях Средневолжского бассейна, которые в настоящее время или отработаны, или потеряли промышленное значение.

Глинисто-известняковые (мергелистые) руды представлены глинами с обломками серосодержащих известняков. Присутствие в руде рыхлых глинистых продуктов, способствующих образова­нию большого количества шлама, ухудшает процессы флотации и плавки. Руды этого типа представлены в северо-восточной части Немировского месторождения в Предкарпатье.

На некоторых месторождениях или отдельных участках серные руды отличаются повышенным содержанием битумов и подразде­ляются на битуминозные (с содержанием битумов выше 1,5 %), среднебитуминозные (0,2–1,5 %) и слабобитуминозные (ниже 0,2 %).

Серные руды вулканогенных месторождений обычно связаны с продуктами извержений. Среди вулканогенных месторождений серы по условиям образования выделяются три генетических типа: гидротермально-метасоматический, кратерно-озерный и поверхностно-сублимационный.

Практическое значение могут иметь месторождения гидротермально-метасоматического генезиса, сероносность которых часто связана с крупными пластообразными и линзовидными залежами богатых руд. Благодаря интенсивному выделению активных гидротермальных растворов с высоким содержанием сернистых газов в посткальдерный этап развития вулканов происходит метасоматическая проработка пористых андезитовых толщ с образованием серных кварцитов. Серное оруденение проявляется в виде пластов и линз мощностью до 100 м с четко выраженной зональностью в изменении серовмещающих пород. Серные кварциты обычно подстилаются алунитовыми кварцитами. Ниже по разрезу залегают каолинизированные кварциты, в которых отмечается серно-колчеданное оруденение. Последние постепенно переходят в монтмориллонитовые разности кварцитов и пропилиты. Сверху руды венчаются толщей монокварцитов и опалитов, лишенных серы. Промышленные концентрации серы обыч­но приурочены к серно-алунитовым и серным кварцитам, осернен­ным опалитам, реже к каолинит-алунит-кварцевым породам. Со­держание серы в рудах изменяется в широких пределах (от 5 до 50 %), составляя в среднем по месторождениям 15–25 %. Текстура руд этих месторождений разнообразная: гнездовая, прожилково-вкрапленная, вкрапленная и др. Прожилковые и вкрапленные руды хорошо обогащаются флотацией; тонковкрап­ленные руды, преобладающие на месторождениях, труднообогатимы и требуют применения сложных схем обогащения.

Кратерно-озерные месторождения серы обычно локализуются в пределах кратеров потухших вулканов, и образование их связано с гидротермальными источниками. Выделявшаяся сера осаждалась вместе с пепловым (туфовым) материалом на дно кратерного озера, образуя слои руды. Залежи имеют обычно форму линз неправильных очертаний.

Самородная сера сублимационных месторождений отлагается в полостях и по трещинам пород на стенках кратеров вулканов, а при выходе гидротермальных источников на поверхность она образует формы в виде налетов, корок и даже серных потоков. Серные залежи этих двух типов месторождений обычно невелики по запасам и не имеют промышленного значения.

Вулканогенные месторождения в настоящее время не разрабатываются из-за сложных горно-геологических условий (месторождение Новое), а также в связи с несовершенством технологии их переработки (месторождение Малетойваямское).

9. По содержанию серы руды обычно разделяются на весьма богатые (выше 25 %), богатые (18–25 %), средние (12–18 %) и бедные (5–12 %); по выплавляемости – на легковыплавляемые (выплавляемость выше 60 %), средней выплавляемости (40–60 %) и трудновыплавляемые (ниже 40 %).

В серных рудах различных типов основные породообразующие минералы представлены кальцитом (и арагонитом), доломитом, гипсом (и ангидритом), баритом, целестином, алунитом, ярозитом, практически всегда встречаются глинистые минералы: от гидрослюд до монтмориллонита, кварц и его разновидности (опал), пирит, гидроксиды железа.

Тонкодисперсная сера зачастую рассеяна в известняках в виде мельчайших (в среднем 0,02 мм) зерен и агрегатов неправильной формы, образуя тонкие и сложные взаимопрорастания с кальцитом. Кристаллические формы самородной серы даже при очень малых размерах минеральных индивидов (менее 0,01мм) обычно не дают сложных сростков с вмещающими породами и образуют при гнездовых и прожилковых текстурах мономинеральные скопления серы с размером включений от 0,5–3 до 200 мм.

Попутные полезные ископаемые и компоненты на месторождениях серных руд представлены в основном целестином, алунитом, баритом, гипсом, ангидритом и сульфидами металлов, которые возможно извлечь флотационными, гравитационными и другими методами обогащения.

Вредными компонентами руд самородной серы, которые влияют на технологию переработки сырья и область применения получаемых продуктов, являются мышьяк, селен, (железо, марганец, медь и др.), гипс, битумы и глины с большим количеством нерастворимого остатка.