Титаномагнетитовые железные руды. Титаномагнетитовые месторождения дают 60-66% добываемой железной руды. К этому типу месторождений относятся Первоуральское и Качканарское.

Качканарские руды относятся к так называемым вкрапленным разностям, в которых основная масса представлена пироксенитом, содержащим вкрапления титаномагнетита и в незначительном количестве ильменита, апатита, гематита, пирита и халькопирита. Титаномагнетит  образует также шаровидные выделения величиной до 20-50 см. В добываемой руде Качканарского рудника содержится 16-17% железа, 1-2% — титана, 0,05% — ванадия.

В настоящее время эксплуатируется Гусевогорское месторождение. Качканарский рудник по добыче руд был введен в строй в 1963 г.

Железорудные запасы Качканара уникальны. По оценкам специалистов, это месторождение содержит около 70% запасов железных руд Урала. Прогнозные ресурсы собственно Качканарского месторождения оцениваются в 6 млрд. т руды.

Титаномагнетитовые руды в небольшом объеме добываются также на Первоуральском месторождении.

Перспективы расширения запасов титаномагнетитов связаны с поисками и разведкой таких руд в районе Кытлымского габбро-пироксенитового массива на Северном Урале.

Ø Качканарская группа титаномагнетитовых месторождений, включающая собственно Качканарское и Гусевогорское месторождения, расположена в  100 км к северо-северо-западу от Нижнего Тагила.

Эти месторождения приурочены к Качканарскому интрузивному массиву, занимающему площадь 111 кв.км.

50% этой площади занимают пироксениты, 35% — габбро, 15% — перидотиты и дуниты. Пироксениты образуют в Качканарском массиве две зоны — западную и восточную. К западной зоне пироксенитов приурочено Качканарское, а к восточной — Гусевогорское тианомагнетитовые месторождения.

Руды Качканарского месторождения сформировались в результате внедрения интрузий габбро в дуниты. При их взаимодействии в горячем состоянии образовались зоны пироксенитов, насыщенные вкрапленностью титаномагнетита.

Ø При выветривании ультраосновных пород магний и кремнезем выносились грунтовыми водами, а железо переходило в окисную форму, образуя бурые железняки. Никель и хром также переходили из ультраосновных пород в бурый железняк.  

В Серовском месторождении горизонтально лежащие пластообразные и линзовидные рудные тела бурых железняков залегают на серпентинитах.

Установлено два рудных горизонта: 1 — триас-юрский горизонт охристых остаточных руд; 2 — меловой горизонт бобово-конгломератовых переотложенных руд. Первый имеет мощность 8 м, при содержании железа около 41%, никеля — 0,73%, хрома — 1,44%, кобальта — 0,06%. Мощность второго горизонта — 12 м.

К осадочным бурым железнякам относят также месторождения Зауралья: Марсятское и Мугайское. Руды залегают на глубинах от 20 до 200 м среди глинисто-песчаных отложений мелового и палеогенового возраста. Содержание железа в рудах меняется от 20 до 40%. Руды имеют высокое содержание кремнезема (25-35%) и фосфора (0,2-0,6%) и поэтому пока не эксплуатируются.

Марганцевые руды. Главным потребителем марганца является металлургическая промышленность, которая расходует 90-95% добываемых марганцевых руд. Марганец используют как добавку к сталям для их раскисления, десульфурации (при этом происходит удаление из стали нежелательных примесей — кислорода, серы и других), а также для легирования сталей, т. е. улучшения их механических и коррозионных свойств. В металлургии марганец применяется для производства ферромарганца, а также марганцевой стали и марганцевой бронзы, имеющих повышенную прочность и обладающих антикоррозийными свойствами.

Марганец применяется также в медных, алюминиевых и магниевых сплавах. Покрытия из марганца на металлических поверхностях обеспечивают их антикоррозионную защиту. Соединения марганца (карбонат, оксиды и другие) используют при производстве ферритных материалов, они служат катализаторами многих химических реакций, входят в состав микроудобрений.

На восточном склоне Северного Урала выделяется Северо-Уральский марганцеворудный бассейн. Он простирается на 300 км к северу от широты г. Серова вдоль западной границы мезозойско-кайнозойских отложений.  Здесь выявлено более 15 промышленных месторождений, из которых 9 детально изучены: Березовское, Ново-Березовское, Южно-Березовское, Екатерининское, Марсятское, Юркинское, Лозьвинское, Ивдельское, Тыньинское; а одно месторожденире — Полуночное уже выработано. Это месторождение расположено в 2 км к северу от г. Ивделя. Месторождение открыто в 1920 г., в 1942 г. начата его эксплуатация, которая продолжалась до 1965 г. Ø

Ø В годы Великой Отечественной войны от страны были отрезаны месторождения марганца Украины и Грузии.

Значение добычи  марганца в годы войны было чрезвычайно велико — марганец использовался для получения бронированной стали, которая необходима для производства танков и другой военной техники. 

Сохранились свиде­тельства того, что в годы Великой Отечественной вой­ны в штабе Гитлера разра­батывался план воздушного налета на Полуночное, чтобы сорвать добычу марганца. Поскольку горючего хватило бы только на полет до Урала, предполагалось на­брать команду смертников. Но этот план остался нереализованным.

В настоящее время ведется разработка Тыньинского месторождения.

Общие разведанные запасы марганцевых руд Северо-Уральского бассейна составляют около 42 млн. т. Объем добычи руд пока небольшой, но по расчетам через 5 лет эксплуатации он может достичь 350 тыс. т в год.

Часть разведанных запасов марганца (по предварительным подсчетам, около 2,5 млн. т) залегает близко от земной поверхности, что позволяет добывать его дешевым открытым способом.

Марганцевые руды залегают в виде пластов среди слоев глин, песков, алевролитов и песчаников. Пласты марганцевых руд имеют протяженность с юга на север от 1,5 до 7,5 км, при ширине 100-800 м и мощности 0,5-5,0 м. Они прослежены скважинами до глубины около 300 м. Содержание марганца в первичных рудах составляет 15-20%, а в окисленных — 25-30%.

Осадочные месторождения марганца сформировались в прибрежных зонах древних морей. При выветривании горных пород на прилегающей суше, содержащийся в них марганец растворялся в воде и выносился реками и ручьями в море. Смешение сравнительно кислых вод, принесенных с суши с морскими щелочными водами, вызывало осаждение марганца в прибрежных зонах, достигая в благоприятных условиях значительных (промышленных) концентраций.

Хромиты.  В Свердловской области имеются месторождения хромитов, которые связаны с массивами ультраосновных пород: дунитов, перидотитов и серпентинитов. Наиболее перспективными являются месторождения Ключевского и Алапаевского ультраосновных массивов, прогнозные ресурсы которых оцениваются в 56 млн. т и 85 млн. т., а в целом по области общий объем прогнозных ресурсов хромитов составляет 170 млн. т. Ø

 Руды цветных металлов

Медные руды. Представлены в основном двумя типами месторождений: медно-колчеданными и скарновыми медно-магнетитовыми.

Медно-колчеданные и медно-цинковые колчеданные месторождения были открыты в начале XIX века в окрестностях Кировграда, Красноуральска и в других районах Среднего Урала.

Большинство месторождений расположено в Тагильской зоне. Колчеданные месторождения распределены по площади неравномерно. Обычно они располагаются группами, а площади скопления этих месторождений получили названия рудных районов. Старые рудные районы Среднего Урала: Дегтярско-Полевской (Чусовское, Зюзельское, Дегтярское), Кировградский (Ломовское, Карпушинское Ново-Шайтанское, Левихинское), Тагильско-Красноуральский (Ново-Ежовское, им. III Интернационала, Красногвардейское, Чернушинское, Калугинское, Кабанское). В этих районах отработка большей части колчеданных залежей заканчивается.

Вновь открыты месторождения на Северном Урале (Тарньерское, Ново-Шемурское и Валенторское) и в пределах Восточно-Уральского поднятия (Сафьяновское месторождение). Сафьяновское месторождение разрабатывается. Начата разработка Ново-Шемурского месторождения.

Сафьяновское месторождение открыто в 1985 г. в 95 км к северо-востоку от Екатеринбурга. Открытие этого месторождения в густонаселенном районе на границе Артемовского и Режевского районов в конце XX века для многих стало сенсацион­ным. Этот район достаточно подробно исследован и счи­тался малоперспективным для поиска медных руд. Однако использование новых научных подходов с применением геофизических и геохимических методов привело к открытию мес­торождения. Содержание полезных компонентов в рудах Сафьяновского месторождения составляет: медь — 2,76%, цинк — 0,77%, сера — 26,5%, свинец — 0,11%, золото — 0,85 г/т, серебро — 39,9 г/т.

Ø Медноколчеданные месторождения залегают среди вулканических пород ордовик-силурийского и девонского возраста. В эти периоды на Урале действовали многочисленные  наземные и подводные вулканы, извергавшие раскаленные лавы и обломочный материал (туфы). Вулканы выделяли сернистые газы  и горячие воды, насыщенные металлами — железом, медью, цинком и др. Из этих выделений вблизи огнедышащих вулканов на морском дне и в подстилающих породах отлагались руды, состоящие из сульфидов железа, меди, цинка, получившие название колчеданов.

Основным минералом колчеданных руд является сульфид железа — пирит, или серный колчедан (FeS2). Он составляет преобладающую часть — 50-90% объема колчеданных руд.

Наиболее ценные и главные минералы колчеданных  руд: медьсодержащий минерал — халькопирит (CuFeS2) и цинксодержащий минерал — сфалерит (ZnS) присутствуют в руде в меньших количествах, составляя в сумме 5-15% объема.

Второстепенные минералы этих руд: пирротин, борнит, галенит, барит, кварц, серицит, хлорит и др.

В промышленных колчеданных рудах содержится: меди — 0,5-3,0%, цинка — 1,0-4,0%. В малых количествах в рудах присутствует золото (около 1 г в одной тонне руды) и серебро (5-10 г в тонне руды).

Скарновые медно-магнетитовые месторождения по геологическому строению сходны со скарно-магнетитовыми. Рудные тела сформировались в зоне контакта интрузий гранодиоритов и кварцевых диоритов  с известняками, туфами и туффитами. Рудные тела сложены магнетитом, гранатом, пиритом, халькопиритом, пирротином. Содержание меди в массивных рудах 3-8%, а во вкрапленных рудах 1-2%. В рудах содержатся также кобальт, цинк, никель, кадмий, висмут.

Добыча руд скарновых месторождений была начата в начале XVIII века после открытия в 1702 г. Гумешевского (Полевской) и в 1703 г. Шиловского (вблизи Екатеринбурга) месторождений. Однако главные месторождения сосредоточены в Турьинском рудном районе в окрестностях города Краснотурьинска: Башмаковское, Богословское, Вадимо-Александровское, Никитинское, Фроловское, Васильевское, Александровское и другие. К настоящему времени рудные тела скарновых месторождений в основном выработаны. Эксплуатируется только Вадимо-Александровское месторождение.

Область также перспективна на медно-титаномагнетитовые месторождения. Они приурочены к габбровым массивам западной части Тагильской зоны (от Первоуральска через Денежкин Камень далее на север). Еще в 1735-1744 годах добывались медно-титаномагнетитовые руды Серебрянского месторождения для нужд Лялинского медеплавильного завода. Интерес к таким рудам возобновился лишь в 60-х годах ХХ столетия после открытия крупного Волковского месторождения, расположенного в 25 км к северу от г. Нижнего Тагила. Ø

Ø Среднее содержание полезных компонентов в рудах Волковского месторождения составляет: железа — 16,6%, меди — 0,90%, двуокиси титана — 1,83%, пятиокиси ванадия — 0,29%, пятиокиси фосфора — 3,90%.

Волковское месторождение эксплуатируется открытым способом. Руды перерабатываются на Красноуральской обогатительной фабрике.

Алюминиевые руды (бокситы). В области расположены месторождения двух бокситоносных бассейнов: Североуральского и Восточноуральского.

Североуральский бассейн расположен на восточном склоне Урала и связан с меридиональной полосой, проходящей через Карпинск-Североуральск-Ивдель. Здесь выделяются три бокситоносных района:  Карпинский, Североуральский (СУБР), Ивдельский. В этих районах располагаются месторождения: «Красная шапочка», Кальинское, Черемуховское, Тошемское, Северо-Тошемское, Горностайское, Лаксийское, Тотинское, Известковое, Мостовское и др. Ø

В восточных предгорьях Северного Урала бокситы залегают среди древ­них морских отложений палеозоя, на размытой поверхности нижнедевонских извест­няков. Они имеют восточное падение под углом 10-40º, при мощности от 1-5 до 20 метров. Длина рудных тел от сотен метров до 12 км, протяженность по падению до 800-1200 м. Содержание глинозема (Al2O3) в бокситах составляет 50-58%, F2O3 — 16-30%, SiO2 — 2-5%, TiO2  — 2-3%. Ø

Ø Интересна история открытия североуральских бокситов.  В 1931 г. уральский геолог Н. А. Каржавин обратил внимание на выставленные в Турьинском «Федоровском» музее «убогие железные руды» — бедные железистые песчаники. Они были известны знаменитому исследователю Северного Урала Е. С. Федорову еще в конце прошлого века.

Лабораторные анализы показали, что это не железная руда, а бокситы — сырье для выплавки алюминия. От примесей железа они имеют темно-бурую окраску. Содержание алюминия в них достигает 30%. В 1932 г. начались поиски месторождений бокситов и было открыто первое месторождение северо­уральских бокситов — «Красная Шапочка».

  Ø Предполагается, что североуральские бокситы образовались осадочным путем в прибрежной зоне среднедевонского моря, в который сносился глинозем с близлежащей суши, сложенной вулканическими породами основного состава (базальтами и андезитами). Эти породы содержат 14-16% глинозема. При выветривании вулканитов глинозем выносился в море и осаждался на его дне.

 В 90-х годах в Североуральском районе эксплуатировалось семь месторождений: «Красная шапочка», Кальинское, Черемуховске, Ново-Кальинское, Новооктябрьское, Горностайское, Тотинское. Бокситы добываются шахтным способом в сложных горно-геологических условиях (глубокое залегание бокситов, крутое падение бокситоносных горизонтов, обильные подземные воды, карст).

Добываемые на этих рудниках бокситы составляли 48% от общей их добычи в СНГ. Они перерабатываются на двух заводах: Богословском (Краснотурьинск) и Уральском (УАЗ, Каменск-Уральский).

Восточноуральский бокситоносный район связан с полосой проходящей через города Каменск-Уральский, Алапаевск, Серов. Здесь распространены бокситы мезозойского, преимущественно мелового возраста. Предполагается, что эти залежи формировались на прибрежной равнине в долинных, озерных и карстовых депрессиях. Залежи бокситов перекрыты рыхлыми мезозойскими отложениями мощностью 4-90 м.

 Месторождения бокситов: Алапаевское, Нижнесинячихинское, Колчеданское, небольшие по размерам. Эти руды беднее по содержанию алюминия (содержание глинозема в них 30-43%), отличаются сложным геологическим строением и в настоящее время не добываются.

Никелевые руды. Ø В области выделено два никеленосных района: Серовский и Режевской, в которых сформировались гипергенные или силикатно-никелевые месторождения. Никелевые руды образовались здесь при выветривании глубинных оливинсодержащих пород — серпентинитов. В Серовском районе расположено одноименное месторождение и ряд рудопроявлений. В Режевском районе есть несколько месторождений: Липовское, Быстринское, Голендухинское, Покровское, Капарулинское и другие.

Серовское месторождение  является наиболее крупным на Среднем Урале. Содержание никеля в рудах колеблется от 1 до 1,52%. Запасы никеля здесь составляют несколько сот тысяч тонн. Режевской никелевый завод в настоящее время снабжается рудой с Серовского месторождения.

Ø Никель расходуется в основном на приготовление различных сплавов. Добавление никеля в сталь позволяет повысить химическую стойкость сплава, и все нержавеющие стали обязательно содержат никель. Кроме того, сплавы никеля характеризуются высокой вязкостью и используются при изготовлении прочной брони.  

Сплав железа и никеля, содержащий 36-38% никеля, обладает удивительно низким коэффициентом термического расширения (это — так называемый сплав инвар), и его применяют при изготовлении ответственных деталей различных приборов.

Общеизвестны применяемые в различных нагревателях нихромовые спирали, которые состоят из хрома (10-30 %) и никеля. Из никелевых сплавов чеканятся монеты. Общее число различных сплавов никеля, находящих практическое применение, достигает нескольких тысяч.

Высокая коррозионная стойкость никелевых покрытий позволяет использовать тонкие никелевые слои для защиты различных металлов от коррозии путем их никелирования. Одновременно никелирование придает изделиям красивый внешний вид.