Кобальт в том или ином количестве накапливается во всех генетических группах никелевых месторождений, но в гидротермальной группе образует и самостоятельные промышленные скопления. В основном кобальт концентрируется в собственно магматических, гидротермальных и в экзогенных месторождениях, связанных с корой выветривания. Однако в первой и третьей группах кобальт является побочным продуктом, извлекаемым при обработке никелевых руд. Главное промышленное значение имеют гидротермальные месторождения, среди которых выделяются следующие типы: 1) никель-кобальтовые, 2) кобальтоносные медистые песчаники, 3) собственно кобальтовые. Последние разделяются на формации: а) кобальтоносные пиритовые, б) кобальтиновые.
Собственно магматические месторождения
В рудах собственно магматических месторождений, которые относятся к важнейшему промышленному типу для никеля, независимо от геологических условий формирования всегда содержится некоторое количество кобальта. В подавляющем большинстве случаев кобальт входит в состав пентландита, изоморфно замещая, никель. Изучение руд многих месторождений показало, что отношение Co/Ni меняется от 1 : 50 до 1 : 60 и редко достигает 1 : 30—1 : 40. Кобальт извлекается на металлургических заводах в процессе выплавки никеля из руд.
Гидротермальные месторождения
В группе гидротермальных месторождений важное промышленное значение имеют никель-кобальтовые.
Никель-кобальтовые месторождения
Эти месторождения приурочены к участкам развития глубинных разломов, где нередко расположены интрузии ультраосновного и основного состава. Форма рудных тел — маломощные жилы, переходящие в штокверки или линзообразные залежи по контактам тел серпентинитов. В месторождениях данного типа широко, развиты леллингит, саффлорит, раммельсбергит, скуттерудит, хлоантит, шмальтин, а также герсдорфит. Эти минеральные образования часто ассоциируют с самородным серебром либо с его сульфосолями.
Типичными являются месторождения района Кобальт в Канаде, Ховуаксы в Тувинской АССР и Бу-Аззер в Марокко. На некоторых месторождениях (районы Рудных гор в ГДР и Большого Медвежьего озера в Канаде) в составе руд помимо Ni, Co, Ag и Bi присутствует настуран (месторождения так называемой пятиметальной формации).
Наконец, отмечаются рудопроявления с повышенным содержанием Си (главным образом в виде теннантита) при подчиненном количестве Co и Ni (в районе Ховуаксинского месторождения).
Перейдем к описанию двух типичных месторождений: Ховуаксы в Тувинской АССР и Бу-Аззер в Марокко.
На площади месторождения Ховуаксы, согласно А. А. Богомолу [1970], обнажаются осадочные породы кембрия и силура, представленные алевролитами и песчаниками, с прослоями известняков. Породы смяты в складки и прорваны лейкократовыми биотитовыми гранитами и дайками различного состава. Отдельные горизонты осадочной толщи подвергнуты интенсивному скарнированию. Известняки замещены гранатовыми и пироксен-гранатовыми скарнами, а известковистые песчаники и алевролиты — гранат-пироксен-скаполитовыми и пироксен-скаполитовыми скарнами. Мощность горизонта скарнов 150—200 м. Основной структурный элемент месторождения — крупный разлом, приводящий в контакт отложения кембрия и верхнего силура. С ним сопряжена серия трещин скола и отрыва, к которым и приурочены рудные жилы. Промышленное значение имеют только те из них, которые пересекают горизонт скарнов в верхнесилурийских отложениях. Эти жилы характеризуются крутым или пологим падением к востоку. Мощность жил небольшая. В участках сопряжения рудовмещающих трещин развиваются рудные столбы с богатым оруденением. Частично оруденение проникает из скарнов в алевролиты висячего бока и в песчаники лежачего бока. В первичных рудах развиты кальцит, доломит, никелин, раммельсбергит, шмальтин, хлоантит, скуттерудит и саффлорит. Из второстепенных минералов установлены сидерит, блеклая руда, халькопирит, сфалерит, галенит, самородный висмут и др. Сульфиды выделялись позднее арсенидов. Среди минералов зоны окисления преобладают эритрин, аннабергит, арсенолит AS2O3 и др.
Строение жил обычно зональное симметрично-полосчатое. От зальбандов к центру наблюдается смена минеральных парагенезисов: гранат-пироксеновый скарн → кварц-хлорит-карбонат с реликтами скарнов → карбонат с колломорфными диарсенидами (шмальтин, саффлорит со скуттерудитом, никелин, раммельсбергит) → поздний розовый кальцит (в центральной части). В среднем по месторождению отношение Co/Ni около 1. Выделяются два главных типа руд — саффлорит-шмальтиновые, распространенные на юге, и шмальтин-раммельсбергит-никелиновые, в основном развитые в северной части месторождения. Ховуаксинское месторождение сформировалось в конце раннего девона. Рудообразование происходило вслед за внедрением послескарновых даек диабазов. Генетическая связь месторождений с диабазами, как это предполагалось для месторождений Кобальт в Онтарио, не подтвердилась, поскольку к дорудным образованиям относятся аплиты, секущие диабазы. Не исключена возможность общности магматического очага месторождений описываемого типа с гранитоидами, хотя возможно, что никель и кобальт извлекались гидротермальными растворами из нижележащих серпентинитов.
Группа месторождений Бу-Аззер находится в центральной части Марокканского Анти-Атласа. В эту группу входит 50 рудных объектов, из которых главными являются участок Бу-Аззер и месторождение Агбар, на которых с 1934 г. добыто более 2 млн. т руды с содержанием Co 1—2%.
Геология месторождений Бу-Аззер охарактеризована Г. А. Крутовым [1970]. По его данным, район месторождений приурочен к одному из выходов докембрийских пород горной цепи Анти-Атласа, (краевая часть Африканской платформы), сложенному архейскими ортогнейсами и несогласно залегающими на них метаморфизованными вулканогенноосадочными образованиями нижнего протерозоя. Породы нижнего структурного этажа рассечены крупным разломом, вдоль которого размещается ряд офиолитовых тел, сложенных серпентинитами, спилитами и кварцевыми диоритами. Докембрийские образования перекрыты платформенными отложениями нижнего палеозоя, частично верхнего протерозоя. Никель-кобальтовое оруденение развивается в зоне брекчий по контакту серпентинитов с риолитами. Рудовмещающая кварц-карбонатная жильная масса в виде панциря окружает куполовидный выступ серпентинитов в верхней части и на склонах. Мощность рудоносного панциря достигает 30 14, а на глубину он прослежен на 400 м. Обычно рудная минерализация строго ограничивается пределами брекчированных и карбонатизированных пород. В серпентиниты руды не проникают, а в более хрупких породах, в частности в кварцевых диоритах и риолитах, рудные прожилки распространяются до первых десятков метров. Оруденение залегает в форме линз, а также четковидных жил и прожилков в брекчированной массе пород контакта. Иногда в форме рудного столба (жила 7/5 участка Бу-Аззер) оруденение прослеживается до глубины 255—300 м.
Наиболее распространенные рудные минералы месторождения арсениды кобальта, железа и никеля групп скуттерудита, саффлорит-леллингита, рамельсбергита и никелина. Подчиненное значение имеют сульфиды меди (халькопирит, борнит, халькозин, ковеллин) и окисные соединения железа и хрома (магнетит, гематит, хромшпинелиды). К редко встречающимся относятся герсдорфит, пирит, арсенопирит, кобальтин, молибденит, самородное золото, самородное серебро, браннерит (титанат урана), реальгар, аурипигмент и к еще более редким — блеклые руды, сфалерит, галенит, эмплектит (CuBiS2) и виттихенит (Cu3BiS3). Из нерудных минералов развиты карбонаты с преобладанием кальцита и доломита, а также минералы группы серпентина — антигорит, хризотил-асбест и др., ассоциирующие с тальком, стеатитом, гранатами и некоторыми другими минералами; местами широко распространены кварц и хлориты. Последовательность формирования ассоциаций: диарсениды — триарсениды — сульфиды и сульфоарсениды.
При сопоставлении данных по минеральному составу руд и характерному для них отношению Co/Ni отчетливо выявляется горизонтальная зональность в распределении оруденения. Она выражается в резком преобладании кобальта в центральной части рудоносной площади (участки Бу-Аззер и Агбар), неравномерном снижении его содержания по направлению к востоку и западу, наконец, в появлении существенно никелевых руд на восточном и западном флангах района. Сульфидная минерализация, относительно слабо проявленная па рудоносной площади, без существенного перерыва наложена на арсенидное никель-кобальтовое оруденение. Зона окисления прослеживается до глубины 30—50 м. В ее пределах развиты эритрин, аннабергит и другие минералы никеля, кобальта, меди, железа, реже марганца и других элементов.
Процессы формирования месторождений Бу-Аззер протекали с конца раннего протерозоя — времени внедрения по глубинному разлому магмы ультраосновного и основного состава. Серпентинизация ультраосновных пород отчасти, вероятно, была связана с процессами автометаморфизма, но под влиянием крупных гранитоидных интрузий среднего и первой половины верхнего протерозоя резко усилилась. Еще позднее происходили интенсивные гидротермальные преобразования серпентинитов с развитием магнезиальных гидросиликатов, окислов железа и особенно широко распространенных карбонатов. Процессы рудной минерализации последовали за отложением основной массы ранних карбонатов, которые и послужили средой рудоотложения.
Тесная пространственная связь никель-кобальтовых руд с серпентинитами, содержащими в среднем 0,02% Со и 0,2% Ni, по мнению Шуберта [1963 г.] и других исследователей, свидетельствует, что источником металлов для формирования руд являлись серпентиниты. Г. А. Крутов [1970] подтверждает такой вывод. Однако, рассматривая образование арсенидных руд с изменчивым отношением Co/Ni, необходимо допустить избирательную мобилизацию металлов, меняющуюся в зависимости от условий процесса.
Оруденение формировалось между поздним протерозоем и ранним палеозоем синхронно с проявлением вулканизма, сопровождавшегося накоплением андезит-трахитовых лав и предопределившего температурный режим рудообразования. Этот режим в свою очередь обусловил избирательное заимствование металлов, зональность в распределении арсенидных руд и степень их последующей перекристаллизации. Глубина формирования верхних частей месторождений не превышала 500 м, а вертикальный размах оруденения составлял 300—400 м. Температурный интервал формирования руд от 500 до 100° С.
Мышьяксодержащие растворы, поднимаясь вдоль контакта серпентинитов, залегающих среди риолитов верхнего докембрия, интенсивно воздействовали на серпентинизированные ультраосновные породы, извлекая из них кобальт и никель. Перенос металлов в зону рудоотложения осуществлялся комплексными соединениями.
Кобальтоносные медистые песчаники и доломиты
Эти месторождения охарактеризованы в качестве важного генетического и промышленного типа медных месторождений и поэтому подробную их характеристику мы давать не будем. Отметим лишь, что в ряде месторождений медистых песчаников в Центральной Африке (Замбия, Заир, Уганда) в состав руд в качестве промышленной примеси входят линнеит — Со3S4 и другие минералы, из которых кобальт извлекается попутно. Обычно кобальт концентрируется в халькопиритовых рудах, которые выше по разрезу сменяются халькопирит-борнитовыми слабо кобальтоноснЬши и борнитовыми, не содержащими кобальта (рудники Норд, Саут, Миндола в районе Чамбиши-Нкана в Замбии). Особый интерес для добычи кобальта представляют окисленные руды месторождений провинции Шаба (Заир).
Руды провинции Шаба развиты главным образом в трещиноватых, выщелоченных, закарстованных, окремнелых и брекчированных вмещающих породах, заполняя в них поры, пустоты и пещеры. Главным минералом является малахит. Встречаются также черные и кофейно-коричневые порошково-землистые массы, сложенные окисями меди и кобальта с некоторым количеством лимонита и пиролюзита, а также чистые кобальтовые окиси (стениерит HCoO2). Содержание Си в руде 10—12%, Со 1—3%.
Кобальтоносные пиритовые месторождения
Эти месторождения известны в СССР на Восточном Саяне (Савинское) и на Урале. Типичным является Пышминско-Ключевское колчеданнное месторождение, детально изученное А. Е. Малаковым, С. А. Вахромеевым, А. П. Наседкиным и др. Согласно А. П. Наседкину [1963 г.], оно во многом сходно с медноколчеданными месторождениями Урала, но в отличие от них залегает не в полосе развития колчеданных месторождений, а приурочено к восточной ветви зеленокаменных пород Среднего Урала (примерно в 25—30 км от главной полосы колчеданных месторождений). По особенностям геологического строения и минеральному составу кобальтоносные месторождения пирита могут рассматриваться как своеобразный тип медноколчеданных месторождений Урала. Среди вмещающих пород резко преобладают основные эффузивы, в меньшей степени развиты осадочно-метаморфические породы силура — девона. Здесь же прослеживается полоса серпентинитов. Весь комплекс вмещающих пород интенсивно метаморфизован и превращен в хлоритовые, лиственитовые, местами тальковые и кремнистые образования.
Рудные тела залегают в форме разобщенных линз и зон вкрапленности в рассланцованных породах. Сложены они кобальтоносным пиритом, халькопиритом и пирротином, асоциирующими с кубанитом, пентландитом и магнетитом; в небольших количествах присутствуют линнеит и миллерит. Широкое развитие среди вмещающих толщ интрузивных пород основного и ультраосновного состава обусловило относительно высокое содержание никеля в рудах, где он связан с пентландитом, никельсодержащим пирротином и частично с миллеритом. Кобальт, который определяет главную промышленную ценность руд, в основном связан с пиритом, частично также с пирротином и халькопиритом, содержащими включения линнеита. На глубоких горизонтах в некоторых зонах встречен кобальтин. Некоторые исследователи считают, что источником кобальта, по-видимому, служил магматический очаг, хотя никель мог, по их представлениям, заимствоваться растворами из основных и ультраосновных вмещающих пород. Однако более обосновано мнение о выщелачивании кобальта рудоносными растворами из ультраосновных пород.
Из зарубежных месторождений кобальтсодержащего пирита (и пентландита) следует упомянуть месторождение Оутокумпу в Финляндии.
Мышьяково-кобальтовые месторождения
Небольшие по масштабам мышьяково-кобальтовые месторождения встречаются сравнительно редко. Располагаясь в молодых складчатых областях, они тяготеют к крупным разломам, к которым приурочены массивы гранитоидов, реже ультраосновных и основных пород. В пределах рудных полей и месторождений широко развиты дайки интрузивных пород. Оруденение контролируется зонами смятия и дробления вмещающих пород (чаще это терригенные и вулканогенно-осадочные образования) или разрывными нарушениями вдоль контактов даек основного состава. Процесс формирования месторождений многостадийный. Сначала происходило отложение кобальтина, глаукодота, кобальтсодержащего арсенопирита, затем (в поздние стадии) — пирита, пирротина, халькопирита с небольшим количеством сфалерита, галенита и других минералов. Изменения вмещающих пород выражаются в окварцевании, хлоритизации и нередко турмалинизации и биотитизации.
Месторождения этого типа известны в СССР — Дашкесан в Азербайджане, Сеймчанский на северо-востоке СССР. За рубежом к ним относятся месторождения района Блекбирд (Айдахо, США), Маунт-Кобальт (Квинсленд, Австралия), в Чили.
Типичным является Дашкесанское железорудное месторождение в Закавказье. На площади этого месторождения обнажаются вулканогенно-осадочные породы средне- и поздиеюрского возраста, представленные порфиритами, туфами, туффитами и известняками, смятыми в синклинальную складку широтного простирания. Внедрившиеся в раннем мелу гранодиориты образовали в ядре складки сложно дифференцированный массив. Широко распространены разновозрастные дайки диабазов, плагиоклазовых порфиритов и габбро-порфиритов. Скарноворудная залежь приурочена к межформационной зоне нарушений, развившейся по контакту верхнеюрских известняков с висячего бока и порфиритов с лежачего. Сложена залежь в основном магнетитовыми рудами. Процесс минерализации, по данным Г. А. Крутова [1959], развивался в следующей последовательности.
1. Отложение в мраморизованных известняках вдоль межформацонной зоны волластонита, тремолита и актинолита; образование при повторных подвижках в той же зоне пластовых и гнездовых залежей гранат-магнетитового скарна с пироксенами, апатитом, гематитом, ильваитом, эпидотом, актинолитом, хлоритом и другими минералами.
2. Выделение в магнетите рассеянной вкрапленности кобальтсодержащего пирита по пологому контакту магнетитовых залежей и надрудных порфиритов, и ороговикованных пород, а также выделение кобальтина с незначительным развитием глаукодота и кобальтсодержащего арсенопирита по контакту даек и магнетитовой залежи.
3. Отложение вдоль пологой межформационной зоны и контактов крутопадающих даек халькопирита, корродирующего кобальтин, с подчиненным количеством борнита, пирита, молибденита и сфалерита в ассоциации с кварцем, кальцитом и более поздними цеолитами.
Важно отметить, что образование скарновомагнетитовой залежи, а также кобальтовых руд произошло после внедрения даек основных пород. Таким образом, формирование оруденения во времени значительно оторвано от становления массива гранитоидов.
Заканчивая краткое описание эндогенных кобальтовых месторождений, следует отметить, что кобальт в некоторых месторождениях содержится в глаукодоте (Акджилга, в Киргизской ССР). Минералы — кобальта, а иногда и никеля установлены в некоторых свинцово-цинковых месторождениях. К ним, в частности, относится месторождение Боудвин-Майн в Бирме, где обнаружены герсдорфит и сульфоарсениды кобальта и железа. При этом содержание Ni достигает 2%, а Co 1%. Кобальт-никелевое оруденение развито также в двух свинцово-цинковых рудниках юго-восточной части штата Миссури — Миссури-Кобалът и Ля-Мотт вблизи г. Фредериктаун. В рудах этих месторождений в ассоциации с марказитом, халькопиритом и с небольшим количеством сфалерита, кальцита и кварца развит зигенит (CoNi2S4).
Месторождения, связанные с корой выветривания
Месторождения кобальта возникают в тесной связи с экзогенными месторождениями никеля при латеритном выветривании ультраосновных пород. Как уже говорилось в разделе «Месторождения никеля», кобальт в этих условиях накапливается в окислах марганца. Согласно Г. А. Крутову [1959], кобальтсодержащие гидроокислы марганца встречаются во всех зонах профиля выветривания площадного типа. Наиболее обогащены ими верхние горизонты обохренных и нонтронизированных серпентинитов. Они наблюдаются в виде небольших гнезд и корочек, распределенных более или менее равномерно по мелким трещинам и пустотам, образующимся при оседании и механическом перемещении продуктов выветривания. В месторождениях линейного типа обогащение окислами марганца, содержащими кобальт и никель, происходит в зонах охр и брекчий, совпадающих с контуром промышленных никелевых, руд. Отношение Co/Ni в асболанах площадной коры выветривания иногда приближается к единице. Однако в среднем для руд площадного развития коры выветривания это отношение составляет 1 : 20, повышаясь до 1 : 10 в более высоких горизонтах. В линейном типе выветривания количество кобальта в асболанах уменьшается и обычна отношение Co/Ni колеблется от 1 : 45 до 1 : 60.
Осадочные месторождения
Большой интерес представляют кобальтсодержащие железо-марганцевые конкреции глубоководных океанических осадков Тихого, Атлантического и Индийского океанов (см. раздел «Месторождения марганца»). Запасы кобальта в конкрециях в 620 раз выше, чем в месторождениях суши.