Промышленные концентрации ванадия известны в следующих генетических группах месторождений:
- собственно магматических,
- контактово-метасоматических,
- гидротермальных,
- инфильтрационных,
- осадочных.
Значение контактово-метасоматических и гидротермальных месторождений невелико.
Собственно магматические месторождения
К собственно магматическим относятся титаномагнетитовые, ильменит-магнетитовые, ильменит-гематитовые и рутил-апатитовые (мельсониты) месторождения. Наиболее крупные представлены титаномагнетитовыми и ильменит-магнетитовыми месторождениями, приуроченными к массивам ультраосновных и основных пород габбро-пироксенит-дунитовой и анортозитовой формаций. Эти месторождения охарактеризованы в разделе «Месторождения титана». Здесь следует лишь отметить, что в титаномагнетитовых рудах содержание V2O5 редко превышает 0,1—0,3%, только в некоторых случаях достигая 1—1,5%. В магнетитовом концентрате содержание V2O5 не менее 0,3—0,7%. Практический интерес к титаномагнетитовым рудам, представляющим собой сырье на железо, титан и ванадий, повысился после того, как в СССР был получен способ извлечения всех этих металлов при металлургическом переделе.
В магматических месторождениях сосредоточены основные запасы промышленных ванадийсодержащих руд. По подсчетам Л. Ф. Борисенко [1973], на их долю приходится около 95,4% всех запасов этих руд и только 4,6% запасов составляют экзогенные месторождения без ванадийсодержащих нефтей. В настоящее время в развитых капиталистических странах около половины производимого ванадия получают из руд эндогенных месторождений (35—40% приходится на долю Бушвельда).
Важнейшие провинции эндогенных месторождений ванадия в СССР: 1) восточного склона Урала (Гусевогорское, Качканарское, Висимское, Волковское, Первоуральское), 2) западного склона Урала (Кусинское, Медведевское, Копайское, Маткальское), 3) Тургайская, 4) Карело-Кольская (Пудожгорское, Елеть-Озеро и др.), 5) Мало-Кавказская (Сваранцское, Камакарское), 6) Кузнецко-Саянская (Лысанское, Кедранское), 7) Восточно-Забайкальская (Кручининское и др.), 8) Сибирская трапповая (Камышевский Байкитик и др.).
Наиболее значительные магматические месторождения ванадия за рубежом: Бушвельд (ЮАР), Лак-Тио, Пьиджелон, Миллз (Канада), Тегавус и др. (США), Родсенд, Сельвог (Норвегия), Таберг (Швеция), Баррамби (Австралия).
Контактово-метасоматические месторождения
Эти месторождения находятся в складчатых областях. Оруденение приурочивается к участкам скарнированных пород, развитых вблизи интрузивов сиенитов, диоритов, гранодиоритов и щелочных гранитов. Основными ванадийсодержащими минералами являются магнетит (0,05—0,35% V) и магномагнетит; встречается также рутил (менее 0,67% V). Эти минералы образуют вкрапленность и сплошные тела в форме «пластов», линз, столбов, труб и гнезд.
К контактово-метасоматической группе относятся Осокино-Александровское, Евстюнинское и другие скарновые месторождения ванадийсодержащего магнетита в Тагило-Кушвинском районе на Урале, а за рубежом наиболее значительные находятся в Чили (Эль-Альгарробо, Эль-Тофо, Эль-Ромераль).
Гидротермальные месторождения
По минералогическим особенностям и составу вмещающих пород среди гидротермальных месторождений ванадия выделяются следующие типы [Борисенко Л. Ф., 1973]: 1) магнетитовые в андезитах (Абовянское в Армении); 2) магномагнетитовые в траппах (Камышевский Байкитик, Якутия); 3) ноланит-уранинит-карбонатные в породах древних метаморфизованных комплексов (Никольсон Майн и другие в районе оз. Биверлодж, Канада). Формула ноланита 4FeO∙V2O5∙4V2O4 (46,2% V).
Форма рудных тел гидротермальных ванадийсодержащих месторождений жилообразная, а также пластообразная. В СССР наиболее крупным месторождением этого типа является магномагнетитовое месторождение Камышевский Байкитик (трапповая формация). Здесь сплошные массы магномагнетита (содержание V 0,6%) с апатитом и хлоритом слагают пластообразную залежь, согласную с напластованием вмещающих пород (траппов и осадочно-метаморфических пород). Возраст месторождения мезозойский.
Следует отметить, что по сравнению с магматическими месторождениями магнетитовые и магномагнетитовые руды контактово-метасоматических и гидротермальных месторождений характеризуются менее устойчивыми и в среднем менее высокими содержаниями ванадия.
Инфильтрационные месторождения
К инфильтрационным месторождениям относятся так называемые месторождения патронитовой формации, связанные с асфальтитами, а также зоны окисления некоторых полиметаллических месторождений, залегающих в карбонатных и сланцевых толщах.
Месторождение Минасрагра в Перу — типичное месторождение патронитовой формации. Оно приурочено к межгорной впадине между известковыми хребтами, сложенной глинистыми сланцами, песчаниками и известняками мелового возраста, пересеченными дайками порфиров. Месторождение состоит из серии секущих и частично согласных трещинных жил и линз, залегающих среди красных глинистых сланцев. Главное рудное тело по простиранию прослеживается на 1000 м; основные запасы руд сосредоточены в рудном столбе мощностью 9—12 м и протяженностью 60 м. Руда сложена черным аморфным патронитом (VS2?), тесно связанным с асфальтоподобным веществом, содержащим серу, примесь бравоита и молибденита. Руды очень богаты, содержание V2O5 в них путем сортировки доводится до 11%. Менее богатые руды подвергаются кальцинированию и пережигаются в золу, содержащую 22% V2O5. Предполагается, что в процессе образования асфальтоподобного вещества (при разложении животных и растительных белков без доступа воздуха) выделялись значительные количества H2S, который в верхних зонах частично окислялся до самородной серы, частично же осаждал из грунтовых вод ванадий, никель и молибден, выщелоченные из вмещающих пород. Рудник Минасрагра долгое время был важным поставщиком ванадия в мире, в настоящее время месторождение практически выработано.
Обогащенные ванадием зоны окисления урановых месторождений наблюдаются на некоторых месторождениях США, расположенных в пределах плато Колорадо и в штате Юта, а также на месторождениях Австралии и в некоторых других странах. В зоне окисления этих месторождений развиты карнотит и роскоэлит. Среднее содержание UO3 в рудах около 0,2%, a V2O5 0,7—1,5%. Первичные руды в основном сложены урановыми чернями, ассоциирующими с сульфидами, и содержание V2O5 в них резко понижено. В период отработки зоны окисления подобных месторождений их руды представляют собой комплексное сырье на уран и ванадий. В течение ряда лет из них извлекалось более половины суммарной добычи ванадия капиталистических стран.
Ванадиеносная зона окисления некоторых полиметаллических месторождений характеризуется развитием ванадинита. Ванадий, видимо, приносился в зону окисления грунтовыми водами, извлекавшими его из вмещающих пород. К этому типу ванадиевого сырья относятся руды зоны окисления некоторых свинцово-цинковых месторождений: Каратау (СССР), Брокен-Хилл (Замбия), Абенаб-Вест и Тсумеб (Намибия). По запасам ванадия эти месторождения сравнительно небольшие.
Осадочные месторождения
Значительное количество ванадия концентрируется в ряде осадочных месторождений железа, бокситов, а также в углях и нефтях. В оолитовых бурых железняках (месторождения Лотарингии, Керченского полуострова и др.) содержится 0,05—0,1% V2O5, причем большая часть ванадия извлекается. Повышенное содержание ванадия установлено в бокситах Италии (до 6—7% V2O5 в концентратах на ванадий), в углях многих месторождений (в золе содержание V2O5 достигает десятых долей процента), в высокосернистых нефтях и мазуте (в золе иранской нефти 5,03% V2O5 и 2,7% NiO). В настоящее время в Канаде V2O5 извлекается из остаточных продуктов венесуэльской нефти (до 4% V) и из нефтеносных песков Атабаски (0,024% V2O5).
Значительные скопления ванадия содержатся в мощных толщах сланцев прибалтийских районов (диктионемовые сланцы силура), Казахской ССР (кембрий), в США (в пермских фосфоритоносных толщах). Ванадий ассоциирует с углистым веществом, сульфидами молибдена, цинка и других металлов.
Типичными осадочными месторождениями ванадия являются ванадиеносные сланцы Каратау (КазССР). Месторождения представляют собой ванадиеносный сланцевый горизонт, характеризующийся чередованием пачек углисто-глинистых и кремнистых сланцев суммарной мощностью в десятки метров при мощности отдельных пачек не более 0,5—2 м. В пределах рудоносного горизонта выделяются ванадиеносные пласты, накапливавшиеся в зоне шельфа синхронно с фосфоритоносными фациями. Ванадий преимущественно концентрируется в углистых продуктах, где его содержание достигает 1—2%, в то время как в кремнистых прослоях оно падает в среднем до 0,2—0,3%,
Руды в основном представлены углистыми и глинистыми веществами, с которыми ассоциируют карбонаты (кальцит, доломит, сидерит), ванадаты (ванадинит, узбекит и др.), фосфат, барит, роскоэлит и небольшое количество сульфидов в виде мелких колломорфных выделений либо кварц-сульфидных прожилков. Установлено присутствие пирита, сфалерита, блеклых руд, молибденита, халькопирита, галенита, патронита, сульфанита (Cu3VS4), халькозина, ковеллина и др. В темных богатых органическим веществом прослоях содержание V2O5 достигает 2%. Мощные промышленные рудоносные пачки содержат в среднем около 1% V2O5 и 0,02% Мо. На отдельных месторождениях, кроме того, в состав руд входят около 0,5% Zn, 0,05—0,1% Pb, 0,1—0,2% Cu, а также некоторое количество Mn, As, Ni, Ag. Содержание углерода 2—5%, редко более.
Геологи, изучавшие месторождения ванадиеносных сланцев [Анкинович С. П. 1959], пришли к выводу, что они представляют собой осадочные образования морских бассейнов, куда с материка поступали глинистый материал и растворимые соединения ванадия, молибдена и цветных металлов. При этом высказывается мнение, что источником ванадия и частично меди служили главным образом основные, ультраосновные интрузивные и эффузивные породы, а источником молибдена и других цветных металлов, по-видимому, интрузивные и эффузивные породы кислого состава. Предполагается, что углерод и руды осаждались в результате жизнедеятельности планктонных организмов, которые извлекали металлы из разбавленных растворов бассейна и, погибая, накапливались в иле. Этот механизм, по-видимому, объясняет наблюдаемую связь повышенных концентраций ванадия и других металлов с пачками пород, обогащенных углистым веществом. Предполагается, что периоды расцвета жизнедеятельности планктонных организмов сменялись периодами затухания, в связи с. чем пачки сланцев, обогащенные органическим веществом и металлами, чередуются с кремнистыми и менее богатыми металлами пачками.
Заслуживают внимания также морские береговые россыпи, содержащие титаномагнетит, ильменит и рутил, в которых всегда присутствует ванадий (0,02—0,16%, иногда до 0,67% V). В СССР ванадийсодержащие титаномагнетитовые россыпи известны на Черноморском побережье Грузии, на побережье Каспийского моря, на некоторых Курильских островах. Содержание ванадия в титаномагнетитах этих россыпей 0,3—0,5%. Из зарубежных необходимо отметить крупные россыпи титаномагнетита в Новой Зеландии (запасы около 800 тыс. т V2O5).