Минеральные ресурсы



Скачать 490.52 Kb.
страница1/3
Дата14.11.2016
Размер490.52 Kb.
  1   2   3
Раздел 1 Минеральные ресурсы
Минерально-сырьевые ресурсы всегда играли большую роль в жизни человечества, и это нашло отражение в периодизации древней истории - каменный, железный, бронзовые века.

Минеральные ресурсы – это полезные ископаемые в недрах Земли, запасы которых оценены по геологическим данным. Полезные ископаемые формируются в земной коре в результате долговременных геологических процессов. Добываются они пока только из земной коры – мантия и ядро недоступны.

Недра – верхняя часть земной коры, в пределах которой осуществляется добыча полезных ископаемых (исчерпаемый, невозобновимый ресурс). Полезными ископаемыми называются скопления минералов и элементов в горных породах, пригодных для извлечения полезных компонентов.

Горные породы принадлежат к 3 основным генетическим классам:



  • осадочные: отложение материала разрушения горных пород любого генезиса на суше и в море;

  • метаморфические: преобразованные горные породы в глубинах земной коры под воздействием высоких температур и давления;

  • магматические: образуются путём затвердевания магмы на поверхности или в глубине земной коры.

В земной коре полезные ископаемые встречаются в виде локальных скоплений, называемых месторождениями. Запасы полезных ископаемых делятся на доступные (могут быть извлечены) и вероятные (остаются в недрах). Потенциальным (забалансовым) запасом называют те полезные ископаемые, разработка месторождений которых в настоящий момент по какой-либо причине нецелесообразна.

По расположению относительно поверхности земли месторождения подразделяются на эндогенные (глубинные) и экзогенные (поверхностные). Месторождения полезных ископаемых распределены в земной коре неравномерно. Большинство видов минерального сырья представлено рудами, состоящими из минералов, т.е. неорганических веществ природного происхождения. Однако некоторые важные виды полезных ископаемых, в частности энергетическое сырье, имеют органическое происхождение (ископаемые угли, нефть, торф, горючие сланцы и природный газ). Их присоединяют к минеральному сырью условно. В последние годы все большее значение приобретает гидроминеральное сырье — высокоминерализованные подземные воды (погребенные рассолы).

Известно около 3 тысяч видов минералов. По химическому составу они подразделяются на следующие группы:


  • 75% - силикаты,

  • 17% - окислы и гидроокислы,

  • 1,7% - карбонаты,

  • 1,7% - фосфаты,

  • 0,5% - хлориды и фториды,

  • 0,3% - сульфиды и сульфаты,

  • 0.1% - самородные элементы.

Число химических соединений и элементов, используемых в практической деятельности, неуклонно возрастает: в 1869 г. (год создания системы Д.И.Менделеева) было известно 62 элемента, из них использовалось 35; в 1906 г., соответственно, 84 и 52; в 1917 г. – 85 и 64, в 1985 г. -105 и 87, в 2000 г. -112 и более 100.

Общие объемы добываемых минеральных ресурсов в мире:

– граниты, базальты и др. – 30%,

– песок, гравий – 20–25%,

– уголь, торф, сланцы – 15%,

– руды, цветные, чёрные и благородные металлы – 20%,

– глины, известняки – 3%,

– калийные и поваренные соли – 3–4%,

– другие полезные ископаемые – 1–2%.

В целом, минерально-сырьевой комплекс (горнорудная промышленность) занимает около 5 % поверхности суши.

Ценность отдельных видов минерального сырья определяется в зависимости от области их применения (для получения энергии, в машино- и приборостроении, при производстве товаров народного потребления), а также от того, насколько редко они встречаются. Минеральное сырье, необходимое для обеспечения оборонной промышленности и бесперебойного функционирования ее сырьевой базы, иногда называют стратегическим. Так, например, в США постоянно поддерживается определенный запас (государственный резерв) стратегических материалов, причем более половины потребности в 22 видах минерального сырья приходится удовлетворять за счет импорта. Среди импортируемых материалов важное место занимают хром, олово, цинк, вольфрам, иттрий, марганец, платина и платиноиды, а также бокситы (алюминиевые руды). Советский Союз в 1987 году ввозил всего четыре вида минерального сырья: бокситы, барит, висмутовый концентрат и кусковой флюорит. Позднее он стал импортировать ильменит (руду титана), ниобиевые и отчасти танталовые концентраты, а также феррониобий. Россия перешла на импорт готовых труб из ниобиевой стали для газо-, нефте- и продуктопроводов. После распада СССР Россия лишилась большинства месторождений хромитов, марганца, титана, свинца, урана, отчасти меди, цинка, молибдена и некоторых других металлов и теперь вынуждена импортировать все эти виды сырья. Как и в США, в России существует государственный резерв дефицитного минерального сырья.

Обзор минеральных ресурсов

Минеральные ресурсы подразделяются на 3 группы: металлические, неметаллические и энергетические.

Металлические минеральные ресурсы представлены рудами следующих металлов:

– руды черных металлов (железо, марганец, хром, ванадий),

– руды цветных металлов (алюминий, магний, медь, свинец и др.),

– благородные металлы и их руды (золото, серебро, платина и др.),

– руды редких металлов (ниобий, тантал и др.),

– рассеянные элементы (талий, германий, рубидий, кадмий, селен, теллур и др.),

– руды радиоактивных металлов (уран, торий).

В группе неметаллических ресурсов выделяют сырье для химической и агрохимической промышленности, строительные материалы, поделочные и ювелирные камни.

Энергетические ресурсы (горючие полезные ископаемые) включают в себя ископаемое органическое топливо (нефть, газ, уголь, торф, горючие сланцы).


Металлические полезные ископаемые
Руды черных металлов
Железо. Занимает второе место после алюминия по распространённости в земной коре среди металлов. Период в истории Земли, когда образовалось большое количество осадочных пород, богатых железом, начался в 2,6 млрд. лет назад и закончился 1,8 млрд. лет назад.

Выделяют 3 основных типа месторождений железа:



  • месторождения кор выветривания (осадочные) – основная часть запасов;

  • месторождения, ассоциирующиеся с известковыми породами (магматические);

  • Мировой океан: россыпи, железомарганцевые конкреции;

Месторождения железных руд классифицируют как промышленные при содержании металла не менее нескольких десятков миллионов тонн и неглубоком залегании рудных тел (чтобы можно было вести добычу открытым способом). В крупных месторождениях содержание железа исчисляется сотнями миллионов тонн.

Главные железосодержащие минералы:

магнетит (Fe3O4, магнитный железняк), самые ценные руды,

гематит (железный блеск), поверхностные месторождения, формирующиеся в кислородной обстановке, железо трехвалентное,

сидерит (FeCO3, Fe2+ двухвалентное в глубинных месторождениях, бескислородная обстановка),

лимонит,

шамозит,

тюрингит.

Общая мировая добыча железной руды превышает 1 млрд. т. (1995 г.). Больше всего руды (в млн. т.) добывается в Китае (250), Бразилии (185), Австралии (более 140), России (78), США и Индии (по 60) и на Украине (45). В значительных масштабах добыча железной руды ведется также в Канаде, ЮАР, Швеции, Венесуэле, Либерии и Франции. Общие мировые ресурсы сырой (необогащенной) руды превышают 1400 млрд. т., промышленные – более 360 млрд. т.

В России общие запасы железных руд составляют 101 млрд. т., при этом 59 % запасов сосредоточено в Европейской части, а 41 % – к востоку от Урала. Крупнейшие месторождения: Ковдорское (Кольский полуостров), Магнитогорское (Урал), Рудногорское и Коршуновское (Ангаро-Илимский район). В Томской области имеются 4 крупных месторождения (которые пока не осваиваются): Бакчарское, Колпашевское, Парабель-Чузикское и Парбигское.

Используется: железо повсеместно. Важная роль железа и его сплавов в технике и промышленности обусловлена удачным сочетанием их свойств и ряда других факторов. Во-первых, в земной коре очень много железной руды; ее залежи встречаются повсюду, а добыча не представляет особых трудностей. Во-вторых, из железной руды довольно легко выплавляется железо. Благодаря обилию руды и относительной несложности выплавки железо – недорогой и широко распространенный материал. В-третьих, на основе железа можно получать широкий спектр конструкционных материалов разного рода, обладающих самыми разнообразными свойствами. Например, чугун – прочный материал с довольно низкой температурой плавления, которому путем литья можно придать любую форму. Сталь, в зависимости от ее состава, может быть либо прочным, но пластичным материалом для изготовления, скажем, профильного проката, из которого строят мосты и морские суда, либо очень твердым и тугоплавким материалом для металлорежущего инструмента. В-четвертых, железо – единственный известный недорогой магнитный материал, а потому из него можно делать магнитные сердечники трансформаторов, электромашинных генераторов тока и электродвигателей.

Чистое железо в технике почти не применяется. Одним из первых видов вырабатывавшегося железа было сварочное железо, практически чистое, но в настоящее время оно не находит заметного применения. Конструкционные материалы любого назначения с наиболее подходящими свойствами получают, сплавляя железо с другими химическими элементами. Сплавы железа использовались уже 4 тысячи лет назад. Металл редко применяется в чистом виде, чаще в соединении с углеродом. Если содержание углерода больше 2 % – чугун, если меньше 2 % – сталь. Технологию получения стали изобрёл в середине 19 столетия Генри Бессемер. Мартеновская печь для выплавки стали и чугуна была сконструирована Мартеном и Сименсом.

Железо и его сплавы, важнейшие конструкционные материалы в технике и промышленном производстве. Из сплавов железа с углеродом, называемых сталями, изготавливаются почти все конструкции в машиностроении и тяжелой промышленности. Легковые, грузовые автомобили, станки, железные дороги, корпуса и силовые установки судов – все это делается в основном из стали. Масштаб производства стали является одной из основных характеристик общего технико-экономического уровня развития государства. На долю стали приходится около 95 % всей металлической продукции.

Сталь – это, прежде всего, сплав железа с углеродом. В такой сплав могут входить и другие элементы, но углерод – непременный компонент стали. Содержание углерода в стали может достигать примерно 2 %. В нелегированной стали другим компонентом может быть только марганец. Он вводится для снижения хрупкости, обусловленной присутствием в стали серы, которая не удаляется при промышленном переплаве. Содержанием углерода определяется прочность нелегированной стали. Сталь, содержащая около 0,2 % углерода, называется конструкционной и пригодна для изготовления каркаса высотного дома или автомобиля. С увеличением процента углерода сталь становится тверже. При 0,8 % углерода сталь пригодна для изготовления сверл и молотков, при 1 % – бритвенных лезвий и напильников. Такие «высокоуглеродистые» стали называются инструментальными. Для повышения ударной вязкости или для сохранения прочностных характеристик при повышенных температурах к стали могут добавляться и другие легирующие элементы (никель, хром, молибден, вольфрам, ванадий) общим количеством примерно до 5 %. Такие стали называются легированными. Технология легирования сталей была изобретена в 1914 году.

В состав нержавеющих сталей входят хром и обычно никель в суммарном количестве до 25 %. Нержавеющие стали прочны и антикоррозионны.

Кроме того, производится высокопрочная низколегированная сталь – более твердая и прочная, чем обычная углеродистая сталь. Используется в автомобилестроении, мостов, кранов и других конструкций, подвергаемых высоким нагрузкам. Сверхнизкоуглеродистая сталь – листовая сталь с сверхнизким содержанием углерода, используемая преимущественно в деталях автомобилей, требующих максимальной пластичности. Повышенную эластичность этот тип стали приобретает благодаря вакуумной дегазации.

Сталь с покрытием – стальной лист, покрытый способом погружения в ванну с расплавленным материалом (известное как горячее покрытие) для защиты основного металла (основы) от коррозии. Наиболее широко используемым защитным материалом является цинк. На слой цинка можно наносить органическое покрытие (краска, пластмасса). Сталь с покрытием из цинка часто называют «оцинкованная сталь».

Холоднокатаная нетекстурированная кремнистая сталь – кремнистая сталь, магнитные характеристики которой практически соответствуют по всем направлениям магнитным свойствам в плоскости материала. Используют в производстве электродвигателей, генераторов, преобразователей и магнитопроводов в промышленных машинах и оборудовании.

К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержащие более 2% углерода. Почти всегда в них входит и кремний. Углерод и кремний в значительном количестве понижают температуру плавления и повышают жидкотекучесть расплава. Чугун может выплавляться в простых, недорогих печах, а благодаря его высокой жидкотекучести – разливаться в литейные формы сложной конфигурации. Из чугуна изготавливают столь разнообразные изделия, как рояльные рамы, трубы и сковороды, а также станины прокатных станов, токарных и фрезерных станков. Железный сплав, содержащий 3-4% углерода и кремния, называется серым чугуном из-за цвета поверхности его излома. При меньшем содержании углерода и кремния и быстром охлаждении отливки получается твердый и хрупкий белый чугун. Чугун можно производить и обрабатывать, обходясь минимумом крупного оборудования. Когда промышленно развитые страны достигают высокого уровня благосостояния, они начинают больше средств инвестировать в сталеплавильное производство, а потребление чугуна снижается.

Мировым лидером по выплавке нерафинированной стали в 1988 году был СССР (180,4 млн. т.), с 1991по 1996 года первое место занимала Япония (101 млн. т.), затем следовали США и Китай (по 93 млн. т.) и Россия (51 млн. т.). По состоянию на 2005 год мировое производство нерафинированной стали составило 11 млрд. 129,4 млн.т. (данные Глобальной ассоциации стали). При этом абсолютным лидером является Китай (349,4 млн.т.), далее следуют страны ЕС (186,5 млн.т.), Северная Америка (127 млн.т.), страны СНГ (112,9 млн.т.), Япония (112,5 млн.т.), Южная Америка (45,3 млн.т.), Индия (38,1 млн. т.) и др.

Следует отметить, что производство нерафинированной стали возрастает с каждым годом. Так, например производство стали в 2008 году только Китаем составило 540 млн.тонн.



Марганец. По распространенности в земной коре – 14-й элемент. Серебристо – белый хрупкий твердый металл. Марганец был обнаружен в минерале пиролюзите (МnО2·Н2О), известном еще Плинию Старшему. Используется при производстве легированной стали и чугуна (на 1 т стали требуется 7 кг марганца), а также в качестве легирующей добавки к сплавам для придания им прочности, вязкости и твердости. Большая часть мировых промышленных запасов марганцевых руд приходится на Украину (42,2 %), ЮАР (19,9), Казахстан (7,3), Габон (4,7), Австралию (3,5), Китай (2,8) и Россию (2,7). Значительное количество марганца производится в Индии и Бразилии.

В России является остродефицитным сырьём, известны месторождения: «Усинское» в Кемеровской области, «Полуночное» в Свердловской, «Порожинское» в Красноярском крае, «Южно-Хинганское» в Еврейской автономной области, «Рогачёво-Тайнинская» площадь и «Северо-Тайнинское» поле на Новой Земле.

Глубоководные Fe-Mn-конкреции впервые были изучены во время экспедиции на «Челленджере» в 1873-1876 годах. С того времени их исследование проводилось со всевозрастающей интенсивностью. Fe-Mn-конкреции представляют собой стяжения гидроокислов железа и гидроокислов марганца, образующиеся на дне современных водоемов (океанов, морей, озер). Размеры их от 0,01 мм до десятков сантиметров. Наиболее активно конкреции формируются в пелагических районах океанов (открытые, удаленные от суши области океана, где на больших глубинах наименее сказывается влияние суши на протекающие здесь процессы осадкообразования; в эти области поступает мало терригенно-обломочного материала). В таких районах конкреции покрывают огромные пространства дна. Так, в отдельных частях Индийского океана объем конкреций составляет от 4 до 10 тыс. т на 1 км2.

Обычно конкреции содержат ядро, сложенное каким-либо инородным телом (часто это обломки вулканических пород), которое окаймлено оболочкой Fe-Mn-оксидов. По морфологии конкреции очень разнообразны: это сферические, эллипсоидальные, уплощенные, таблитчатые, полигональные, бугорковидные и более сложные образования. Одним из основных факторов, определяющих морфологию Fe-Mn-конкреций, является способ привноса элементов при их построении, которые могут поступать как из придонной морской воды, так и из нижележащих иловых вод. В конкреции, образующиеся в глубоководных районах и находящиеся под воздействием течений, металлы поступают из морской воды. Они становятся изометричными в результате перекатывания на дне. В мелководных районах значительную роль играет поступление элементов из иловых вод, при этом Mn, мигрирующий снизу, отклоняется к краевым частям ядер - формируются дисковидные конкреции. На верхней стороне таких ядер развиваются тонкие окисные пленки за счет элементов, осаждающихся из наддонных вод. На форму конкреций оказывает влияние также конфигурация ядер. Основными металлами в конкрециях являются Mn (среднее содержание – 27,5%), Ni (1,26%), Cu (1,03%) и Co (0,25%), имеются также Mo, Zn, Pb, редкоземельные элементы. Потенциальные запасы металлов на некоторых площадях распространения конкреций в экваториальной зоне Тихого океана оцениваются в 6000 млн. т. Mn, Ni - 300 млн, Cu - 250 млн, Co - 100 млн т. Если только 10 % конкреций, залегающих на дне Мирового океана, оказались бы экономически выгодными для разработки, то запасов металлов в них хватило бы на сотни лет при современном уровне потребления. При этом следует учесть, что скорость накопления металлов в Fe-Mn-конкрециях на обширной площади Мирового океана превышает темпы их потребления промышленностью, то есть конкреции являются возобновляемым минеральным сырьем. Наиболее важным условием подводной аккумуляции Fe-Mn-оксидов в виде конкреций является высокая степень окисления рудообразующей среды (до уровня, когда происходит окисление Mn2+ до Mn4+ и формирование MnO2). Для зарождения конкреций необходимо подходящее ядро, которое может обрастать Fe-Mn-оксидами. Так как во многих случаях ядра состоят из обломков вулканических пород, то массовое формирование конкреций часто происходит в областях подводного вулканизма, которые также близки к магматическому источнику металлов. Важным условием, определяющим распространение конкреций на морском дне, является скорость накопления ассоциирующихся с ними осадков. Низкие скорости более благоприятны для развития конкреций, тогда как при быстром осадконакоплении потенциальные ядра (или эмбриональные конкреции) могут быть захоронены раньше, чем произойдет достаточное накопление Fe и Mn.



Хром. Элемент открыт Луи Вокленом (франц. Химик) в 1797 г, в переводе с греческого означает «цвет». Серовато – белый, очень твёрдый металл. Основной минерал, из которого промышленность получает хром, – это хромовая шпинель переменного состава с общей формулой (Mg,Fe)О·(Сr,Al,Fе)2O3. Хромовая руда носит название хромитов или хромистого железняка (потому, что почти всегда содержит и железо). В целом хром - металл глубинных зон Земли; каменные метеориты (аналоги мантии) тоже обогащены хромом (2,7·10-1%). Известно свыше 20 минералов хрома. Промышленное значение имеют только хромшпинелиды (до 54% Сr). Из 15,3 млрд. т предполагаемых запасов высокосортных хромитовых руд 76 % приходится на ЮАР (запас – 1 млрд. т), где добыча в 1995 г. составила 5,1 млн. т. В Казахстане добыча составила 2,4 млн. т (9 % общемирового запаса), в Зимбабве (6), в Индии – 1,2 млн. т. и Турции – 0,8 млн. т. Довольно крупное месторождение хрома находится в Армении. В России довольно крупные залежи хромита встречаются на Урале (Сарановское, Верблюжьегорское, Алапаевское, Монетная дача, Халиловское и другие месторождения).

Применение:



  • защита от коррозии: атомы хрома вступают в реакцию с О воздуха и образуют на поверхности стали окисную плёнку (как и алюминий) (важнейший легирующий металл); в приборах, автомобилях, самолётах – всюду металлы хромированные. Один из основных компонентов нержавеющей жаропрочной, кислотоупорной стали и важный ингредиент коррозионностойких и жаропрочных суперсплавов.

  • дубление кож (дихромат натрия);

  • фототехника.

Ванадий. Самый редкий представитель черных металлов. Он почти в полтора раза легче железа, плавится при температуре 1900±25°C, а температура его кипения 3400°C. При комнатной температуре в сухом воздухе он довольно пассивен химически, но при высоких температурах легко соединяется с кислородом, азотом и другими элементами. Ванадий был открыт в 1801 г. мексиканским минералогом Дель Рио. Впервые он получил промышленное применение в 1905 г. в черной металлургии, в XX в. его стали широко применять для легирования чугуна и стали. В природе ванадий встречается в составе титаномагнетитовых руд, редко фосфоритов, а также в урансодержащих песчаниках и алевролитах, где его концентрация не превышает 2 %. Главные рудные минералы ванадия в таких месторожденияхкарнотит и ванадиевый мусковит-роскоэлит.

Значительные количества ванадия иногда присутствуют также в бокситах, тяжелых нефтях, бурых углях, битуминозных сланцах и песках. Ванадий обычно получают как побочный продукт при извлечении главных компонентов минерального сырья (например, из титановых шлаков при переработке титаномагнетитовых концентратов, или из золы от сжигания нефти, угля и т.д.).

Новых статистических данных о мировых ресурсах и запасах ванадия в мире в опубликованных российских источниках не имеется. Общие запасы ванадия (в пересчете на V205) в конце 1980-х годов в капиталистических и развивающихся странах составляли 6,7 млн. т, 85 % которых были сосредоточены в ЮАР и Австралии, остальные — в Индии, США, Финляндии, Норвегии и Намибии. Основные производители ванадия – ЮАР (около 70 % мирового производства), США, Россия (главным образом Урал) и Финляндия. По учтенным запасам ванадия лидируют ЮАР, Австралия и Россия. Россия обладает крупнейшими в мире месторождениями ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд. Запасы уральского Качканарского месторождения ориентировочно оцениваются в 9 млн. тонн ванадия, а забайкальского Чинейского месторождения – до 50 млн. тонн.

Заметную переработку ванадия в России вели:

- Качканарский ГОК (агломерат, окатыши);

- НТМК (ванадиевый чугун, легированные стали, ванадиевый шлак);

- Чусовский металлургический завод (ванадиевый чугун, феррованадий, пентаоксид ванадия и др.)

- Ванадий-Тулачермет (ванадиевый чугун, феррованадий, пентаоксид ванадия и др.).

Основной областью применения ванадия является черная металлургия (около 90 %), где он используется для легирования чугуна и стали. Небольшое количество ванадия, добавленное к любой стали, способствует удалению кислорода и азота, резко повышает ее твердость, упругость и сопротивление разрыву, уменьшает истирание стенок двигателей внутреннего сгорания. Для легирования конструкционных сталей обычно на 1 т стали идет 1 — 10 кг ванадия. Ванадий применяется для производства сплавов с железом, кремнием, титаном, кобальтом, алюминием. Титано-ванадиевые сплавы используются для изготовления деталей сверхзвуковых самолетов, космических кораблей, ракет-носителей и т. д. В химической промышленности ванадий применяется при производстве анилиновых красок и катализаторов, используемых при производстве серной кислоты и синтетического каучука. В небольших количествах он находит применение в керамической промышленности (для окрашивания керамических изделий), для изготовления цветных кино- и фотопленок, при производстве литографских красок. В настоящее время основные объемы ванадия извлекают попутно при переработке руд железа, титана, урана, свинца, цинка и фосфатов. В СНГ главным сырьем для получения ванадия являются титаномагнетитовые руды. После доменной плавки этих руд почти весь ванадий переходит в чугун. Затем в процессе передела чугуна на сталь остаются шлаки, содержащие до 25 % V205. Они подвергаются обжигу с сильвинитом или содой (Na2C03) и последующему выщелачиванию с выделением технического пентоксида ванадия.
Руды цветных металлов

  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница