Что такое полезные ископаемые детская энциклопедия
Если кварциты образуются из песчаников, в которых
содержатся окислы железа, то получаются железистые кварциты. Огромные месторождения
их находятся в Кривом Роге, в районе Курской магнитной аномалии и в других
местах.
В процессе метаморфизма известняки
перекристаллизовываются в мраморы. Гранитные магматические породы превращаются
в гнейсы. В состав этой наиболее распространенной метаморфической породы
входят в общем те же минералы, что и в гранит, от которого она отличается более
или менее отчетливо выраженной полосчатостью строения.
Иногда горные породы метаморфизируются только под
воздействием магмы и горячих растворов. При внедрении в земную кору магма,
соприкасаясь с горными породами, часть их расплавляет. Горячие растворы, пары
воды и газы, которые несут с собой соединения раз-
личных элементов, воздействуют на окружающие породы:
они растворяют и выносят одни минералы, а другие отлагают на их место.
* * *
Земная кора под воздействием солнца, воздуха, воды и
организмов непрерывно изменяется. За миллионы лет с поверхности Земли
сносились слои огромной мощности. Рудные месторождения постепенно обнажались
или оказывались на меньшей глубине. В них под воздействием атмосферы,
грунтовых вод и других факторов также образуются одни минералы из других.
Только очень немногие вещества, как золото, платина и некоторые другие, не
изменяют своего химического состава. Таким образом, минералы и горные породы
образуются как в недрах Земли, так и на ее поверхности.
ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ
В наш век, век открытия атомной энергии и мощной техники,
требуется огромное количество всевозможных полезных ископаемых.
Полезным ископаемым называется всякое минеральное
вещество неорганического или органического происхождения, которое находится в
земной коре и может быть использовано человеком для своих нужд в естественном
состоянии (например, каменный уголь, поваренная соль, некоторые строительные материалы)
или после переработки (например, руды металлов или апатитовые руды).
Полезные ископаемые образуют месторождения, т. е. такие
скопления минерального вещества в земной коре, которые экономически выгодно
разрабатывать. Это значит, что минеральное сырье должно быть определенного
качества и в достаточном количестве, а для добычи и транспортировки его
существовали бы благоприятные условия.
По физическому состоянию полезные ископаемые делятся на
твердые (железные руды), жидкие (нефть) и газообразные (горючие газы).
В зависимости от особенностей своего состава и
характера использования в различных отраслях народного хозяйства полезные ископаемые
разделяются на: 1) горючие, 2) металлические, 3) неметаллические (нерудные).
Значение полезных ископаемых исключительно велико для
любого государства. Поэтому можно без преувеличения сказать, что состояние
горной промышленности и тесно с ней связанных отраслей промышленного
производства может служить мерилом национального богатства, могущества и
независимости страны.
Если исходить из общих запасов различных металлов и
других важных полезных ископаемых (уголь, нефть и др.) в недрах земли, то они,
конечно, велики и об их истощении говорить пока не приходится. Важно другое,
что эти грандиозные запасы полезных ископаемых далеко не все могут быть
использованы, так как их добыча пока не везде возможна.
За свою недолгую историю человечество добыло из недр
земли колоссальное количество различных полезных ископаемых.
Люди стали использовать минералы и горные породы еще на
заре своего существования. На протяжении многих сотен тысячелетий первобытный
человек научился пользоваться камнем как орудием труда и защиты. По данным
археологических раскопок установлено, что первыми видами минерального сырья,
которые использовал первобытный человек, были неметаллические полезные
ископаемые — кремень, роговик, кварц, кварцит и некоторые
75
Источник
Природные минеральные вещества, используемые в народном хозяйстве, называют полезными ископаемыми, а их скопления в недрах или на поверхности Земли — месторождениями. Полезные ископаемые бывают твердые, жидкие и газообразные. По области использования их делят на пять групп. Первую группу составляют топливно-энергетические минеральные ресурсы (уголь, нефть, природный газ, торф, горючие сланцы, уран). Во вторую входят руды металлов: черных (железо), цветных (медь, алюминий, цинк, олово), редких и благородных (ванадий, германий и др.). Третья группа — химическое сырье: сера, калийные соли, апатиты, фосфориты и т. д. Четвертая — строительные материалы, поделочные и драгоценные камни (гранит, мрамор, огнеупорное сырье, яшма, агат, алмаз и др.). Пятая — гидроминеральные полезные ископаемые (подземные пресные и минерализованные воды).
В недрах Земли имеется очень большое количество каменного угля — его предполагаемые запасы составляют, по некоторым данным, 15 трлн. т. Очень велики в недрах залежи железных руд. Имеются большие запасы горючих сланцев, торфа и природного газа. О масштабах добычи полезных ископаемых говорит такой факт: на каждого жителя нашей планеты их ежегодно добывают в среднем около 5—6 т.
В последние годы потребности в различных видах полезных ископаемых все увеличиваются.
Из разных мест геологи сообщают об открытии новых и новых месторождений полезных ископаемых. Достижения техники и технологии позволяют извлекать ценные вещества из самых бедных руд и самых труднодоступных месторождений.
Минеральные запасы недр не безграничны. И хотя природа может восстанавливать свои силы и в недрах Земли постоянно идет процесс образования, накопления минеральных богатств, темпы этого восстановления несоизмеримы, с сегодняшними темпами использования земных ресурсов.
Только за одни сутки в разнообразных печах и на электростанциях мира сжигают столько минерального топлива, сколько природа создавала в недрах за долгие, долгие годы. Сегодня подсчитаны общие запасы многих полезных ископаемых. С учетом темпов их добычи определены приблизительные сроки, в которые они могут быть исчерпаны.
По некоторым видам полезных ископаемых сроки эти невелики, поэтому отношение к минеральным богатствам должно быть очень бережным.
Необходимо повсеместно внедрять комплексное использование полезных ископаемых.
При таком способе использования полезных ископаемых всё, что поднято из недр Земли, подвергается комплексной переработке на горно-обогатительных и горно-металлургических комбинатах с помощью различных механических и физико-химических процессов. И на каждом этапе переработки извлекаются всё новые элементы. Отходы одного процесса служат ценным сырьем для другого.
В Советском Союзе есть уже много примеров этого комплексного метода добычи и переработки полезных ископаемых. На предприятиях цветной металлургии вместе с 12 основными цветными металлами из руды попутно извлекают еще 62 элемента. Так, вместе с медью и алюминием получают серебро, висмут, платину, платиноиды. Из месторождений природного газа начинают попутно добывать серу, гелий, а из угольных — редкие металлы. Даже пустую породу, которую приходится поднимать на поверхность, чтобы открыть доступ к ценным залежам, возможно использовать для изготовления строительных материалов.
Обогащение полезных ископаемых. Добытые из недр полезные ископаемые, как правило, нельзя сразу направить в металлургические печи или на тепловые электростанции. Уголь засорен кусками песчаника, известняка, глины; руды представляют собой твердую смесь минералов, самых разных веществ. Даже в богатой железной руде чистого железа редко бывает больше 50%, а в медных, свинцовых, оловянных, цинковых рудах — лишь считанные проценты или доли процентов этих важнейших металлов. Процесс выделения из полезных ископаемых наиболее ценного компонента, освобождение их от различных примесей называют обогащением.
Процесс обогащения руд начинается в мощных дробилках, где массивными стальными стержнями, конусами или шарами перемалывают, измельчают ископаемые, превращая крупные куски в мелкие.
Второй этап — сортировка перемолотых полезных ископаемых по крупности. Измельченную руду, уголь просеивают на вибрирующих решетах и ситах с «оконцами» разной величины. Крупные куски отправляют снова на дробление, остальное поступает на заключительную стадию обогащения.
На заключительной стадии крупинки ценных минералов отделяют благодаря их особым, только им присущим свойствам. Если они тяжелее других, применяют так называемый гравитационный способ. Различные по плотности минералы разделяют также в центрифуге, например отделяют алмазы от их менее ценных спутников. Многие металлические руды обогащают магнитной сепарацией, используя способность металлов притягиваться к магниту. На различной способности минералов проводить электрический ток основана электрическая сепарация.
Каждый минерал обладает своим особым цветом, блеском, формой, коэффициентом трения, по-разному взаимодействует с кислотами и щелочами. Все это используют при обогащении различных полезных ископаемых.
Самый распространенный способ обогащения — флотация (от французского flotation — плавание) — основан на различии в смачиваемости веществ водой. Хорошо смачивающиеся вещества называются гидрофильными, не смачивающиеся водой — гидрофобными. Гидрофобные вещества собирают вокруг себя пузырьки воздуха и поднимаются на поверхность. На этом их свойстве и основана работа флотационной машины. В ее больших резервуарах измельченную руду смешивают с водой, в которую добавляют особые вещества — пенообразователи. Сквозь эту смесь прогоняют воздух. Образуется огромное количество пены — мельчайших воздушных пузырьков. Они прилипают к частицам меди, серебра или свинца, но не прилипают к зернам примесей. Пустая порода тонет, а нужные частицы, хотя они и тяжелее, всплывают вместе с пеной. Главное достоинство флотации в том, что она позволяет выделить из руды любые содержащиеся в ней минералы.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
.
Источник
Содержание раздела
Геологам надо знать, что искать, т. е. представлять, в каком виде встречается
в природе то или иное вещество, с какими минералами или горными породами
оно связано. А чтобы такие минералы или горные породы искать не вслепую,
надо знать, каково их происхождение, с какими геологическими процессами
оно связано. Так, породы вулканического происхождения надо искать в одних
районах, а породы, накапливавшиеся в осадках древних морей, — в других.
Разные процессы связаны с различными структурами земной коры: по разломам
и трещинам с глубин поднимается магма; в прогибах земной коры накапливаются
толщи осадочных полезных ископаемых, а на месте разрушенных гор обнажаются
древние породы фундамента. И всем им свойственны разные группы полезных
ископаемых. При этом многие кладовые ценных минералов находятся не на поверхности
Земли, а погребены под толщами других пород. Наконец, большинство полезных
ископаемых образовалось не в современную эпоху, а в глубочайшей древности
— миллионы и сотни миллионов лет назад. И геолог должен уметь читать древнюю
историю Земли.
Всем, о чем мы здесь говорим, занимается целая семья геологических наук:
минералогия и петрография, изучающие вместе с кристаллографией вещество
земной коры; тектоника — наука о строении земной коры, ее структуре и движениях;
прошлое Земли исследует историческая геология; особые задачи стоят перед
стратиграфией, литологией, гидрогеологией; помогают вести поиск геохимия
и геофизика… Все это сложные и увлекательные науки; в других статьях
этого раздела вы уже познакомились с самыми общими их выводами, необходимыми
для учения о полезных ископаемых.
Различные металлы, твердое и жидкое топливо, расщепляющиеся минералы,
строительные и поделочные камни, химическое и керамическое сырье, удобрения,,
соль, термальные и минеральные воды и многое, многое другое, без чего не
может существовать современный человек, извлекается из недр Земли. В них
эти необходимые человеку вещества залегают в виде различных горных пород,
руд и минералов, называемых полезными ископаемыми или минеральными
ресурсами. Места же их залегания на поверхности и в глубинах Земли, на
дне океанов — это месторождения полезных ископаемых.
Еще на заре человеческого общества, в каменном веке, люди использовали
глыбы или обломки горных пород и примитивные изделия из них в качестве
повседневного орудия труда. Одним из первых металлов было самородное золото,
находки которого известны за 12 тыс. лет до н. э. В бронзовый век (приблизительно
от 4 тыс. до 1 тыс. лет до н. э.) люди открыли способ выплавлять из руд
цветные металлы и получать сплавы меди с оловом, свинцом, сурьмой и серебром.
Теперь они не только искали самородки, но добывали руды этих металлов.
В более поздний, железный, век наши предки начали ковать изделия из найденного
ими метеорного железа, а затем научились выплавлять металл из железной
руды. Секрет получения железа из руд был раскрыт в Египте и Месопотамии
во 2 тысячелетии до н. э., а в остальных странах, в том числе и в Европе,
железо начали выплавлять только в начале нашей эры. Нефть в качестве топлива
применялась уже в бронзовом веке, а каменный уголь начал играть существенную
роль лишь с XVII в.
Для ювелирных изделий используются кристаллы драгоценных камней.
Вверху — аметист Внизу — изумруд
Так постепенно человечество расширяло круг минеральных веществ, добываемых
из земных недр. По подсчетам академика В. И. Вернадского, в древние века
человек использовал 18 химических элементов, получаемых из полезных ископаемых.
К XVII в. их уже насчитывалось 25; в XVIII в.— 29; в XIX в. на службе у
человека было уже 47 элементов, а в начале XX в.—54. В середине XX в. человек
использует 80 природных элементов, не считая 11 трансурановых элементов,
получаемых искусственно.
разновидности агата топаз граненый
Полезные ископаемые так прочно вошли в жизнь человеческого общества,
к изделиям из них мы настолько привыкли, что подчас их не замечаем. Мы
забываем, что для изготовления ложек, ножей и вилок добывались руды железа,
алюминия, хрома, никеля, молибдена, меди и серебра. Для производства изделий
из стекла из недр Земли извлекали кварц, а для фарфоровой посуды — полевые
шпаты. Из шахт или со дна озер добывают пищевую соль, а для изготовления
синтетических тканей употребляют горючий газ и нефтяные продукты.
Не задумываемся мы и о том, что современные сооружения представляют
собой целые музеи полезных ископаемых. Так, например, при строительстве
главного здания Московского университета на Ленинских горах было использовано
74 разновидности полезных ископаемых, в том числе 12 видов гранита, 5 видов
мрамора, 4 вида известняка, 19 различных металлов. Если же учесть полезные
ископаемые, потребовавшиеся при изготовлении учебного оборудования и лабораторных
приборов, то список их существенно возрастет. В автомобиле «Волга» использовано
36 видов полезных ископаемых.
берилл топаз природный
Одни полезные ископаемые используются в форме природных минералов и
кристаллов или твердых, жидких и газообразных пород; другие — в виде элементов
и их соединений, извлеченных из пород и руд. Как элементы или их
соединения
используются черные металлы (железо, марганец, хром), легкие металлы
(алюминий, литий), цветные металлы (медь, цинк, свинец), редкие металлы
(вольфрам, молибден, олово, кобальт, ртуть), благородные металлы (золото,
платина, серебро), радиоактивные металлы (уран, торий, радий, актиний,
нептуний, плутоний).
В форме природных минералов
наиболее часто используется в промышленности
и в быту графит; асбест и андалузит — как огнеупоры; сера и сернистые соединения
металлов (колчеданы) — для нужд химии; апатит, фосфорит и калийная соль
— как сырье для производства минерального удобрения. Как
кристаллы находят
применение драгоценные камни (алмаз, изумруд, аквамарин, сапфир, рубин,
топаз, аметист); горный хрусталь, кальцит, флюорит, турмалин и другие используются
в оптической и электронной промышленности; кристаллы слюд (мусковит, флогопит)
применяются в качестве диэлектриков.
Горные породы широко идут в дело при строительстве (плиты гранита
и мрамора, гравий, песок, глина), а также в качестве твердого топлива (уголь,
горючие сланцы, торф). В жидком виде добываются нефть и различные
минеральные воды. В газообразном
состоянии из недр Земли получают
горючий газ, а также негорючие, или инертные, газы, такие, как гелий, неон,
аргон.
Некоторые полезные ископаемые используются в том виде, как добываются,
без переработки (графит, слюда, поваренная соль), другие требуют различной
обработки. Строительные плиты и драгоценные камни требуют лишь механической
полировки и огранки. Глины, идущие для производства цемента и фарфора,
проходят термическую обработку — их обжигают в специальных печах при высокой
температуре. Различные минеральные кислоты, а также минеральные удобрения
получаются при химическом переделе минерального сырья. Металлы извлекаются
из руды обычно в две стадии. На первой, называемой обогащением, руда дробится
и из нее удаляют бесполезные минералы. При этом получается рудный концентрат
с высоким содержанием металла. Затем из концентрата плавлением в металлургических
печах или каким-либо другим способом, например электролизом, получают металл.
Обычно вещество твердого полезного ископаемого представляет собой целый
агрегат различных минералов. В рудах, из которых извлекаются металлы, находятся
ценные, или рудные, минералы — носители металлов. С ними вместе
находятся не содержащие ценных элементов, или, как их иногда называют,
жильные,
минералы. Соотношение между рудными и жильными минералами может быть
различным. Так, з кварцевых жилах количество золота составляет тысячные
доли процента. Наоборот, богатые руды железа целиком состоят из рудных
минералов, таких, как магнитный железняк.
В руде металлы редко встречаются в чистом виде, как, например, самородное
золото. Чаще они входят в рудные минералы, имеющие различный химический
состав. Так, железо, марганец, олово, уран, алюминий содержатся в руде
в виде соединений с кислородом, т. е. в форме окислов. Медь, цинк, свинец,
никель, сурьма, ртуть присутствуют в рудах в форме соединений с серой,
или сульфидов. Магний добывают из его соединений с углеродом или из карбоната.
Не всякое скопление рудных минералов в недрах Земли можно считать месторождением
полезных ископаемых. Скопление должно быть достаточно велико и содержать
достаточно большое количество ценного минерала, чтобы оправдать его эксплуатацию,
а также обработку и переработку ископаемых, требующих обычно крупных затрат
на строительство рудников, перерабатывающих фабрик и заводов.
Количество минерального сырья в недрах Земли называется его запасами.
Минимальные
запасы полезного ископаемого и самое низкое содержание в нем ценного компонента,
достаточные для промышленной разработки, называются
промышленными кондициями.
Они весьма различны для разных групп полезных ископаемых. Например,
заслуживающее промышленной разработки месторождение железной руды, как
правило, должно обладать запасами в десятки — сотни миллионов тонн при
содержании железа в руде не ниже 20%. Между тем добыча золота целесообразна
на месторождении с запасами в несколько сот килограммов при содержании
его в руде 0,0005%.
Скопления полезных ископаемых в недрах Земли образуют тела различной
формы. Среди них чаще всего распространены пласты и жилы; известны также
штоки, гнезда, штокверки, трубы.
Пласты — это плоские тела, подстилаемые и перекрытые слоями осадочных
пород — известняков, песков, глин. Обычно пласты полезных ископаемых занимают
большую площадь. Например, пласты углей Донецкого бассейна вытянуты в длину
на несколько десятков километров. Толщина, или мощность, пластов бывает
разная. В угольных пластах Донецкого бассейна она небольшая — в среднем
0,7 м. Между тем пласты каменной соли в Соликамске на Урале достигают мощности
до 500 м.
Жилы представляют собой трещины в горных породах, заполненные
полезным ископаемым. Толщина (мощность) жил колеблется от нескольких сантиметров
до десятков метров. Их длина иногда измеряется метрами, но в некоторых
случаях они вытянуты на сотни километров, как, например, золотоносная Материнская
жила в Калифорнии протяженностью 200 км. Пласты и жилы в недрах Земли могут
залегать горизонтально, с наклоном под различным углом и даже вертикально.
Штоком называют крупное скопление полезного ископаемого, равномерно
распространяющееся во всех направлениях. Известны штоки каменной соли или
железной руды поперечником в один и более километров. Шток меньших размеров
называется гнездом. Штокверк представляет собой массу горной породы,
пронизанную тончайшими жилками и вкраплениями ценных минералов. Форму штокверка
имеют некоторые месторождения меди, олова, молибдена, золота, асбеста.
В форме труб
и трубок, т. е. цилиндрических тел, уходящих
в глубь Земли, залегают, например, скопления руд свинца, фторсодержащего
минерала флюорита и др. Типичны кимберлитовые трубки с алмазами в Сибири
и в Африке.
Тела полезных ископаемых различной формы встречаются как в виде индивидуальных
залежей, так и группами, причем месторождение может состоять из одного
или нескольких, иногда десятков и даже сотен чаще всего однотипных тел.
От формы месторождения зависит и его поиск, разведка, а также способы добычи.
Пласт или жилу геолог прослеживает на большом расстоянии, стремясь не
потерять. При разработке пластов каменного угля приходится обрушивать много
пустой породы. А в крупном штоке каменной соли горные разработки выглядят
как подземные сводчатые дворцы с белыми стенами.
перейти к началу страницы
Источник