Золото рудное или нерудное полезное ископаемое
Нельзя представить жизнь человека без металлических предметов – техника, посуда, здания, все это изготовлено благодаря постоянному производству. Но где этот процесс берет свое начало? Изначально, для получения сырья, используются минеральные руды, которые добываются в карьерах и шахтах.
Руда – это минеральные ресурсы, которые имеют в составе большое количество металлов. Из нее выплавляют сплавы, которые в дальнейшем используются в производстве. Внешним видом они напоминают камни, на которых есть блестящие вкрапления. Некоторые люди даже не догадываются, как выглядит стальная ложка, прежде чем она попадает в плавильные печи для переработки руды. Полезные ископаемые залегают глубоко под землей, поэтому их добывают шахтным и карьерным способом.
Какие существуют виды рудных ископаемых
В мире насчитывается более 200 категорий металлической руды, по типу превалирующего компонента, но ученые выделили обширную классификацию. Она меньше, поэтому пользоваться ей намного удобнее.
Стандартная классификация видов металлических руд, которая общепринята всеми странами выглядит так:
- Черные
- Цветные
- Драгоценные
- Редкие
Еще есть классификация по насыщенности – богатые и бедные. Она считается по количеству металлической части в руде. В железной – богатые от 50%, бедные от 20%. Цветные металлы добывать намного сложнее, а богатыми породы считаются от 6%. Бедные полезные ископаемые относятся к нерудным, ведь порода может оказаться источником силикатов, кремния или серы.
Цветная металлургия – одна из самых опасных для экологии Земли. Во время производства в воздух выбрасывается огромное количество вредных химических веществ, поэтому такие предприятия располагаются в дали от городов.
Железная руда – основа основ
Железная руда – это горная или вулканическая порода, которая имеет в своем составе большое количество метала, а ее переработка на производстве выгодна. Другими словами, если в камне меньше 20% железа, он не может считаться металлической рудой. Ее используют для выплавки металлов – стали, чугуна, сплавов.
Образуется железная руда тремя путями:
- Магматический;
- Метаморфизм;
- Осадочный.
Первый объясняется тем, что во время извержения вулканов, металлы расплавляются и смешиваются с горными породами, а вследствие текучести магмы, они вырываются на поверхность и застывают. Большинство примесей, которые имеют низкую огнеупорность, выгорают при высоких температурах, поэтому процент содержания железа в таких рудах очень высокий. Магматические полезные ископаемые – самые распространенные в мире, их месторождения находят в окрестностях вулканов, что потухли еще несколько тысячелетий назад.
Метаморфический процесс – это тоже следствие высоких температур. Вещества, которые находятся на большой глубине, подвергаются воздействию давления и нагревания, в результате чего, их кристаллическая структура меняется. Пласты, где залегают рудные полезные ископаемые, выходят на поверхность во время движения тектонических плит. Также, горные образования, под которыми залегают полезные ископаемые, со временем разрушаются, что облегчает добычу ценных материалов.
Главную роль в осадочном процессе образования железной руды играют ветер и вода, вод воздействием которых хрупкая горная порода вымывается, остаются только металлические костяки – железняк. Процентное содержание металла в этой руде самое большое, но, встречается он намного реже.
Подобный механизм осаждения имеет и золото, которое вымывалось из горной породы проточными водами. Этот процесс стал причиной золотой лихорадки в США. Сейчас небольшие страны занимаются подобным способом добычи драгоценного метала.
Добывать руду в промышленных масштабах начали еще до нашей эры. Этот процесс археологи отслеживали очень долго. Изначально, человек научился обрабатывать изначально бронзовую руду, затем железную и драгоценные металлы.
Добыча рудных полезных ископаемых позволила человеку развивать технологии, оружие, строительство и другие сферы.
Современное производство металла из руды
Руда представляет собой камень, в котором большое количество силикатов. Чтобы отсортировать богатые камни и пустую породу, используют электромагнитный сепаратор. Для отделения метала от руды, она дробится на мелкие части и обрабатывается химикатами. Этот процесс называется обогащением.
Очистка руд черных металлов
Есть несколько способов очистить руду – магнитными устройствами, кислотами, вибрационным методом, но сейчас, чаще всего используют флотацию. Для этого используют тяжелые жидкости и суспензии. Сосуд, куда помещается измельченная руда, наполняется раствором, и через него подается большой напор воздуха под давлением, в результате чего, металл с пеной поднимается вверх, а пустая порода осаждается на дно. Для выплавки металла из руды необходимы высокие температуры, в которых сгорают мелкие частички породы.
Это самый простой и быстрый способ обогащения, он не требует большого количества операций, и относительно дешевый. Получившиеся металлические частицы расплавляют в доменных или сталеплавильных печах, делая заготовки для дальнейшего использования в производстве.
Существует и нехимическая очистка – в вибрационных бункерах, где с помощью больших частот колебания, разрушается горная порода, превращаясь в песок она просыпается сквозь сито, а на поверхности остаются частички металла. Но это не всегда помогает полностью отделить породу от железняка, поэтому его комбинируют с химическим методом.
В доменных печах выплавляются чугунные заготовки для производства, чтобы из него получилась сталь, к нему добавляют примеси других сплавов, металлолом.
Обычно, заводы располагают в местах, где залегают полезные ископаемые, чтобы не терять время на перевозку.
Очистка руд цветных металлов
Цветные металлы намного реже встречаются в природе, по сравнению с черными. Их можно разделить на тяжелые (медь, бронза, свинец, никель, цинк, кобальт) и легкие (титан, алюминий, магний).
Один из самых распространенных примеров полезных ископаемых – алюминий. Бокситы и нефелиновые руды, они обрабатываются, в результате чего образуется глинозем – белый порошок, похожий на крахмал. Его химический состав – Al2O3. Чистый алюминий получают методом электролиза, когда под воздействием направленного тока, молекула преобразуется в катионы – Al+ и O-. Они оседают на противоположно заряженных электродах, в результате чего и получается чистый алюминий.
Извлеченный из глинозема металл, заливают в миксер, где происходит его смешивание с другими материалами, для придания ему нужных пластических свойств. Из полученного состава отливают алюминиевые чушки, которые отправляются на различные производства для дальнейшего использования.
Медь выделяется из медносульфидного концентрата, добываемый на рудниках. В его состав входит огромное количество металлов. Для отделения чистого материала, на металлургических предприятиях, используют пиротехнологии, которые предусматривают применение высоких температур. Механизм получения меди не отличается от переработки черной руды – используется метод осаждения – фторирование. В дальнейшем, концентрат отправляется на завод, где и происходит его дальнейшее очищение от примесей. Его переплавляют под воздействием высоких температур, для получения черновой меди.
Более чистый продукт получают путем электролиза.
После этой процедуры остается шлам, который содержит в себе небольшие частицы драгоценных металлов (платина и золото). Этот продукт также перерабатывают, для получения чистого сырья, но их концентрация в отходах незначительная.
Более редкие металлы получают чаще всего химическим и электролитным путем. Они относятся к рудным полезным ископаемым, но их извлечение – сложный процесс. Например, титан. В природе он встречается только в виде химических соединений, черной руде и других горных породах. Материал, в котором содержится титан называется ильменит, в его состав входит и оксид железа, отделить от которого сырье достаточно сложно. Изначально, он отправляется в плавильные печи вместе с углем, где и происходит разделение смеси на чугун и диоксид титана.
Для его разделения проводят хлорирование, в результате чего, получают тетрахлорид титана, это соединение уже не такое прочное, как с кислородом, поэтому из него легко получить чистый метал. Делают это с помощью магния – реакция называется восстановление. В процессе производства получается титановая губка, которая переплавляется на производствах для изготовления деталей самолетов, ракет и других деталей.
Мировые запасы руды
Руда, которая содержит металлы, очень важна для производства и технического прогресса человечества. По подсчетам ученых, на сегодняшний день в Земле содержится около 800 миллиардов тон железной руды. 80% всех залежей содержат бедные руды, в которых небольшое количество металла, а процесс их переработки достаточно трудоемкий.
Насчитывается несколько стран, на территории которых расположены богатые рудники. Например, в Китае – 8% от всего мирового запаса.
Одни из самых богатых стран – Россия (18%), Бразилия (17%), Австралия (14%), Украина (11%). Несмотря на эти цифры, Китай является бесспорным лидером производства черных металлов. Количество цветных металлов гораздо меньше, а их распространение подсчитывают по поясам – это большие бассейны, которые вытянуты на сотни километров.
Алюминиевых рудных ресурсов больше всего в Южной Америке и Австралии. Медные находятся в окрестности Кольдирьеров и Анд, поэтому мировое первенство по добычи этого метала принадлежит Чили. Второй по размерам пояс находится в Африке, на территории Замбии. В основном рудные полезные ископаемые залегают в местах высокой тектонической активности, изучая которые, аналитики проводят поиски новых месторождений. Россия в этом списке стоит на третьем месте.
Карта рудных полезных ископаемых составляется на основе аналитических исследований. Ученые изучают географические и исторические данные местности, оценивают близость к тектоническим разломам. Чаще всего, большие пласты скоплений руды находят в местах вулканической активности, где магма выходила на поверхность, вынося с собой огромное количество расплавленных металлов. При застывании они остались сверху, что облегчает добычу полезных ископаемых.
Добыча металлов иногда вредит экологической системе земли. Например, при закрытии медного карьера в США, его затопило водой, которая смешалась с химикатами, и является опасной для жизни. В окрестностях нет животных, там живут только устойчивые водоросли, которые адаптировались к агрессивной среде.
Рудные и нерудные полезные ископаемые постепенно истощаются, поэтому ученые разрабатывают новые способы получения сырья для производства. Некоторые редкие металлы синтезируют посредством воздействия химических элементов, но их количество уступает карьерному и шахтному способу добычи.
Источник
Нерудные полезные ископаемые, неметаллические полезные ископаемые — неметаллические полезные ископаемые, используемые в промышленности и строительстве в естественном виде или как сырьё. Нерудные полезные ископаемые могут относиться к минералам или горным породам. Нефть, уголь, другие виды ископаемого топлива (горючие полезные ископаемые), а также подземные воды (гидроминеральные подземные ископаемые) исключаются из этого определения.[1] Такие материалы, как песок, галька, щебень, гравий, песчаник, глина, мел и т. п. могут рассматриваться и как нерудные полезные ископаемые, и как особая категория — общераспространённые полезные ископаемые[2].
За последние десятилетия нерудные полезные ископаемые намного обогнали руды металлов по объёмам добычи и стоимости используемого сырья.
В плане технологического и экономического освоения, у неметаллических полезных ископаемых есть своя специфика, отличающая эту группу от металлических полезных ископаемых. Одним из таких отличий является сильное влияние состава и свойств сырья как на технологии его переработки, так и на конечное изделие, что требует при оценке месторождений оценки применимости данной конкретной разновидности полезного ископаемого с учетом его специфических свойств (например — термолитосодержащего талька в отличие от стеатитовых тальков). Вторым отличием многих неметаллических полезных ископаемых является, с одной стороны, применение одного и того же вида сырья во многих отраслях хозяйства, с другой стороны — взаимозаменяемость многих видов сырья (в качестве наполнителя тот же тальк может быть заменен баритом или каолином).
Применение[править | править код]
Нерудные полезные ископаемые находят в хозяйстве самые разные применения: как строительные материалы (гранит, известняк, доломит, мрамор, песчаники и др.), как сырье для производства минеральных удобрений (фосфорит, калийные соли, апатит), сырье для общехимического производства (самородная сера, пирит, апатит), сырье для металлургии (флюсы: известняки, кварциты, флюорит), как огнеупорные материалы для металлургии (доломит, магнезит, огнеупорные глины), как сырье для производства минеральных красок (охра, киноварь), как технические кристаллы (алмаз, пьезокварц, исландский шпат), как драгоценные и поделочные камни (изумруд, агат, малахит, бирюза и др.), как абразивные материалы (корунд).
Разнообразие свойств этих ископаемых отражается в комплексном их применении, так графит используется в металлургии, в ядерной энергетике, в электротехнике и как сырье в нескольких разных отраслях химии.
Номенклатура нерудных полезных ископаемых постоянно увеличивается с развитием новых технологий, позволяющих промышленное освоение ранее не используемых горных пород и минералов, таких как перлит или волластонит.
Классификация[править | править код]
Нерудные полезные ископаемые, как группа, чрезвычайно разнородны. Вследствие этого не существует единой общепринятой их классификации.
Классификация этих ископаемых может производиться по нескольким параметрам. Два основных типа классификации:
- по области использования[3]: горно-химическое сырьё, горно-металлургическое сырьё, строительные материалы, технические кристаллы;
- по области использования в более детальной классификации Н. И. Ерёмина[4]: химическое и агрохимическое сырье, техническое сырье, металлургическое и теплоизоляционное сырье, строительные материалы, стекольно-керамическое сырье, цементное сырье, пьезооптическое сырье, цветные драгоценные и поделочные камни, сырье для новых отраслей промышленности;
- по геологическому происхождению[5]: горные породы (как правило, массовое сырьё с крупными месторождениями относительно простого строения и с небольшой стоимостью) и минералы (как правило, относительно редкое сырье с мелкими месторождениями сложного строения и с высокой стоимостью);
- по геологическому происхождению в более детальной классификации В. И. Смирнова[5]: горные породы, аморфные вещества, минералы и кристаллы.
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Нерудные полезные ископаемые // Моршин — Никиш. — М. : Советская энциклопедия, 1974. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 17).
- Под редакцией Е. А. Козловского. Неметаллические полезные ископаемые // Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия (рус.). — 1984—1991. — статья из Горной энциклопедии. — М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е. А. Козловского. 1984—1991.
- Под ред. И. Л. Кнунянца. Неметаллические полезные ископаемые // Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия (рус.). — 1988. — статья из Химической энциклопедии. — М.: Советская энциклопедия. Под ред. И. Л. Кнунянца. 1988.
- Н. И. Ерёмин. Неметаллические полезные ископаемые. — 2-е. — М.: МГУ, Академкнига, 2007. — 459 с. — ISBN 978-5-211-05370-0.
- Р. Л. Бейтс. Геология неметаллических полезных ископаемых. — 548 с. — ISBN 978-5-458-48180-9.
Источник
В природе золото обычно встречается в виде металла, причем известны два пути его концентрирования. Это, во-первых, образование аллювиального, или россыпного, золота в результате выветривания золотоносных горных пород и снесения продуктов их выветривания в русла рек или в результате аналогичных склоновых процессов. Поскольку плотность золота (19,3 г/см3) значительно больше, чем у остаточных продуктов выветривания коренной породы (2,7 г/см3), золото оседает в русле, тогда как более легкие фракции сносятся водой. Из уже открытых аллювиальных месторождений золото часто можно сравнительно легко добывать в виде самородков или зерен с помощью простого гравитационного обогащения; и именно открытия источников золота подобного типа привели к знаменитым золотым лихорадкам в Калифорнии в 1848 г., Австралии в 1850 г. и Юконе в 1896 году.. Большинство месторождений золота, обнаруженных на Урале, также относится к россыпным аллювиальным месторождениям.
Наиболее крупные коренные месторождения золота обнаружены в Южной Африке, где золото встречается в виде тонких прожилок в кварцитах. Так называемое жильное, или рудное, золото находится в породе в виде микроскопических частиц, поэтому добывать его значительно сложнее, чем аллювиальное золото. Обычно жильному золоту в кварцитах или альбитовых породах сопутствуют пириты. В вулканических районах, контролируемых главными разломными зонами, часто встречаются осадки, содержащие наряду с золотом серебро и другие редкие металлы. В этом случае концентрирование золота происходит вследствие гидротермального метаморфизма из основных пород и отложения в осадочных толщах. Золото считается инертным металлом, но в присутствии окислителей оно легко переходит в раствор с образованием комплексов золота. Вероятно, именно таким образом происходит растворение золота при погребении горячих изверженных пород или при подъеме горячей гранитной интрузии близко к поверхности земной коры. При охлаждении раствора до 300-400ºС золото осаждается из раствора. Тип образующегося осадка, очевидно, зависит от конкретных условий и характера конвекционных течений, охлаждающихся растворов или путей движения этих растворов под гидростатическим давлением через пустоты породы.
Кроме того, образование больших кристаллов аллювиального золота может быть обусловлено растворением и повторным осаждением золота в ложах потоков. Особенно интересно, что некоторые микроорганизмы и их метаболиты, выделенные из золотоносных отложений, способны растворять золото. Выделенные бактериальные метаболиты, как установлено, способны растворить за 20 дней до 10-35 г/м3 золота. Растворению способствует присутствие аспарагиновой кислоты, гистидина, серина, аланина и глицина, а также веществ, окисляющих металлы.
Единственными соединениями золота, встречающимися в виде важных минералов, являются теллуриды. К ним относятся калаверит и креннерит, представляющие собой разные кристаллические формы, монтбрайит и смешанные теллуриды серебра и золота, например сильванит. Самородное золото содержит также переменные количества серебра; хорошо известен природный сплав золота и серебра электрум, содержащий около 20 % серебра. Из золотых руд извлекают и другие сопутствующие золоту ценные элементы — иридий, осмий, платину, родий, рутений, палладий, а также медь и никель.
Источник