Что относится к металлическим полезным ископаемым
- Бизнес статьи
- Полезные ископаемые: понятие, характеристика, классификация. Виды полезных ископаемых (таблица)
Полезные ископаемые – это образования земной коры, состоящие из минералов, химические и физические свойства которых позволяют применять их в производственно-бытовой сфере. Без многообразия веществ, которыми богата Земля, наш мир бы не был таким разнообразным и развитым. Технический прогресс был бы недостижим и непомерно сложен. Рассмотрим понятие, виды полезных ископаемых и их характеристику.
Понятия и термины, относящиеся к теме
Прежде чем разбирать виды полезных ископаемых, необходимо знать специфические определения, касающиеся этой темы. Так будет легче и проще со всем разобраться. Итак, полезные ископаемые – это минеральное сырье или образования земной коры, которые могут иметь органическое или неорганическое происхождение и применяться в производстве материально-вещественных предметов.
Месторождением полезных ископаемых называют скопление некоторого количества минерального вещества на поверхности или в недрах Земли, которые разделяют на категории в зависимости от области применения в промышленности.
Рудой называют минеральное образование, возникшее в природных условиях и состоящее из таких компонентов и в таком соотношении, что ее использование возможно и целесообразно для промышленно-технической сферы.
Когда начали добывать полезные ископаемые?
Доподлинно неизвестно, когда именно произошла первая добыча ископаемых. По данным историков, открыли завесу древние египтяне. Экспедиция была отправлена на Синайский полуостров в 2600 году до нашей эры. Предполагалось, что они добудут слюду. Однако произошел прорыв в знаниях древних жителей о сырье и материалах: была найдена медь. О добыче и обработке серебра известно из истории Греции. Римляне узнали о такие металлах, как цинк, железо, олово и свинец. Основав шахты от Африки до Британии, Римская империя осуществляла их добычу, а затем использовала для изготовления орудий.
В XVIII веке после промышленной революции полезные ископаемые стали остро необходимы. В связи с чем их добыча развивалась быстрыми темпами. Современные технологии основываются на открытиях именно того периода. В XIX веке произошла знаменитая «золотая лихорадка», в ходе которой было добыто огромное количество драгоценного металла – золота. В тех же местах (Южной Африке) открыли несколько месторождений алмазов.
Характеристика полезных ископаемых по физическому состоянию
Из уроков физики известно, что вещества способны находиться в одном из четырех агрегатных состояний: жидком, твердом, газообразном и плазматическом. В обычной жизни каждый без труда может пронаблюдать первые три. Полезные ископаемые, как и любые другие химические соединения, могут быть обнаружены на поверхности Земли или в ее недрах в одном из трех состояний. Таким образом, виды полезных ископаемых в первую очередь делятся на:
- жидкие (минеральные воды, нефть);
- твердые (металлы, угли, руды);
- газообразные (природный газ, инертный газ).
Каждая из групп – важная и неотъемлемая часть промышленной жизни. Многообразие ресурсов позволяет странам развиваться в технической и экономической сфере. Количество залежей полезных ископаемых – показатель богатства и благополучия страны.
Промышленные виды, классификация полезных ископаемых
После обнаружения первых минеральных пород, человек серьезно задумался о том, какую пользу они могут принести в его жизнь. С зарождением и развитием промышленности была сформирована классификация месторождений полезных ископаемых на основе их использования в технической сфере. Рассмотрим эти виды полезных ископаемых. Таблица содержит полную информацию об их характеристике:
| Тип месторождения ископаемого | Группы в его составе | Виды ископаемых |
| Горючие (топливные) | Твердое состояние | Торф, уголь |
| Жидкое/газообразное состояние | Газ, нефть | |
| Металлические | Металлы черные | Марганец, хром, титан, железо |
| Металлы цветные | Свинец, медь, кобальт, алюминий, никель | |
| Металлы благородные | Платина, золото, серебро | |
| Металлы редкие | Олово, тантал, вольфрам, ниобий, молибден | |
| Радиоактивные соединения | Торий, радий, уран | |
| Неметаллические | Сырье горнорудное | Слюда, магнезит, тальк, известняк, графит, глины, пески |
| Сырье химическое | Флюорит, фосфорит, барит, соли минеральные | |
| Строительные материалы | Мрамор, гипс, гравий и песок, глины, облицовочные камни, цементное сырье | |
| Камни самоцветные | Камни драгоценные и поделочные |
Рассмотренные виды полезных ископаемых вместе с запасами пресной воды являются главной характеристикой богатств земли или отдельной страны. Это типовая градация минерально-сырьевых ресурсов, при помощи которой все природные вещества, используемые в промышленно-бытовой сфере, сгруппированы в зависимости от физических и химических свойств. Познакомимся с каждой категорией отдельно.
Горючие ископаемые
К какому виду полезных ископаемых относится нефть? А газ? Полезное ископаемое чаще представляется твердым металлом, нежели непонятной жидкостью или газом. С металлом знакомы с раннего детства, тогда как понимание, что такое нефть или даже бытовой газ, приходит немного позже. Итак, к какому виду, согласно уже изученных классификаций, стоит отнести нефть и газ? Нефть – к группе жидких веществ, газ – к газообразным. Исходя из их применения, однозначно, к горючим или, по-другому, топливным полезным ископаемым. Ведь нефть и газ используются в первую очередь в виде источника энергии и тепла: на них работают двигатели машин, ими отапливаются жилые помещения, с их помощью готовят еду. Сама энергия высвобождается за счет горения топлива. А если посмотреть еще глубже, то этому способствует углерод, который входит во все горючие ископаемые. К какому виду полезных ископаемых относится нефть, разобрались.
Какие еще вещества сюда относятся? Это твердые топливные соединения, образующиеся в природе: каменный и бурый уголь, торф, антрацит, горючий сланец. Рассмотрим краткую их характеристику. Виды полезных ископаемых (горючие):
- уголь – первое горючее, которое начал использовать человек. Основной источник энергии, используемый в масштабных размерах на производстве, именно благодаря этому ископаемому произошла промышленная революция. Образуется он за счет остатков растений без доступа воздуха. В зависимости от удельной массы углерода в угле различают его разновидности: антрациты, бурый и каменный уголь, графиты;
- горючий сланец был образован на дне морском около 450 млн лет назад из остатков растительности и животных. Состоит из минеральной и органической части. При сухой перегонке образует смолу, которая близка к нефти;
- торф – скопление не полностью разложившихся остатков растений в условиях болот, более половины его состава – углерод. Используется в качестве горючего, удобрения, теплоизоляции.
Горючие природные вещества являются важнейшими видами полезных ископаемых. Благодаря им человечество научилось вырабатывать и использовать энергию, а также создало множество отраслей промышленности. В настоящее время потребность в топливных ископаемых стоит очень остро для большинства государств. Это крупный сегмент мировой экономики, от которого зависит благополучие стран всего мира.
Металлические полезные ископаемые: виды, характеристика
Нам известны виды полезных ископаемых: топливные, рудные, нерудные. Первая группа успешно изучена. Продвигаемся дальше – рудные, или металлические, ископаемые – то, ради чего вообще зарождалась и развивалась промышленность. Еще с древних времен человек понял, что металл дает в повседневной жизни гораздо больше возможностей, чем его отсутствие. В современном мире уже невозможно представить жизнь без какого-либо металла. В бытовой технике и электронике, в домах, в ванной комнате, даже в маленькой лампочке – он повсюду.
Как добывают? Лишь благородные металлы, которые из-за своих химических свойств не вступают в реакцию с другими простыми и сложными веществами, можно найти в чистом виде. Остальные же активно взаимодействуют друг с другом, превращаясь в руду. Смесь металлов при необходимости разделяют или оставляют без изменений. Сплавы, образованные природой, «прижились» благодаря смешанным свойствам. Железо, например, можно сделать более твердым, если добавить к металлу углерод, получится сталь – прочное соединение, выдерживающее большие нагрузки.
В зависимости от индивидуальных характеристик, а также области применения рудные полезные ископаемые делятся на группы: черные, цветные, благородные, редкие и радиоактивные металлы.
Черные металлы
Черные металлы – это железо и его разнообразные сплавы: сталь, чугун и другие ферросплавы. Применяется в производстве самого различного направления: военном, судостроении, авиастроении, машиностроении.
Многие изделия из железа используются в повседневной жизни: из стали изготавливают кухонную утварь, ею покрывают многие элементы сантехники.
Цветные металлы
В группу цветных металлов входит большое количество полезных ископаемых. Название группы произошло от того, что многие металлы имеют специфический цвет. Например, медь – красная, алюминий – серебристый. Оставшиеся 3 вида полезных ископаемых (благородные, редкие, радиоактивные), по сути, являются подвидом цветных металлов. Многие из них смешивают в сплавы, т. к. в таком виде они обладают лучшими свойствами.
Цветные металлы классифицируют на:
- тяжелые – высокотоксичные с большим атомным весом: свинец, олово, медь, цинк;
- легкие, обладающие малой плотностью и весом: магний, титан, алюминий, кальций, литий, натрий, рубидий, стронций, цезий, бериллий, барий, калий;
- благородные в связи с высокой стойкостью практически не вступают в химические реакции, красивы на вид: платина, серебро, золото, родий, палладий, рутений, осмий;
- малые (редкие) – сурьма, ртуть, кобальт, кадмий, мышьяк, висмут;
- тугоплавкие обладают высокой температурой плавления и стойкостью к износу: молибден, тантал, ванадий, вольфрам, марганец, хром, цирконий, ниобий;
- редкоземельные – группу составляют 17 элементов: самарий, неодим, лантан, церий, европий, тербий, гадолиний, диспрозий, эрбий, гольмий, иттербий, лютеций, скандий, иттрий, тулий, прометий, тербий;
- рассеянные встречаются в природе только в виде примесей: теллур, таллий, индий, германий, ренний, гафний, селен;
- радиоактивные самостоятельно излучают поток радиоактивных частиц: радий, плутоний, уран, протактиний, калифорний, фермий, америций и другие.
Особое значение для человечества представляют алюминий, никель и медь. Развитые страны стремятся к увеличению их производства, т. к. количество этих цветных металлов напрямую влияет на технический прогресс в авиастроении, космонавтике, атомных и микроскопических приборов, электротехнике.
Неметаллические природные элементы
Подведем небольшой итог. Основные категории из таблицы «Виды полезных ископаемых» (топливные, рудные, нерудные) изучены. Какие же элементы относят к нерудным, т. е. неметаллическим? Это группа твердых или мягких полезных ископаемых, встречающихся в виде отдельных минералов или горных пород. Современной науке известно более сотни таких химических соединений, являющихся ничем иным, как продуктом природных процессов.
По масштабам их добычи и использования нерудные ископаемые опережают только топливные виды полезных ископаемых. Таблица ниже содержит основные породы и минералы, составляющие неметаллическую группу природных недр, и их краткую характеристику.
| Группа неметаллических минералов/пород | Вид породы/минерала | Характеристика |
| Сырье горнорудное | Асбест | Несгораемая горная порода. Применяют для изготовления огнестойких материалов, кровель, тканей противопожарных. |
| Известняк | Осадочная горная порода, широко используется в строительстве. При его обжиге получается негашеная известь. | |
| Слюда | Породообразующий минерал. По химическому составу подразделяется на алюминиевые, магнезиально-железистые литиевые слюды. Применяется в современной технике. | |
| Сырье химическое | Калийные соли | Осадочные горные породы, в состав которых входит калий. Используется в качестве сырья для химической промышленности и при изготовлении калийных удобрений. |
| Апатит | Минералы, содержащие большое количество фосфорных солей. Применяют для изготовления удобрений, а также в производстве керамики. | |
| Сера | Встречается в виде руды самородной серы и в соединениях. Используется в основном для производства серной кислоты, при вулканизации каучука. | |
| Строительные материалы | Гипс | Сульфатный минерал. Применяется в различных сферах деятельности человека. |
| Мрамор | Горная порода, основанная на кальците. Используют в электротехнике, для изготовления штукатурки и мозаики, памятников. | |
| Камни самоцветные | Драгоценные | Обладают красивым рисунком или цветом, блестят, легко поддаются шлифовке и огранке. Применяются для изготовления ювелирных украшений и прочего декора. |
| Полудрагоценные | ||
| Поделочные |
Нерудные виды полезных ископаемых очень важны для разных отраслей производства, строительства, а также необходимы в повседневной жизни.
Классификация ресурсов по исчерпаемости
Помимо градации полезных ископаемых по их физическому состоянию и характеристикам, рассматривают показатели их исчерпаемости и возобновляемости. Основные виды полезных ископаемых подразделяют на:
- исчерпаемые, которые в определенный момент могут закончиться и будут недоступны к добыче;
- неисчерпаемые – относительно неиссякаемые источники природных ресурсов, например, солнечная и ветровая энергия, океаны, моря;
- возобновимые – ископаемые, которые на определенном уровне исчерпаемости могут быть частично или полностью восстановлены, например, леса, почва, вода;
- невозобновимые – если ресурсы были полностью исчерпаны, возобновить их, как правило, не удается;
- заменимые – ископаемые, которые можно при необходимости заменить, например, топливные виды.
- незаменимые – те, без которых жизнь будет невозможной (воздух).
Природные ресурсы требуют бережного отношения и рационального использования, так как большинство из них имеют исчерпываемый предел, а если и будут возобновимы, то очень нескоро.
Полезные ископаемые играют важную роль в жизни человека. Без них не было бы технических и научных открытий, да и привычной жизни в целом. Результаты их добычи и переработки окружают нас повсюду: здания, транспорт, коммунально-бытовые блага, медикаменты.
МЕТАЛЛИ́ЧЕСКИЕ ПОЛЕ́ЗНЫЕ ИСКОПА́ЕМЫЕ (руды металлов) – группа твёрдых полезных ископаемых, содержащих металлы в количестве и формах, пригодных для рентабельного промышленного извлечения. Являются основным исходным сырьём преимущественно горно-металлургического производства. В большинстве случаев это природные, обычно полиминеральные образования земной коры, представленные агрегатом рудных (ценных) и сопровождающих их других минералов. К металлическим полезным ископаемым также относят многие техногенные образования – складированные отвалы горных выработок, отходы (хвосты) обогатительного, металлургического, химического и других производств, золу теплоэлектростанций и т. п., технологически доступные, экономически и экологически целесообразные для извлечения из них металлов. Ценные (полезные) компоненты руд – металлы или их соединения – образуют собственные минералы либо находятся в качестве примесей в составе других минеральных образований.
Качество металлических полезных ископаемых определяется содержанием в них металла или его соединений [выделяют руды богатые, рядовые, бедные, убогие (забалансовые)], степенью и технологией его извлечения в конечный продукт с учётом потерь при добыче, обогащении (руды легко-, труднообогатимые, упорные) и металлургическом переделе, что связано с их минеральным и гранулометрическим составами, текстурно-структурными особенностями, физическими, химическими и техническими свойствами (твёрдость, прочность, трещиноватость, объёмная масса, температура плавления, магнитность, электропроводность, радиоактивность, растворимость, сорбционная способность и др.). Качество руд снижается при содержании в них вредных примесей. Металлические полезные ископаемые, содержащие несколько промышленных металлов, извлечение и раздельное использование которых экономически целесообразно и технологически возможно, относят к комплексным рудам. Их подразделяют на полиминеральные, состоящие из нескольких минералов (например, медно-молибденовая руда, содержащая халькопирит – $ce{CuFeS2}$ и молибденит – $ce{MoS2}$) и полиэлементные, в которых несколько металлов входят в состав одного минерала [например, золотосеребряная руда, содержащая электрум – AuAg; церийсодержащая титан-ниобиевая руда с лопаритом – $ce{(Ce,Na,Ca)2(Ti,Nb)2O6}$]. Разновидностью комплексных руд являются природно-легированные руды, обогащённые легирующими металлами, используемые как сырьё для выплавки специальных сортов чугунов, сталей и другой металлопродукции (например, ванадистый чугун, получаемый при металлургическом переделе ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд Качканарского железорудного района).
По химическому составу преобладающих минералов различают руды металлов – силикатные, кремнистые, оксидные, сульфидные, карбонатные и смешанные; по текстуре руд – массивные, полосчатые, пятнистые, прожилковые, вкрапленные и др.; по структуре руд – равномерно- и неравномерно-зернистые, крупно-, средне- и мелкозернистые, оолитовые, радиально-лучистые и др. Часто рудам дают названия, указывающие на минералы – концентраторы основных металлов; например, касситерит-сфалерит-галенитовая руда (оловянно-полиметаллическая), колумбит-танталитовая руда (ниобий-танталовая) и т. п.
В России по промышленному использованию выделяют руды чёрных ($ce{Fe, Mn, Cr}$), цветных ($ce{Al, Cu, Pb, Zn, Sn, Ni, Co, W, Mo, Ti, V, Bi, Hg, Sb}$), редких ($ce{Li, Rb, Cs, Be, Zr, Hf, Nb, Ta}$), в т. ч. редкоземельных ($ce{Y, Sc, La}$ и группа лантаноидов), благородных ($ce{Au, Ag, Pt, Pd, Ir, Rh, Os, Ru}$) и радиоактивных ($ce{U, Ra, Th}$) металлов. Рассеянные металлы ($ce{Ge, Re, Tl, Cd, In, Ga, Se, Te}$), не имеющие собственных руд, извлекаются из отходов и продуктов передела руд цветных металлов. Нередко чёрные металлы объединяют с $ce{Ni, Co, W, Mo}$ под общим названием «чёрные и легирующие металлы», а среди цветных металлов выделяют $ce{Cu, Pb, Zn, Sn}$ под названием «базовые». В зарубежной литературе редкие, в т. ч. редкоземельные, и рассеянные металлы рассматриваются совместно как «малые металлы и неметаллы»; их промышленное использование началось во 2-й пол. 20 в. Последними стали утилизировать редкоземельные элементы: они всё более широко используются в металлургии, оптике, микроэлектронике и других отраслях промышленности, включая оборонную.
В производственной деятельности выделяют сырую (добытую из недр) и товарную (подготовленную к металлургическому переделу) руду. Т. н. рудоподготовка включает дробление, сортировку, усреднение, обогащение и окускование руды. Переработка руд с получением конечных продуктов – металлов и их соединений – осуществляется на предприятиях чёрной и цветной металлургии, горно-химических комбинатах атомной промышленности и других производствах. Предметами торговли являются товарные руды и концентраты (например, железорудные окатыши), промежуточные продукты, или полупродукты (ферромарганец, силикомарганец и др.), металлы (например, черновая медь, рафинированная медь).
В сводной генетической классификации полезных ископаемых В. И. Смирнова металлические полезные ископаемые фиксируются во всех группах эндогенной, экзогенной и метаморфогенной серий: магматической, пегматитовой, карбонатитовой, скарновой, альбитит-грейзеновой, гидротермальной, колчеданной, выветривания, россыпной, осадочной, метаморфизованной и метаморфической (Смирнов, 1982). Руды одних металлов ($ce{Fe, Mn, Al, Cu, Sn, U}$ и др.) широко представлены в этой классификации, отражая разнообразные условия их формирования, руды других ($ce{Cr, Ni}$, металлы платиновой группы и др.) – фиксируются лишь в единичных группах и классах определённых обстановок рудогенеза. Примером первых являются железные руды: магматические – титаномагнетитовые и ильменит-титаномагнетитовые; карбонатитовые – апатит-магнетитовые и перовскит-титаномагнетитовые; скарновые – магнетитовые, гематитовые и магномагнетитовые; гидротермальные – сидеритовые и гематитовые; выветривания – гётит-гидрогётитовые и мартит-гидрогётитовые; осадочные оолитовые – гидрогётитового, гётитового, лептохлоритового или сидеритового состава; метаморфогенные железистые кварциты – магнетитовые, магнетит-гематитовые, мартитовые и др. Примером вторых являются магматические хромовые руды (хромиты), связанные с массивами ультрабазитовых и ультрабазит-базитовых пород.
Особая значимость металлических полезных ископаемых определяется получением из них металлов и их сплавов – одних из главных конструкционных, электротехнических, инструментальных и других материалов. В сплавах используют практически все известные металлы. Намечается тенденция к снижению роли железа и возрастанию роли алюминия, магния, титана, циркония, металлов платиновой группы, редкоземельных элементов и др. Велика роль руд радиоактивных металлов – урана и тория – как энергетического сырья. Многие виды металлических полезных ископаемых являются стратегическим сырьём, добыча, переработка и поставка (экспорт) которых контролируются правительствами ряда стран.
Гигантскими запасами руд ряда металлов обладают Австралия ($ce{Fe, Al, Zn, Pb, Ni, U}$), Китай ($ce{Sn, W, Mo, Sb}$, редкоземельные элементы), ЮАР ($ce{Mn, Cr, Au}$, металлы платиновой группы), США ($ce{Cu, Pb, Zn, Mo}$), Канада ($ce{Zn, U}$), Бразилия ($ce{Sn, Nb}$), Казахстан ($ce{Cr, U}$), Куба ($ce{Ni, Co}$), Украина ($ce{Mn}$), Гвинея ($ce{Al}$), Чили ($ce{Cu}$), Новая Каледония ($ce{Ni}$), Демократическая Республика Конго ($ce{Co}$). Россия, располагая крупными запасами руд $ce{Fe, Cu, Ni, Pb, Zn, W}$, редкоземельных элементов и многих других металлов, вынуждена импортировать бокситы и глинозём ($ce{Al2O3}$), товарные руды $ce{Mn, Cr}$ и др.