Какие полезные ископаемые необходимы для производства металла

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.

Первичное сырье (руды).

Производство цветных металлов характеризуется большим разнообразием, обусловленным разнообразием свойства металлов и их соединений, распространенностью элементов и форм их существования в природе. Однако, в большинстве случаев можно выделить несколько основополагающих стадий, которые в той или иной степени присутствуют в технологической цепочке получения чистых металлов и сплавов из исходного сырья.

В металлургической промышленности используют почти все виды полезных ископаемых. Основным сырьем для получения металлов являются руды, но применяются также горючие полезные ископаемые, огнеупорные и флюсовые материалы.

Рудой называется горная порода, содержащая в своем составе металл или металлы в таких количествах, которые при современном уровне развития обогатительной и металлургической техники могут быть экономически выгодноизвлечены в товарную продукцию.

Как следует из данного определения понятие “руда” имеет геологический, технический и экономический смысл. Минимальное содержание основного металла в руде, позволяющее экономически выгодно извлекать его в товарную продукцию, называется рентабельным минимумом.

Руда состоит из минералов– природных химических соединений. Минералы подразделяют на рудные (ценные)ипустую породу.К пустой породе относятся минералы, не содержащие извлекаемых (полезно используемых) компонентов . Чаще всего породообразующими минералами в пустой породе являются кварц, карбонаты, силикаты.

Понятие “пустой породы” в определенной степени условно. По мере развития металлургической технологии и техники в целом создаются условия для полного использования компонентов пустой породы, например, для получения различных строительных материалов – цемента, шлаковатных изделий, шлакоблоков и т.д.

Состав руды обычно определяют химическим анализом. Однако для практических целей (для дальнейшей переработки руды) важно также знать вид минералов, присутствующих в руде (минералогический состав) и распределение между минералами ценных компонентов перерабатываемого сырья (фазовый или рациональный состав).

В зависимости от вида присутствующих металлсодержащих минералов руды цветных металлов подразделяются на следующие группы:

1. Сульфидные – в них металлы находятся в форме сернистых соединений. Примером таких руд могут служить медные сульфидные руды, медно-никелевые и свинцово-цинковые сульфидные руды.

2. Окисленные – в них металлы присутствуют в форме различных кислородсодержащих соединений (оксидов, карбонатов, гидрооксидов и т.д. К этой группе относятся .например, алюминиевые. окисленные никелевые, оловянные руды, руды ряда редких металлов.

3. Смешанные – в них металлы могут находиться как в сульфидной так и в окисленной форме (медные руды).

4. Самородные – это руды, в которых металлы находятся в свободном состоянии. В самородном состоянии в природе встречаются золото, серебро, медь и платина.

Сульфидные руды по форме размещения в земной коре делятся на сплошные, состоящие почти полностью из сульфидных минералов, и вкрапленные, когда сульфиды в виде мелких включений присутствуют в пустой породе. Вкрапленные руды беднее сплошных.

По числу присутствующих металлов руды классифицируются на монометаллическиеи полиметаллические (комплексные). Большинство руд цв. металлов являются полиметаллическими и содержат как минимум два ценных компонента. Наиболее сложными по составу являются медные, медно-никелевые и свинцово-медно-цинковые. Они содержат до 15 ценных металлов.

Руды цв-х металлов как правило очень бедные и содержат всего несколько %. а часто доли % основного металла. Концентрация ценных элементов спутников обычно во много раз меньше. Однако, многие сопутствующие компоненты по ценности сравнимы и даже превосходят основные компоненты руды. При переработке сложных по составу руд необходимо добиваться комплексного использования всех ее составляющих.

Рентабельный минимум для цв–х металлов постепенно снижается. Так, если в конце 19 в. к категории медных руд относили горные породы с содержанием не менее 1.5 % Cu, то сейчас эта величина снизилась до 0,4-0,5 % и даже менее, в зависимости от местных условий. Снижению рентабельного минимума способствуют развитие и совершенствование обогатительной и металлургической техники и повышение комплексности использования сырья.

Руды, как и другие полезные ископаемые, образуют в земле естественные скопления, кот. называются месторождениями. Содержание ценных компонентов в месторождениях значительно выше их среднего содержания в земной коре. Самым распространенным металлом в природе является алюминий. Более распространенными по сравнению с ним являются лишь кислород (49.5 %) и кремний (27.75 %).

Наиболее редко в природе встречаются полоний и актиний, кварк которых близок к 10-15.

Ряд металлов, например рассеянных, собственных месторождений не образуют. Эти металлы обычно в очень небольших концентрациях присутствуют в виде изоморфных примесей в минералах основных цветных мет.

Запасы цветных металлов в доступных для человека участках земной коры неуклонно истощаются. Однако их природные ресурсы могут быть значительно расширены. Огромными запасами цветных металловобладают моря и океаны. Морская и океаническая вода содержат до 3,5 % растворенных солей. В наибольших концентрациях в ней присутствуют Na, Mg, K и стронций. В морской воде содержатся также Cu, Al, Ni, Au, Ag, редкие и рассеянные элементы. И хотя их концентрация ничтожно мала – запасы практически неисчерпаемы. Со временем человек научится их экономически выгодно извлекать.

Дно морей и океанов покрыто залежами металлсодержащих конкреций – минеральных образований округлой формы вокруг постороннего тела в результате концентрации минеральных веществ из водных растворов.

Вследствие непрерывного образования и роста конкреций запасы элементов в них практически неисчерпаемы.

Вторичное сырье

Помимо рудных источников для получения многих цветных металлов (Al, Cu, Zn, Pb, благородных и ряда других металлов) используют вторичное сырье. К вторичному сырью относят отходы металлообрабатывающей промышленности, бракованные и отслужившие свой срок металлические детали и изделия, различный металлический лом, бытовой утиль и т.д.

Удельный вес вторичного сырья из года в год растет. Вовлечение втор. сырья в цикл металлургического производства позволяет экономнее расходовать природные ресурсы, получать металлы более простыми и дешевыми металлургическими приемами, дополнительно увеличить выпуск металлической продукции, сократить экологический ущерб в расчете на тонну получаемого металла.

Однако, успешное использование втор. сырья зависит от уровня организации его сбора, сортировки, хранения и подготовки к металлургическому переделу. Отсортированные металлические отходы представляют собой материал одного и того же состава и вида. Переработку такого сырья осуществляют, как правило, с получением продукта (металла или сплава) аналогичного перерабатываемому материалу.

В случае несортированного втор. сырья технология его переработки значительно усложняется и удорожается, требует разделения присутствующих ценных компонентов и всегда характеризуется их повышенными потерями.

В перспективе вторичное сырье должно стать основным источником получения некоторых цветных металлов, а за счет переработки рудного сырья будут покрываться лишь дефицит баланса между потреблением и производством металла.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: