Металлические полезные ископаемые и их месторождение

К месторождениям металлических полезных ископаемых относятся такие виды минерального сырья, которые перерабатываются плавкой с целью извлечения металлов. Они в основном являются объектами переработки черной и цветной металлургии. Качество руд, относящихся к металлическим полезным ископаемым, определяется содержанием полезных и вредных компонентов.

Среди металлических полезных ископаемых выделяют черные, легирующие, цветные, благородные, редкие, редкоземельные и радиоактивные металлы.

· К черным металлам относятся железо, марганец, хром, титан.

· Легирующие металлы: ванадий, никель, кобальт, вольфрам, молибден.

· К цветным металлам относятся алюминий, медь, свинец, цинк, олово, висмут, ртуть и сурьма.

· К благородным металлам относятся золото, серебро, металлы платиновой группы.

· К редким – литий, рубидий, цезий, бериллий, ниобий, тантал, цирконий.

· К рассеянным металлам относятся – рений, гафний, германий, таллий, селен, теллур, индий, галлий.

· Редкоземельные металлы – группа из 17 химически подобных металлов, которая включает скандий и иттрий и лантаноиды.

· К радиоактивным металлам относятся уран и торий

Черные металлы.

К черным металлам относятся железо, марганец, хром, титан.

ЖЕЛЕЗО

Общие сведения и области применения

Начало применения железа относится к IV- Ш тысячелетию до н.э., когда люди из метеоритов делали орудия труда и охоты, украшения. В I тысячелетии до н.э. люди начали выплавлять железо из руд, на смену бронзовому веку пришел век железа. С развитием металлургии бурые железняки начали плавить в домнах сначала на древесном угле, а с ХIХ в. – на каменном угле и коксе. Из чугуна научились выплавлять сталь, а в ХХ в. – высококачественные легированнные стали путем добавок марганца, хрома, титана, никеля, кобальта, ванадия, вольфрама, молибдена, ниобия, тантала и других.

Обзор минеральных ресурсов

По объему производства и потребления железо находится на первом месте. В недрах 130 стран общие запасы железных руд оцениваются в 450 млрд. т, разведанные – 229 млрд. т. Наибольшими запасами обладают Россия, Бразилия, Австралия, Украина, Канада и США. Добывают железо 55 стран, наибольшую добычу осуществляют Бразилия, Китай, Австралия, Россия, Украина, Индия, США. Производство железных руд составило в 2002 г. 1008 млн.т.

В России всего 190 железорудных месторождений. Разведанные запасы железных руд составляют 57 млрд. т, общие – 101 млрд. т, добывается 107 млн. т. Основные железорудные районы находятся в пределах девяти главных железорудных провинций: Курской, Уральской, Карело-Кольской, Алтае-Саянской, Ангарской, Ангаро-Енисейской, Забайкальской, Алданской, Дальневосточной. Потенциально рудоносными следует считать Анабарскую, Северо-Восточную, Саяно-Байкальскую и Колпашевскую провинции.

Основные недостатки состояния минерально-сырьевой базы – удаленность сырьевых баз от металлургических комбинатов (Западно-Сибирский работает на рудах Коршуновского месторождения в Иркутской области), необеспеченность собственной сырьевой базой металлургических заводов юга Урала (дефицит покрывается за счет поставки руды из Казахстана и КМА).

Типы руд и кондиции

Железо извлекают из следующих типов руд:

1. Магнетитовые и титаномагнетитовые (главные минералы – магнетит, ильменит, титаномагнетит).

2. Гематитовые и мартитовые (гематит).

3. Бурые железняки (гидроксиды железа – гетит, гидрогетит).

4. Карбонатные (сидерит).

5. Силикатные (железистые хлориты).

Нижнее содержание железа в руде (кондиционной) устанавливается в пределах от 14 до 25%. Содержания серы и фосфора ограничиваются соответственно 0.3 и 0,2%, мышьяка, меди, цинка и свинца менее 0,1% каждого. Богатые железные руды характеризуются содержаниями более 57%, а самые богатые более 68% и малыми содержаниями примесей. Их используют для получения окатышей, которые перерабатываются в сталь электроплавкой.

Геохимия и минералогия

Железо – самый распространенный после алюминия металлический элемент земной коры. Его среднее содержание в земной коре 4,65%. Повышенные концентрации его наблюдаются в ультраосновных, основных и средних интрузивных породах. Железо обладает двумя валентностями: двухвалентное железо связано преимущественно с эндогенными процессами, а трехвалентное – с экзогенными процессами.

Известно более 300 минералов железа. Промышленное значение имеют магнетит FeFe2O4, мартит и гематит Fe2O3, гидрооксиды железа – гетит FeO(OH) и гидрогетит FeO(OH) n H2O, сидерит Fe[CO]3, силикаты железа – шамозит и тюрингит.

Date: 2016-07-05; view: 2112; Нарушение авторских прав

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.