Неметаллические полезные ископаемые еремин н и

Введение

К неметаллическим полезным ископаемым относится обширная группа минералов и горных пород, из которых не извлекают в качестве главного компонента большинство металлов, которые не представляют углеводороды и углеводородные виды энергетического сырья, гидроминеральные и газообразные ресурсы.

Область применения неметаллических полезных ископаемых чрезвычайно широка: по существу нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы в той или иной мере не использовалось это сырье. В настоящее время насчитывается свыше 150 видов неметаллических полезных ископаемых, используемых в естественном или переработанном виде. Из них получают различные химические элементы, включая некоторые металлы (серу, фосфор, хлор, фтор, калий, натрий и др.), и их соединения. Среди последних присутствуют и специфические виды топлива (соединения бора, фтора и др.).

Помимо сырья, из которого извлекают в качестве полезных компонентов химические элементы и их соединения, к неметаллическим полезным ископаемым относятся промышленные минералы (в том числе монокристаллы и кристаллические агрегаты) и промышленные горные породы, обладающие ценными с практической точки зрения физическими (электропроводность, плотность и др.), химическими (растворимость, кислотоупорность, щелочеупорность и др.) и техническими (монолитность, декоративность, абразивность, огнестойкость и др.) свойствами.

Сортификация неметаллических полезных ископаемых по их различным физическим и химическим свойствам (зачастую по нескольким одновременно!) предопределяет сложность геолого-экономической оценки их месторождений: геолог должен знать требования соответствующих отраслей промышленности к данному сырью, причем эти требования могут быть различными. Так, полевой шпат как керамическое сырье, пригодное для производства фарфора и фаянса, должен содержать не более 0,3% оксидов железа, а отношение К2О/Na2O в нем должно быть не ниже 0,7 (отделочные и облицовочные плитки); для электротехнического фарфора это отношение должно быть не ниже 3.

Важнейшей особенностью многих неметаллических полезных ископаемых является значительная изменчивость их физико-химических и технических свойств, учитываемых при геолого-экономической оценке месторождений. Эта изменчивость может проявляться не только на уровне различных месторождений, но и в пределах одного месторождения и даже одной горной выработки. В первую очередь это свойственно слюде, пьезокварцу, асбесту и др.

При геолого-экономической оценке месторождений полезных ископаемых одним из главных показателей являются запасы сырья. В табл. 1 приведена группировка месторождений некоторых неметаллических полезных ископаемых по разведанным запасам, принятая в России.

Таблица 1. Группировка месторождений некоторых неметаллических полезных
ископаемых по разведанным запасам, принятая в России

Неметаллические полезные ископаемые отчетливо индивидуализируются по характеру своей первичной обработки: она не является металлургическим переделом, присущим металлическим полезным ископаемым, а сводится либо к простейшей механической (дробление, распил, обтеска строительного камня и т.п.), химической (получение серной кислоты из пирита, плавиковой кислоты из плавикового шпата и т.п.) и термической обработке (получение цементного клинкера из глинистых и карбонатных пород и др.), либо вообще отсутствует (например, песчано-гравийные смеси и бутовый камень как строительное сырье).

Важная особенность неметаллического сырья – его взаимозаменяемость, в силу тождественности тех или иных свойств: для одной и той же цели используются различные виды сырья. Так, в качестве электроизоляторов могут выступать не только слюды, но и мрамор и тальковый камень, а в качестве смазочных веществ наряду с графитом могут применяться тальк и слюдяной порошок.

С другой стороны, один и тот же вид неметаллического сырья по сравнению с металлическим характеризуется значительно большим разнообразием своего использования. В частности, барит нашел свое применение и как утяжелитель буровых растворов, и как наполнитель бумаги, и как сырье для производства белил, и как компонент для экранирования помещений от радиоактивного излучения.

С течением времени со все более возрастающим перечнем неметаллических полезных ископаемых неуклонно расширяется и область практического использования каждого из них. По данным В.П.Петрова, бентонитовые глины использовались для обезжиривания шерсти и отбелки тканей ещё в Древнем Риме. На рубеже XIX и XX вв. их начали также применять для приготовления глинистых промывочных жидкостей и в качестве формовочного материала в литейном производстве. Позднее к этому добавилась очистка различных нефтепродуктов и химических препаратов с помощью глин. В начале второй половины ХХ в. из них стали получать легкий строительный гравий – керамзит, а в последние десятилетия благодаря развитию производства железорудных окатышей в металлургии и гранулированных удобрений и комбикормов в сельском хозяйстве бентонитовые глины стали остро дефицитным сырьем. В настоящее время известно свыше 40 видов бентонитовых продуктов. За последние 40 лет минувшего столетия добыча этих глин в мире возросла более чем в десять раз, превысив 12 млн. т/год.

Общее распределение неметаллических полезных ископаемых по характеру использования в промышленности намечается следующим.

1. Химическое и агрономическое сырье: галолиты (соли), апатиты, фосфориты, сера самородная, мышьяковые руды, пирит, барит, флюорит, бораты, датолит, глауконит и др.
2. Металлургическое и теплоизоляционное сырье (флюсы, огнеупоры и теплоизоляторы): доломиты, известняки, тальковый камень, магнезит, кварциты, плавиковый шпат, кианит, огнеупорные глины, графит, бокситы, хромиты, хризотил-асбест, вермикулит и др.
3. Техническое сырье (диэлектрики, абразивы и др.): мусковит, флогопит, алмаз, корунд, топаз, гранаты, тальк, барит и др.
4. Пьезооптическое сырье: пьезокварц, турмалин, оптический флюорит, исландский шпат, оптический кварц, барит.
5. Цветные драгоценные и поделочные камни: алмаз, изумруд, александрит, рубин, сапфир, топаз, аметист, агат, опал, обсидиан, яшма, родонит, лазурит, нефрит, жадеит, ангидрит и др.
6. Строительные материалы (строительные и облицовочные камни, наполнители, гидравлические добавки, минеральные краски и др.): гравий, песок, изверженные породы, мраморы, известняки, песчаники, пемза, мел, охры и др.; а также искусственные легкие наполнители бетонов: керамзит, шунгизит, вспученный перлит и другие, полученные путем термической обработки соответствующих горных пород и минералов.
7. Стекольно-керамическое сырье: стекольные пески, полевые шпаты, пегматиты, каолиниты, кварц, глины, фарфоровые камни и др.
8. Цементное сырье (вяжущие материалы): известняки, мергели, глины, трассы, туфы, пуццоланы, гипс, ангидрит, опоки и др.
9. Сырье для новых отраслей промышленности (получение искусственных волокна и слюды, минеральной ваты, каменного литья и др.): диабазы, базальты, бокситы, глины, кварцевые пески и др.

По своему химическому и минеральному составу неметаллические полезные ископаемые существенно отличаются от металлических. Руды металлов сложены сульфидами, сульфосолями, оксидами и самородными элементами, тогда как неметаллические полезные ископаемые – это преимущественно силикаты, фосфаты, карбонаты, сульфаты, соли кислородных кислот, галоиды.

У неметаллических полезных ископаемых, как правило, нет характерных признаков металлических: непрозрачности, большой плотности, металлического блеска и др. В меньшей степени – это минералы, а чаще горные породы, образующие пласты, линзы, толщи, пачки, штоки, дайки, массивы, зоны и т.д. (гипс, известняки, доломиты, изверженные породы, фосфориты, песчано-гравийные смеси и др.).

В сводной генетической классификации месторождений полезных ископаемых В.И.Смирнова (табл. 2) неметаллические полезные ископаемые фиксируются во всех сериях, группах, классах и более дробных подразделениях.

Таблица 2. Представители неметаллических полезных ископаемых в сериях и группах классификации В.И.Смирнова.

Неметаллические полезные ископаемые играют значительную роль в экономике всех стран, определяемую широкомасштабным многоцелевым использованием в производстве промышленной и сельскохозяйственной продукции, при создании наукоемких технологий и получении конструкционных материалов, композитов, специальной керамики. Их отдельные виды относятся к стратегическому сырью. По данным В.П.Петрова, Е.М.Аксенова и Н.Н.Ведерникова суммарный объем продукции, производимой на основе неметаллов, в развитых странах превышает объем металлорудной в два раза и более, в слаборазвитых странах соотношение обратное.

Начиная с 50-х гг. минувшего столетия наблюдается резкое возрастание объемов добычи неметаллического сырья, причем темпы роста были значительно выше, чем металлического сырья. В последнее время, однако, обозначилась тенденция к некоторому ограничению добычи, связанная с защитой окружающей среды, более глубокой, комплексной переработкой природного сырья, утилизацией отходов промышленного производства (техногенное сырье). В США объем добычи неметаллического минерального сырья и производства продуктов его переработки в 2000 г. составил 3,1 Гт на сумму 33,5 млрд долл. с эксплуатацией 11 тыс горных, обогатительных и перерабатывающих предприятий 6400 компаниями.

Роль неметаллических полезных ископаемых в геологической науке и практике в настоящее время может быть оценена, в частности, по факту регулярного проведения самостоятельных международных конгрессов (The Industrial Minerals International Congresses), рассматривающих проблемы, связанные с условиями образования и размещения неметаллических полезных ископаемых, их типизацией, минерагеническими формациями и провинциями, задачами по дальнейшему изучению минерального сырья, его комплексным использованием, экономической оценкой ресурсов, проблемами замены дефицитных видов сырья нетрадиционными. Следует отметить также ставших уже традиционными регулярные региональные конференции по неметаллам, проводимые в Европе, Северной Америке, Южной Африке и Китае.

Особую значимость неметаллическим полезным ископаемым придают задачи, связанные с производством минеральных удобрений, бурным ростом строительства (стройматериалы), ускорением научно-технического прогресса (новые виды стройматериалов, новые марки цементов, новые виды керамики и стекол как конструкционные материалы и др.) и охраной окружающей среды (материалы для очистки вод и атмосферы от загрязнения, утилизация отходов горнорудных, металлургических и топливно-энергетических предприятий как новый источник неметаллического сырья, глубокая, комплексная переработка всех видов полезных ископаемых и внедрение безотходных технологий). Наиболее активно эти задачи решаются в США, Канаде, Великобритании, Китае, Индии, ЮАР и в других странах.