Никелевые руды это рудные полезные ископаемые

Природные материалы, в составе которых содержится никель в количествах, позволяющих его извлекать с максимальной экономической выгодой, называются никелевыми рудами. Среди них выделяют два основных типа: сульфидные медно-никелевые и силикатные никелевые.

Никелевая руда образуется, как и другие руды, в результате остывания и кристаллизации магмы, содержащей в своем составе соединения металла.

Месторождения никелевой руды

Морфология рудных тел, геологические условия залегания, минеральный и вещественный состав руд, а также особенности их технологической переработки – в совокупности все это позволяет то или иное месторождение отнести к определенному классу.

В основном, никелевые месторождения подразделяются на:

1. Медно-никелевые сульфидные. Данный тип месторождений никеля встречается в Канаде (Томпсон и рудный район Сёдбери), Австралии (Камбалда), на территории стран СНГ (Норильское, Талнахское, Октябрьское, Мончегорское, Каула и т.д.);
2. Никелевые силикатные и кобальт-никелевые силикатные, а также оксидно-силикатные ферро-никелевые. Такие месторождения можно встретить, преимущественно, на Южном Урале, Побужье, а также в Кубе, Индонезии, Новой Каледонии, Австралии;
3. Медно-колчеданные;
4. Жильные сульфидно-арсенидные комплексные.

Последние два типа месторождений относятся ко второстепенным.

Стоит отметить, что железомарганцевые конкреции, располагающиеся на океанском дне, также можно рассматривать в качестве потенциального источника никелевых руд.

Образование руды в медно-никелевых сульфидных месторождениях происходит в несколько этапов. Изначально, существует однородный никеленосный расплав, который при определенных условиях разделяется на силикатный и сульфидный компоненты. Сульфидный расплав отличается своим большим весом, под действием которого происходит его оседание и концентрация в придонных частях интрузивов. Его кристаллизация происходит только после полного завершения силикатного расплава. Никеленосная магма поднимается по глубинным разломам, определяя геологическую позицию рудных районов и полей данного типа месторождений.

Рудные тела крупнейших месторождений отличаются своей пластообразной формой, которая, как правило, совпадает с направлением расслоенности интрузивных массивов. Также встречается жильная форма рудных тел, столбообразная или другая, более сложная, которая определяется разрывными нарушениями.

Отличительными характеристиками данного типа месторождений выступает наличие выдержанного минерального состава руд.

Для месторождений, относящихся ко второму типу, при образовании характерно выветривание серпентенитов, при котором разлагаются минералы, а также осуществляется передвижение некоторых подвижных элементов водными потоками в более низкие участки земной коры, где элементы образуют осадок в виде вторичных минералов.

Данные месторождения славятся большим количеством никелевых залежей, которые втрое больше, чем запасы никеля в сульфидных рудах. К наиболее масштабным месторождениям можно отнести те, которые расположены на территории Филиппин, Новой Каледонии, Индонезии, Австралии.

Месторождения, относящиеся ко второму типу, подразделяют на:

1. площадной коры;
2. линейно-площадной коры;
3. линейные;
4. имеющие сложную морфологию рудных тел.

Никелевая промышленость

Исторические источники свидетельствуют об использовании никеля еще в древние времена. Однако, его официальное открытие случилось только в середине 18 века – в 1751 году. Целое столетие, вплоть до конца 19 века, добыча никеля не была масштабирована и осуществлялась исключительно на территории определенных стран, к которым относятся Германия, Греция, Италия, Норвегия, Швеция. Только к 80-м годам 19 века отмечается более активная фаза развития никелевой промышленности, которая связана с разработкой крупных залежей в Новой Каледонии и канадского месторождения Садбери.

Никелевое производство в России было начато также в 19 веке. Первым найденным на территории РФ месторождением никелевых руд является Петровское месторождение, расположенное на территории Среднего Урала. Оно было обнаружено еще в начале 19 века, однако ошибочно было принято за месторождение руд медных. Но все попытки добыть из данного месторождения медь были тщетны, в связи с чем его забросили вплоть до 1855 года. Именно тогда одним из инженеров было определено наличие никеля в руде. Спустя некоторое время на протяжении целых четырех лет из данного месторождения удавалось извлекать порядка 60 тонн металлического никеля. К концу столетия было обнаружено еще ряд месторождений на Среднем Урале, к которым относятся Истокинское, Ивановское, Ургунское, Верхненейвинское.

Несмотря на интенсивное начало производства никеля на местном уровне, со временем разработка указанных месторождений была прекращена. Основными причинами этого являлись ограниченные разведанные запасы, а также конкуренция никеля, добываемого в Новой Каледонии и Канаде, который был существенно дешевле по цене. В начале 20 века был начат второй этап освоения никелевых залежей. Ему предшествовало обнаружение новых залежей металла. В это же время начинается строительство никелевых предприятий, первым из которых является Ревдинский завод, выплавивший в период первой мировой войны порядка 40 тонн никеля.

На территории СССР первое предприятие по производству никеля было открыто в 1933 году. Начиная с 1938 года, также запущены в эксплуатацию заводы «Североникель» и «Южуралникель», а в 1942 году с мощностей Норильского горно-металлургического комбината была получена первая партия никеля. После окончания второй мировой войны никелевые предприятия продолжают открываться. Так, запускаются в работу «Печенганикель», Побужский никелевый завод и комбинат «Тувакобальт».

В настоящее время никелевая промышленность продолжает успешно развиваться.

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:

1. Черные
2. Цветные
3. Драгоценные
4. 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.