Рудные нерудные полезные ископаемые что это такое
Вспомните: 1. Где применяются металлы? 2. Рудами каких металлов особенно богаты недра России?
1. Рудные полезные ископаемые. Другой вид минеральных ресурсов — рудные. Из них получают все необходимые металлы. Более 85 химических элементов относятся к металлам. Большинство из них используются в разнообразных хозяйственных целях. Металлы принято делить на черные, цветные, благородные, редкие и редкоземельные, радиоактивные. Наибольшую роль в хозяйственной жизни играют металлы двух первых групп: черные и цветные.
К черным металлам относятся железо, марганец, хром. Основной из черных металлов — железо. Марганец и хром используются в тысячи раз меньших количествах по сравнению с железом. В чистом виде железо применяется редко. Оно является основой для производства стали, которая, несомненно, является главным видом конструкционных материалов.
Железо — один из наиболее распространенных элементов в составе земной коры. Поэтому месторождений железной руды очень много. Они есть практически на всех материках. Однако больше половины всех мировых запасов железа сосредоточено в семи странах: в России, Украине, Бразилии, Австралии, США, Канаде и Индии.
Группа цветных металлов, пожалуй, самая большая по количеству металлов. К числу наиболее востребованных относятся алюминий, медь, олово.
Алюминий — самый распространенный металл в земной коре. Тем не менее он довольно поздно начал использоваться в хозяйственной деятельности. Только в конце XIX века научились извлекать алюминий из руды. Легкий, прочный, не подверженный коррозии металл нашел применение в авиации — фюзеляжи самолетов сделаны из сплава на основе алюминия. Он обладает высокой электропроводностью, поэтому широко применяется для изготовления кабелей высокого напряжения.
Алюминиевыми рудами являются несколько горных пород: бокситы, алуниты и нефелины. Наиболее ценными считаются бокситы. Основные месторождения алюминиевого сырья расположены в тропических странах. В Латинской Америке даже говорят об «алюминиевом поясе», проходящем через территорию Бразилии, Суринама, Гайаны и Ямайки. Кроме того, исключительно велики запасы алюминиевых руд в Австралии и Китае.
Медь используется человеком с глубокой древности, когда она была основой для производства главного металла Античности — бронзы. Сейчас находят применение главным образом электрические свойства меди. Фактически медь — основа электротехники.
Месторождения меди образуют два «медных пояса». Первый, «медный пояс» Африки (рис. 43), находится на территории Демократической Республики Конго и Замбии. Медь активно добывается здесь уже много десятков лет. По некоторым данным, запасы медных руд в этом поясе практически исчерпаны. Второй «медный пояс» находится на тихоокеанском побережье Америки, в Кордильерах и Андах. Протяженность «пояса» достигает многих тысяч километров. Наиболее богаты медью Канада, США, Мексика, Перу и особенно Чили. Вне этих поясов заметные запасы медных руд имеют еще около 80 стран. Среди них Россия, Китай, Казахстан, Финляндия, Франция, Индия и др.
Рис. 43. «Медный пояс» Африки
Олово — металл, гораздо менее распространенный в земной коре. Наибольшими запасами этого металла располагают тропические страны. Хотя оловоносные районы могут находиться и в более высоких широтах. Цепь крупных месторождений олова, протянувшаяся на тысячи километров вдоль тихоокеанского побережья Азии, позволяет говорить о существовании «оловянного пояса». Он проходит через территорию Индонезии, Малайзии, Таиланда, Мьянмы и Вьетнама. Иногда говорят о том, что «оловянный пояс» простирается далеко на север, поскольку на тихоокеанском побережье еще двух стран есть значительные месторождения этого металла. Речь идет о Китае и России. За пределами Восточной Азии крупными запасами олова располагают Бразилия, Боливия, Нигерия и ЮАР.
В число цветных металлов также входят цинк, никель, свинец и др.
Скопления месторождений некоторых металлов могут образовывать пояса, то есть линейные структуры, протянувшиеся на сотни и тысячи километров. Их называют металлогенетическими, или рудными, поясами. Возникновение их связано со специфическими для данного участка планеты процессами движения и остывания вещества при формировании земной коры.
2. Нерудные полезные ископаемые. Это большая группа горных пород и минералов, которую делят на строительные материалы, химическое сырье и техническое сырье.
Строительные материалы (камень, глина, песок) настолько распространены, что являются единственным видом неисчерпаемых минеральных ресурсов. Они есть практически везде. Поэтому особенности их географии не требуют пояснений.
К химическому сырью относятся полезные ископаемые, которые используются в химической промышленности, в том числе для получения минеральных удобрений. Это калийные и натриевые соли (среди них и поваренная соль), фосфориты, апатиты, сера и др. Химическое сырье широко распространено по всему миру. К числу стран, богатых различными его видами, относятся Россия, США, Китай и Канада. Калийных солей много в Беларуси, Германии, Бразилии, фосфоритов — в Казахстане, Марокко, ЮАР, Алжире, Австралии. Самородная сера имеет вулканическое происхождение, потому се месторождения связаны с современными и древними вулканическими районами. К таким районам относятся Украина, Италия, Туркмения, Ирак и др.
Что касается технического сырья, то список его достаточно велик. Наиболее ценным сырьем являются графит, алмаз, асбест. Крупнейшие производители алмазов — ЮАР, Намибия, Ботсвана — доминируют в алмазной промышленности, хотя список стран, располагающих месторождениями алмазов, более широк. В этот перечень входит и Россия.
3. Истощение минеральных ресурсов и возможное решение проблемы. Минеральные ресурсы обеспечивают потребности человечества в самых разных областях хозяйственной деятельности: строительстве, металлургии, химической промышленности, сельском хозяйстве и т.д. Полезные ископаемые имеют ряд общих черт: они не возобновляются. Вернее, они все-таки возобновляются, ведь геологические процессы, влияющие на их формирование, не прекратились. Но скорость этого процесса так мала, что современное поколение не может рассчитывать на пополнение запасов полезных ископаемых. По мере освоения месторождений запасы полезных ископаемых исчерпываются. Минеральные ресурсы распределены в земной коре неравномерно, подчиняясь определенным законам. Добытые минеральные ресурсы можно транспортировать на любые расстояния. Это позволяет решить проблему недостатка или отсутствия сырья в каком-либо регионе путем закупки его в других регионах. Увеличение запасов минерального сырья происходит за счет открытия и освоения новых месторождений. Правда, бесконечно это продолжаться не может.
Эти черты определяют и характер проблем, связанных с использованием минеральных ресурсов, В самом деле, независимо от ресурсообеспеченности все минеральные ресурсы рано или поздно закончатся в силу своей исчерпаемости и невозобновимости. И с этим ничего поделать нельзя. Однако можно снять остроту проблемы, отодвинув момент полного исчерпания какого-либо полезного ископаемого на столетия, а то и тысячелетия. Для этого существует целый комплекс мер, о которых мы поговорим чуть позже.
Главное, что человечество осознало проблему исчерпания ресурсов, признало ее серьезной и теперь активно ее решает.
ПОВТОРИМ ГЛАВНОЕ
- 1. В своей хозяйственной деятельности человек использует более 80 металлов. Они делятся на черные, цветные, благородные, редкие и редкоземельные, радиоактивные.
- 2. В наибольших количествах добывается и используется железо.
- 3. Некоторые цветные металлы образуют металлогенетические, или рудные, пояса.
- 4. Существует проблема неизбежного исчерпания запасов минерального сырья. Рациональное природопользование — один из способов снижения ее остроты.
ПРОВЕРИМ ЗНАНИЯ
- 1. Какие существуют виды рудных ископаемых?
- 2. Что такое металлогенетические пояса?
- 3. Какие бывают виды нерудных ресурсов?
А ТЕПЕРЬ БОЛЕЕ СЛОЖНЫЕ ВОПРОСЫ
- 1. Какие металлы наиболее распространены в земной коре?
- 2. Почему железо называют «черным металлом»?
- 3. Электропроводность меди лучше, чем у алюминия. Почему же провода высокого напряжения делают из алюминия?
- 4. Почему нельзя считать нерудные полезные ископаемые ресурсами «второго сорта»?
- 5. Какие особенности характерны для всех видов полезных ископаемых?
- 6. Как бороться с исчерпаемостью минеральных ресурсов?
ПОРАБОТАЕМ С КАРТОЙ
Найдите на карте наиболее значительные металлогенетические пояса мира.
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:
- Черные
- Цветные
- Драгоценные
- 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.