Неметаллические (нерудные) полезные ископаемые

Размещено на http://www.allbest.ru/

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ (НЕРУДНЫЕ) ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ



Лекция 1. (2 часа) Общие сведения. Алмаз, камнесамоцветное и пьезооптическое сырье

Общие сведения, промышленная классификация неметаллических полезных ископаемых. Алмаз: его свойства, применение в промышленности, промышленные типы месторождений, мировая добыча. Камнесамоцветное сырьё: классификация, промышленные типы и размещение месторождейний. Пьезооптисеское сырьё: кварц и исландский шпат. Их свойства, применение и типы месторождений.

Вопрос 1

Неметаллическими (нерудными) полезными ископаемыми называют минералы и горные породы использование которых не имеет целью получение из них металлов и в качестве топлива. Неметаллические полезные ископаемые отличаются большим разнообразием и насчитывают более 50 видов. Использование их в промышленности основывается на различных физических и химических свойствах, структурно-текстурных особенностях.

В зависимости от преимущественных областей применения они подразделяются на 3 группы: индустриальное сырьё, горно-химическое ,природные строительные материалы и сырьё для их производства.

К индустриальному сырью относятся: алмаз, камнесамоцветное и пьезооптическое сырьё, флюорит, графит, слюды, асбесты, тальк, магнезит, барит, цеолиты и др.

К горнохимическому - минеральные соли, фосфатное сырьё, серное и борное сырьё.

Природными строительными материалами являются разнообразные магматические, метаморфические и осадочные горные породы.

Роль и значение неметаллических полезных ископаемых трудно переоценить и практически невозможно найти отрасль промышленности или техники, где не использовалось бы неметаллическое сырьё.

В настоящее время по объёму производства и суммарной стоимости неметаллы занимают первое место среди всех других минеральных ресурсов.

Вопрос 2. Алмаз

Алмаз (С) является полиморфной модификацией углерода, кристаллизующейся в кубической сингонии. В природе алмаз встречается в виде кристаллов кубической и октаэдрической формы, а также в виде сростков. Алмаз является самым твёрдым из всех известных веществ и превосходит по абсолютной твёрдости корунд в 150 раз и кварц в 1000 раз. Сильный блеск и игра цвета у алмаза объясняются высокими показателем преломления и дисперсией. Для алмаза характерны совершенная спайность по октаэдру, хрупкость, высокая плотность, люминесценция в ультрафиолетовых и рентгеновских лучах, высокая теплопроводность. Он является диэлектриком, химически стоек- не растворяется ни в кислотах ни в щелочах. Алмаз бесцветен или окрашен в зелёный, голубой, желтый или чёрный цвет. Вес алмазов измеряется в каратах: 1 карат равен 0,2 грамма.

В зависимости от качества алмазы делятся на ювелирные и технические. К ювелирным относятся прозрачные бесцветные или красиво окрашенные кристаллы, из которых изготавливают бриллианты. К техническим относятся дефектные, непрозрачные или полупрозрачные, темноокрашенные кристаллы и их сростки.

Технические алмазы: борт, баллас, карбонадо и конго. Они используются для армирования буровых коронок, изготовления режущих инструментов и свёрл, для изготовления метчиков, твердомеров, фильеров, подшипников, износостойких покрытий в точных приборах, кювет и окошек в химическом производстве. Алмазные порошки используются для изготовления шлифовальных кругов, обрезных дисков, шлифовальных паст.

Основные геолого-промышленные типы месторождений алмазов.

I коренные:

1. кимберлитовый (трубки Мир, Юбилейная, Удачная, Нюрбинская - Якутия; Премьер - ЮАР);

2. кимберлит - лампроитовый (трубки им. Карпинского 1 и 2 - Архангельская область);

3. лампроитовый (трубки Аргайл - Австралия, Прейри-Крик-США, Карелия, Полярный Урал);

4. метаморфогенный (Кумбыкальское -Казахстан);

5. импактный - взрывной (Попигайское - Россия).

II Россыпные ( россыпи Намибии, Бразилии, ЮАР, Индии, бассейна р. Конго, бассейна р. Вилюй в Якутии).

В последние годы во многих странах налажено промышленное производство синтетических алмазов не уступающих по технологическим показателям. природным техническим алмазам .

Кимберлитовые месторождения алмазов относятся к магматическим и связаны с кимберлитовыми трубками взрыва. Они представляют собой вулканические жерла, уходящие на большую глубину и выполненные обломками ультраосновных пород сцементированными тонкозернистой плотной массой. Так рудник «Премьер» в ЮАР разработан до глубины свыше 1000 м. На долю их приходится около 80% всех природных алмазов в мире.

Лампроиты близки по генезису к кимберлитам, но отличаются содержанием щелочных компонентов.

Метаморфогенные и импактные месторождения в настоящее время не имеют большого практического значения и содержат только мелкие технические алмазы.

Россыпные месторождения - это продукт разрушения коренных кимберлитовых и лампроитовых тел. Из россыпей добывают сравнительно небольшое количество алмазов, но отличаются они значительно более высоким качеством.

Мировая добыча алмазов постоянно растёт: в 1970 г. она составила 33,5 млн.карат, в 2000 г. - 136 млн. карат стоимостью в 7,8 млрд. дол., а в 2004 г.- достигла 160 млн.кар. суммарной стоимостью 10,9 млрд дол.; повышается доля более качественных и дорогих алмазов.

Россия занимает первое место в мире по запасам и добыче алмазов. В 2004 году в России добыто 31,7 млн. кар. стоимостью 2,196 млрд.дол. Сырьевая база России сосредоточена в 3 алмазоносных провинциях: Республике Саха (Якутия), Архангельская область, Пермский край. На долю коренных месторождений приходится 95 % разведанных запасов.

Большая половина мировой добычи сосредоточена на Африканском континенте., где в 2004 году было добыто: в Ботсване - 31,1 млн.кар., Республике Конго -27 млн. кар. , в ЮАР - 14,2 млн. кар., Намибии -2,1 млн. кар, ,Анголе -8,0 млн. кар. Кроме этого в Канаде добыча составила 11,8 млн. кар. и в Австроалии - 20,6 млн. кар.

Вопрос 3. Камнесамоцветное сырьё

К камнесамоцветному сырью относятся минералы обладающие красивым цветом, сильным блеском, высокой прозрачностью, оригинальным рисунком, высокой твёрдостью и химической стойкостью. Они подразделяются на ювелирные и поделочные.

Классификация ювелирных камней по П.М. Татаринову.

I класс: алмаз, рубин, сапфир, изумруд, александрит.

II класс: топаз, аквамарин, берилл, турмалин, пироп, циркон, благородный опал, аметист.

III класс: горный хрусталь, дымчатый кварц-раухтопаз, цитрин, морион, хризолит, гематит.

Наиболее ценными являются камни 1 класса, стоимость которых может составлять более 10 000 долл. за карат

К поделочным камням относятся минералы и горные породы обладающие декоративными свойствами - малахит, азурит, нефрит, лазурит, амазонит, лабрадор, родонит, халцедон и опал со всеми разновидностями, пестрые яшмы, серпентинит, мраморный оникс, флюорит, граниты, мраморы и др.

Месторождения ювелирных и поделочных камней имеют различный генезис. Магматогенными являются месторождения алмаза (Якутия -Россия, ЮАР, Ботсвана, Австралия и др.), рубина и сапфира (Индия, Шри-Ланка, Бразилия и др.) Постмагматическими являются месторождения изумрудов (Колумбия, Бразилия, Урал -Россия) и большинство камней 2 класса. Метаморфогенными могут быть месторождения гранатов, рубина, шпинели, лазурита, родонита, нефрита, яшм. В экзогенных условиях образуются месторождения малахита, азурита, опала, бирюзы и многочисленные россыпи ювелирных камней.

Пьезооптическое сырьё.

К пьезооптическим минералам относятся кварц, исландский шпат и оптический флюорит.

Вопрос 4. Пьезокварц и оптический кварц (SiO₂)

Химические, физические и технологические свойства: кристаллы тригональной сингонии, высокая твёрдость, прозрачность, в т.ч. в ультрофиолетовой и инфракрасной частях спектра, термостоек, пьезоэлектрик, , высокая температура плавления (1710°С), химически стоек и растворяется только в плавиковой кислоте, высокопрочен. Сущность пьезоэлектрического эффекта кристаллов кварца заключается в том, что при сжатии или растяжении пластинки, выпеленной параллельно двойной оси , на ее концах возникают электрические заряды разного знака, а при воздействии электрического тока она начинает упруго колебаться. Величина возникающего заряда прямо пропорциональна сжимающему усилию.

Применение в промышленности.

Действие целого ряда приборов и устройств электро- и радиотехники, гидроакустики, ультразвуковой техники основано на использовании пьезоэлектрических свойств кристаллов кварца. Пьезокварц широко применяют в качестве стабилизатора частот электромагнитных колебаний, в аппаратуре многоканальной телефонной связи, в приборах для измерения давлений (в орудийных стволах и т.п.). Наибольшее распространение получили пьезокварцевые резонаторы.

В оптике используют высокую прозрачность кристаллов кварца, особенно для ультрафиолетового диапазона, двупреломление и способность к вращению плоскости поляризации света. Из кварца изготавливают оптические линзы различного назначения, поляриметры, призмы для спектрографов, окошки для ультрафиолетовой оптики поляризационных микроскопов, сахариметров, поляриметров и др.).

Прозрачные и красиво окрашенные разновидности (аметист, цитрин, морион, горный хрусталь) применяются в ювелирном деле.

Плавленый кварц используется в электротехнической, электронной, химической, металлургической, машиностроительной, оптико-механической, радиотехнической, авиационной промышленности, в приборостроении.

Генетические типы промышленных месторождений.

Выделяют три генетических типа промышленных месторождений пьезооптического кварца. К первому типу относятся хрусталеносные камерные пегматиты, из которых добывают самые крупные кристаллы. Значительные месторождения имеются в Бразилии, Китае, Монголии.

Основной промышленный тип месторождений пьезооптического кварца -гидротермальные хрусталеносные кварцевые жилы. -. К данному типу относят наиболее крупные месторождения пьезооптического кварца с сырьем максимально высокого качества. Эти же объекты являются наиболее распространенными на территории России ( Урал, Восточная Сибирь).

Россыпные месторождения пьезооптического кварца, преимущественно элювиально-делювиальные, в России известны на Южном Урале. В основном они связаны с зонами переотложения известных коренных месторождений горного хрусталя (районы Астафьевского и Теренсайского месторождений).

За рубежом наиболее крупными месторождениями природного пьезооптического кварца располагают Бразилия (мировой поставщик пьезокварца), Мадагаскар, Китай; более мелкие месторождения известны в Монголии, США, Сомали и др. В ближнем зарубежье промышленными месторождениями пьезокварца обладают Украина, Казахстан, Таджикистан.

В настоящее время потребность промышленности в пьезооптическом кварце удовлетворяется на 97% синтетическими кристаллами кварца. Для выращивания крупных кристаллов пьезооптического кварца используются затравочные пластины изготовленные из природных кристаллов класса «экстра».

Вопрос 5. Исландский шпат (СаСО₃)

Основные свойства: бесцветный или окрашен в различные цвета, прозрачный, высокое двупреломление, пропускает ультрафиолетовые лучи, люминесцирует при воздействии катодного, ультрафиолетового и рентгеновского облучения, хрупок, растворим в воде и кислотах, твердость 3. Благодаря ярко выраженной способности к двойному лучепреломлению и высокой прозрачности для ультрафиолетовых и обычных световых лучей исландский шпат широко применяют в оптико-механической промышленности. Из него изготавливают поляризационные, двупреломляющие и полутеневые призмы, лучеразводящие цилиндры и пластины, бифокальные линзы, детали полярископов, поляриметров, фотометров, интерферометров, поляризационных микроскопов. Всего подобных приборов насчитывают более 200.

Кроме традиционных областей применения, оптический кальцит опробуют в новых областях науки и техники: в квантовой электронике, оптотронике и астрофизике. Устройства с использованием исландского шпата являются неотъемлемой частью лазеров, оптико-электронных вычислительных машин и других систем, имеющих существенное значение для современной техники и исследования космоса.

Промышленные типы месторождений исландского шпата.

Из 32 месторождений исландского шпата России лишь половина учтена Государственным балансом. Все они расположены в пределах Сибирской кальцитоносной трапповой провинции. Три разрабатываемых месторождения (Столбовое, Крутое и Бабкинское), содержат 70% запасов оптического кальцита. Месторождения такого типа известны в Исландии, в ЮАР.

Менее значимыми являются месторождения представленные жилами и зонами дробления в карбонатных породах (Северный Кавказ, Тува, Памир, Казахстан).

В связи с дефицитом природного сырья в настоящее время осуществляется гидротермальный синтез кристаллов исландского шпата. В качестве шихты используются обломки природных кристаллов.

Оптические свойства флюорита будут рассмотрены в другой лекции.

Литература: [2]c179-234; [3] с12-42, 92-105, 127-133; [4]с 349-355, 375-396; [1]; [6]; [26-28]; [70].



Лекция 2. (2 часа) Флюорит, графит, магнезит, барит

Основные свойства, области применения, промышленно-генетические типы месторождений, ресурсы минерального сырья.

Вопрос 1. Флюорит (плавиковый шпат)

Флюорит (CaF₂)в природе встречается в виде кристаллов и зернистых агрегатов.. Физические и технологические свойства: сингония кубическая, оптически изотропен, прозрачен, имеет низкий показатель преломления, способен пропускать ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, химически стоек, спайность совершенная, твердость 4, люминесцирует в катодных и ультрафиолетовых лучах, имеет высокую радиационную устойчивость, цвет разнообразный (от бесцветного до темно-фиолетового).

Бесцветные прозрачные кристаллы флюорита являются оптическим сырьём. Оптический флюорит используется в объективах ультрафиолетовых микроскопов, призменной оптике, вакуумных приборах, приборах инфракрасной термографии, в приборах ночного видения, астрономии, космической технике, силовой и квантовой оптике. Новым направлением использования кристаллов является изготовление объективов для производства микрочипов. В настоящее время в качестве оптического сырья в основном используются кристаллы, получаемые методом гидротермального синтеза. Основным мировым производителем искусственных кристаллов флюорита является Германия.

Основная масса флюорита используется как техническое сырьё Технический флюорит используется в химической промышленности для получения плавиковой кислоты и других соединений фтора (60% потребления), в металлургии в качестве флюса, в стекольной, керамической, цементной, фармацевтической промышленности,, при производстве синтетических моющих средств, особых сортов пластмасс и т.д.

Генетические типы промышленных месторождений.

1. Пегматитовый - оптический флюорит, горный хрусталь, топаз, берилл (Волынское месторождение на Украине, ряд месторождений Казахстана);

2. Гидротермальный - в кварцево-халцедон-флюоритовых жилах и карбонатных породах, в грейзенах, скарнах, карбонатитах (Вознесенское и Колангуйское -Россия,: Солнечное - Казахстан);

По содержанию сопутствующих компонентов промышленные месторождения флюорита делятся на: флюорит-кварцево-халцедоновые; флюорит-редкометальные, флюорит-редкоземельные, флюорит- полиметаллические, барит - флюоритовые, флюорит - карбонатные. Разработка этих месторождений ведется одновременно на несколько видов сырья.

По данным на 1998 год добыча плавикового шпата велась в 32 странах и составила 4,7 млн. т. Лидерами по производству флюоритового концентрата являлись КНР ( 54,2% объёма мирового производства), Мексика и ЮАР. Более половины потребляемых в мире концентратов приходится на промышленно развитые страны, среди которых ведущее место занимают Япония, КНР и США.

Вопрос 2. Графит (С)

Единственный минералообразующий элемент графита - углерод. Свойства графита зависят от его кристаллической структуры. В отличие от алмаза она имеет слоистое строение. В связи с низкой твердостью и весьма совершенной спайностью графит легко оставляет след на бумаге, жирен на ощупь. Эти свойства графита обусловлены слабыми связями между атомными слоями. Графит имеет низкую удельную теплоемкость и высокую температуру плавления (3850° С). Благодаря этому, графит обладает чрезвычайно высокой огнеупорностью. Кроме того, он хорошо проводит электричество и тепло, не уступая по этим свойствам ряду металлов, устойчив при воздействии многих кислот и других химических реагентов, легко смешивается с другими веществами, отличается малым коэффициентом трения, высокой смазывающей и кроющей способностью. Все это привело к уникальному сочетанию в одном минерале важных свойств. Поэтому графит широко используется в промышленности.

Графитовые руды подразделяются на явнокристаллические (плотнокристаллические и чешуйчатые) и скрытокристаллические. Содержание углерода в минеральном агрегате (концентрате) определяет качество графита.

Благодаря своим уникальным свойствам графит находит применение в различных отраслях промышленности. Он широко используется в качестве огнеупорного материала, который в основном (до 70%) потребляется в черной и цветной металлургии. Как электропроводящий и химически стойкий материал графит применяется в электротехнике, химической и нефтехимической промышленности; в качестве смазочного материала - в машиностроении, где используется для смазки трущихся деталей машин и приборов, а также при обработке металлов давлением. Находит применение графит также в производстве строительных материалов, красок и т.п.

В литейном производстве применяют в составе формовочных смесей, для присыпок, натирки стержней. Наиболее графитоемким является производство огнеупорных кирпичей и плавильных тиглей для выплавки особых сталей, цветных и благородных металлов.

В электротехнической промышленности графит используется для изготовления электродов, щелочных аккумуляторах. Одной из традиционных областей применения природного графита является производство карандашей.

Используется графит при производстве резины, копировальной бумаги, синтетических алмазов. В атомной промышленности из графита изготавливаются блоки и детали ядерных реакторов

В России и за рубежом основными потребителями графита являются металлургия, машиностроение, электротехника, химия и нефтехимия, карандашное производство.

Промышенно-генетические типы месторождений графита.

Выделяют 4 типа месторождений графита:

1. Магматические месторождения. Небольшие по запасам, но содержат высококачественный, плотнокристаллический графит ( Черемшанское и Миасское месторождения на Урале);

2. Контактово-метасоматические, в зоне контакта интрузий с карбонатными породами, Сравнительно небольшие, но с высококачественным, плотнокристаллическим графитом (Ботогольское месторождение в Бурятии).

3. Метаморфические в гнейсовых комплексах, Крупные месторождения кристаллического. Чешуйчатого графита ( Тайгинское и Мурзинское -Россия, Завальевское - Украина).

4. Метаморфические в зоне контакта каменных углей с магматическими породами. Крупные месторождения скрытокристаллического графита ( Ногинское и Курейское - Россия)

Мировые извлекаемые запасы графита всех разновидностей оцениваются в 1500 млн. т, а его мировое производство (добыча) (тыс.т) составляло в 1990 г. - 669, в 1991 г. - 621; крупными производителями графита являются КНР (185), Южная Корея (101), Украина (48,3), Россия (46,5), Австрия (39,4), Мексика (37). В 2000 году производство наиболее ценного кристаллического графита в мире составило 478,8 тыс т.: из них в Китае -200 тыс. т.; в России - 7,45 тыс. т.,что не обеспечивает потребностей страны.



Вопрос 3. Магнезит MgCO₃ и брусит Mg(OH)₂

Высокомагнезиальные минералы, представленные в месторождениях кристаллической и скрытокристаллической разновидностями.

При обжиге до температуры 600-1000^°С магнезит превращается в «каустический магнезит», который входит в состав магнезиального цемента, обладающего гидравлическими вяжущими свойствами. Магнезиальный цемент используется для производства строительных, отделочных, термо- и звукоизоляционных материалов. При обжиге до температуры 1450-1800°С он переходит в искусственный периклаз ( MgO) с температурой плавления 2800°С. Он абсолютно инертен к воде и углекислому газу, является ценным огнеупором и применяется для наварки пода и стенок металлургических печей, для изготовления магнезитовых кирпичей, магнезитовых стаканов для сталелитейного, сернокислотного и цементного производства. Он также используется для получения металлического магния, удобрений и ядохимикатов.

Брусит менее распространён в природе чем магнезит ,но образует более качественные руды, перерабатываемые с меньшими энергетическими затратами. Переход брусита в периклаз происходит при 450°С.

Промышленные типы месторождений магнезита и брусита пространственно и генетически тесно связаны с магнезиальными карбонатными и силикатными породами. Основными типами месторождений являются следующие:

1. Гидротермальные магнезитовые месторождения, приуроченные к мощным толщам метаморфизованных карбонатных пород, содержащих пласты доломитов, известняков и глинистых сланцев. Этот тип представлен крупными месторождениями, имеющими большое промышленное значение (Саткинская группа месторождений на Урале).

2. Инфильтрационные, связанные с корами выветривания по ультраосновным породам. Они образуют как крупные по масштабам месторождения (,Сыростанское, Шабровское - Россия;) так и мелкие ( Халиловское -Урал).

3. Осадочно-морской и озёрный. ( Куйбышевское, Саратовское).

4. Контактово-метаморфические месторождения брусита и бруситовыхмраморов Месторождения брусита промышленного масштаба крайне редки, и в мире их насчитывают единицы (в США, Канаде, Италии, Югославии). В России имеется одно месторождение - Кульдурское (Еврейская АО) с запасами около 4,5 млн. т.

Мировые общие запасы кристаллического магнезита составляют 12-13 млрд т, в том числе подтвержденные - 2,8 млрд. т. Крупнейшими запасами располагают Россия, Корея, КНДР и Китай, где сосредоточено около 80% общемировых запасов магнезитов этого типа. Магнезит коры выветривания ультрамафитов известен в Югославии (Центральная Сербия), Греции, Турции, Польше, на Кубе и в др. Запасы магнезита в коре выветривания составляют 10-15 млн. т при его содержании до 20%.

По количеству разведанных запасов магнезита Россия занимает одно из первых мест в мире (38% общемировых), 98,8% запасов сосредоточено в Челябинской области, Красноярском крае и Иркутской области. Суммарные балансовые запасы крупнейших в России месторождений Саткинскои, Удерейской групп и Савинского по промышленным категориям составляют 518 млн. т или 59,9% всех запасов РФ.

Мировая добыча магнезита в 2000 году составила 10,8 млн т в год. Ведущими добывающими странами являются Россия, Китай, Корея, Словакия. В 2000 году в России добыто около 2 млн. т. магнезита, в Китае - 2,4 млн. т. Из морской воды ежегодно получают 2-2,5 млн т MgO.

Основными потребителями плавленого периклаза являются Япония, страны Западной Европы, США. Ведущие экспортеры спеченных периклазовых порошков - Корея, Китай, Словакия, Россия. Ведущие экспортеры каустического магнезита - Корея, Греция, Испания, Китай, США; импортеры (они же основные потребители) - США, Германия, Франция, Великобритания.

Вопрос 4 .Барит (BaSO₄) и витерит (BaCO₃)

В природе барит встречается в крупно- и мелкозернистых агрегатах и очень редко образует крупные прозрачные кристаллы (оптический барит). Барит .имеет высокую плотность , поэтому его называют тяжелым шпатом, хрупок. Химически чистый барит характеризуется высокой белизной ( эталон белизны), инертностью и безвредностью, высокой поглотительной способностью по отношению к жесткому рентгеновскому и гамма-излучению. Барит нерастворим в воде и сильных кислотах.

Витерит имеет одинаковые с баритом физические, но резко отличающиеся химические свойства. Он относительно легко растворяется в углекислых водах и слабых кислотах, ядовит. В месторождениях встречается совместно с баритом.

В качестве утяжелителя буровых растворов барит используется при бурении скважин в нефтяной и газовой промышленности.

В качестве наполнителя молотый барит применяется в лакокрасочной, резиновой, бумажной, стекольной, цементной, строительной промышленности, в производстве пластмасс, керамики, в металлургии, медицине, ядерных реакторах.

Кусковой барит используется в химической промышленности для производства различных барийсодержащих соединений, которые используются в сельском хозяйстве, в производстве искусственных цеолитов, текстильной и кожевенной промышленности, сталелитейном деле, в производстве оптических стекол, при изготовлении магнитов, в электропечах, в сахарной промышленности, радио- и электротехнике, в производстве медикаментов, витаминов, гормонов и коагулянтов крови, для изготовления люминофоров, в сварочных флюсах.

Соединения бария широко используются в материалах для защиты от радиоактивного и рентгеновского излучения, в производстве сегнетоэлектриков.

Барит образуется в экзогенных и гидротермальных условиях, формирует самостоятельные месторождения жильного (Белореченское месторождение), стратиформного (Толченское , Хойлинское -Россия) и остаточного (Медведевское -Россия)) типов; в качестве основного жильного минерала он широко распространен в рудах сульфидов цветных металлов (Миргалимсайское - Казахстан), флюорита, реже в месторождениях редкометалльной группы и благородных металлов (Au, Ag).

Мировые запасы барита по 58 странам оценивались на начало 1994 г. в 640 млн. т. Лидирующими в мировой добыче странами являются Китай, Казахстан, Индия, Марокко. В 2000 году в мире было добыто 5,89 млн.т. барита, из них в Китае 3,30 млн.т., в США - 0,66 млн.т., Марокко- 0,35 млн.т.. в России - 0,035 млн.т., что не обеспечивает потребностей страны.

Крупнейший потребитель барита - США (порядка 55% мирового потребления), значительно потребление и в таких странах как Мексика, ФРГ, Франция, Великобритания.

Цены на барит варьируют в зависимости от качества продукции. В 1994 г. они составляли от 38 до 300 дол. за тонну. Главные импортеры: США, ФРГ, Великобритания; экспортеры - Китай, Ирландия, Турция.

Литература:[4]с420-428, 359-365, 477-483; [3]с105-127, 45-52, 84-92; [2]c 109-149,158-167; [29-32].



Лекция 3. (2 часа) Асбесты, слюды, тальк и цеолиты

Основные свойства, области применения, промышленно-генетические типы месторождений, ресурсы минерального сырья

Вопрос 1. Асбесты

Асбестами называют группу минералов, обладающих способностью расщепляться на тонкие волокна. По минеральному составу они делятся на две группы: хризотил-асбесты и амфибол-асбесты. Самый важный в промышленном отношении - хризотил-асбест является волокнистой разновидностью серпентина. В группу амфибол-асбестов входят антофиллит, амозит-, крокидолит-, актинолит-, родусит-асбест и др., являющиеся волокнистой разновидностью амфиболов. В природе асбест встречается в виде поперечно-волокнистых, продольно-волокнистых и спутанно-волокнистых агрегатов.

Асбест способен к почти неограниченному расщеплению, при этом сохраняя высокую механическую прочность и эластичность волокон. К свойствам асбеста, определяющим его промышленную ценность, относят распушиваемость, эластичность, прочность на разрыв, огнеупорность, кислото- щёлочестойкость, сорбционную способность. Так хризотил-асбест имеет температуру плавления 1521°С, амфибол-асбесты - от 1193°С (крокидолит) до 1468° С (антофиллит-асбест). Амфибол-асбесты отличаются высокой устойчивостью к кислотам и щелочам. Хризотил-асбест по сравнению с амфибол-асбестами мало устойчив к воздействию кислот, но он щёлочеустойчив, отличается высокими сорбционными, тепло- звуко- и электроизоляционными свойствами.

Основное промышленное значение имеет хризотил-асбест и его производство достигает 98% от общемирового производства асбеста. Основное количество асбеста идёт на производство асбоцементных (трубы, кровельные плитки, шифер), асбестобитуминозных (при производстве асфальта и бетона). Лучшие длинноволокнистые сорта применяют в текстильной промышленности для производства огнестойкой одежды, уплотняющих прокладок, тормозных лент и т.д. Асбест используют для производства электроизоляционных, термоизоляционных материалов, в чёрной металлургии для получения железорудных окатышей, в производстве асбестового картона. Крокидолит - хороший материал для изготовления фильтров, используемых при очистке воздуха от радиоактивной пыли.

Выделяют четыре главнейших геолого-промышленных типа месторождений асбеста.

1. Линзо- и трубообразные залежи с хризотиловой минерализацией в серпетинизированных ультрабазитах. К нему относятся все крупные месторождения Урала (Баженовское, Киембаевское), многие месторождения Сибири (Актовракское, Саянское), месторождения Сев. Кавказа (Лабинское, Карачаевское).

2. Пластовые и жилообразные зоны серпентинизации с хризотиловой минерализацией в метаморфизованных магнезиальных карбонатных толщах. Встречаются значительно реже и по масштабу невелики (Аспогашское м-е)

3. Пластовые жилы с крокидолитом и амозитом в железистых кварцитах (м-я в Южной Африке).

4. Гнездо-, линзо- и штокообразные тела с антофиллитом в в метаморфизованных ультрабазитах.( Сысертское м-е Ср. Урала).

Мировые запасы хризотил-асбеста (без стран СНГ) составляют 250 млн т, в том числе подтвержденные - не менее 180 млн т, а производство волокна - около 2 млн т. Наибольшими запасами и производством хризотил-асбеста обладают Канада, Китай, США, Зимбабве, Италия, Бразилия, Греция, ЮАР.

Россия обладает крупнейшей в мире сырьевой базой хризотил-асбеста, запасы которого размещены в месторождениях Урала и Сибири, составляя по промышленным категориям 110,8 млн. т и категории С2 18,6 млн т волокна. Производство асбеста в 1996 г. составило 0,428 млн. т.

Из стран СНГ существенную сырьевую базу хризотил-асбеста имеет Казахстан (общие запасы -13,4 млн. т, производство волокна - 0,5 млн. т.)

Мировые запасы и запасы отдельных месторождений антофиллит-асбеста, как и других амфибол-асбестов, на два порядка меньше, чем хризотил-асбеста.

Наиболее крупные месторождения антофиллит-асбеста с запасами 150 тыс.т известны в Финляндии, более мелкие в США, Бразилии, Кении и других странах. Наибольшее годовое производство антофиллит-асбеста достигало в Финляндии (более 10 тыс.т). В странах СНГ месторождения антофиллит-асбеста разведаны в Казахстане. В России имеется крупная сырьевая база антофиллит-асбеста на Среднем Урале (с запасами 120 тыс. т волокна).

Амозит-асбест образует крупнейшие месторождения по сравнению с другими амфиболами. В месторождениях ЮАР его общие запасы составляют 3,0 млн т. Годовое производство - 26 тыс. т волокна.

В месторождениях ЮАР общие запасы крокидолит-асбеста составляют 2,55 млн т. Производство волокна находится на уровне 11 тыс. т в год.

Родусит-асбест образует наиболее крупные запасы в Боливии, известны в Центральном Казахстане, а в России - в Красноярском крае.

Вопрос 2. Слюды

В группу слюд входит большое число минеральных видов. Из них наиболее промышленно-ценные слюды- крупнокристаллические мусковит и флогопит. Применение в промышленности обусловливается следующими их свойствами: 1) способностью, благодаря весьма совершенной спайности расщепляться на тончайшие ровные листки ( вплоть до толщины в несколько мкм ); 2) высокой механической прочностью и гибкостью даже очень тонких листов слюды; 3)исключительно высокими электроизоляционными свойствами; 4)химической стойкостью и влагостойкостью; 5) термической стойкостью; 6) прозрычностью (и почти полной бесцветностью в тонких пластинках); 7) высоким двупреломлением.

Слюда широко используется в промышленности, сельском хозяйстве, транспорте, в быту и других сферах потребления.

Мусковит. Области использования листового и нелистового мусковита во многом сильно отличаются. До 80% листовой слюды идет на нужды электроники и электротехники для производства высококачественных,-конденсаторов, применяется в аппаратуре для авиационной и ракетной техники, в атомных установках; используется в телевизионной технике, радиолокационных станциях, для изготовления смотровых окон котлов высокого давления и других резервуаров, в медицинской технике, в лазерных приборах.Всего в развитых странах ежегодно расходуется более 12 тыс.т. листового мусковита. Самые крупные потребители - Россия, США, Япония, Великобритания, Франция, ФРГ. Из них только Россия имеет и использует собственную сырьевую базу.

Нелистовой мусковит в дробленом или молотом виде применяется в электротехнике, цементной, резиновой и лакокрасочной промышленности, производстве шин, пластмасс, гидроизоляционных материалов и др. Годовая мировая добыча и переработка этого сырья составляет 200-220 тыс.т,

Флогопит. Используется в производстве электроизоляционных изделий разного назначения, для изготовления смотровых окон промышленных печей и бытовых приборов, в производстве рубероида, специальной бумаги, резинотехнических изделий, применяется при изоляции зон поглощения и цементирования нефтяных и газовых скважин в качестве инертного наполнителя буровых и цементных растворов.

Вермикулит (гидрослюда). Главным промышленным свойством вермикулита является его способность вспучиваться при нагревании с увеличением объёма в 8-10 раз. Используется в строительстве для производства теплоизоляционных бетонов, теплоизоляционных изделий. Большое применение вермикулит получил при изготовлении огнезащитных плит, при разливке и прокате стали, для улавливания цветных металлов в сточных водах металлургических комбинатов. Как тепло- и звукоизоляционный материал вермикулит используется в авиационной и автомобильной промышленности, в холодильниках. В растениеводстве - в гидропонике, мелиорации

Промышленно-генетические типы месторождений мусковита:

1. Пегматитовый (Мамско-Чуйские месторождения, Карелия и Мурманская область - Россия; Бразилия, Индия, США);

2. Грейзеновый (Спокойнинсское месторождение в Читинской области - Россия);

3. Метаморфический (Кулетское месторождение - Казахстан);

Промышленно-генетические типы месторождений флогопита:

1. Скарновый (Алданские месторождения);

2. Карбонатитовый (Ковдорское месторождение в Мурманской области)

Промышленные месторождения вермикулита связаны с зонами выветривания месторождений флогопита и биотита (Ковдорское месторождение - Россия, Каратасское месторождение - Казахстан).

Мировые прогнозные ресурсы мусковита оцениваются в десятки миллиардов тонн. Наибольшим разведанным и прогнозным потенциалом обладают Индия, Россия, Бразилия, их разведанные и прогнозные ресурсы листового мусковита составляют около 10 млн т, что больше, чем во всех остальных государствах мира.

Россия располагает четырьмя флогопитоносны-ми районами с суммарными запасами 8,4 млн т, в том числе 92,3% - в Ковдорском месторождении (Кольский п-ов). Значительным сырьевым потенциалом флогопита обладают Канада, Малагасийская Республика, КНДР.

Мировые запасам вермикулита составляют порядка 200 млн т. Суммарные запасы вермикулита России составляют 47 млн т, из которых 43 млн т сосредоточено в Ковдорском месторождении.

Вопрос 3. Тальк и пирофиллит

Тальк - гидросиликат магния. Пирофиллит - гидросиликат алюминия.

Они сходны по физическим, технологическим свойствам: 1) низкая твердость; 2) высокая сорбционная способность; 3) относительно кислото - и щелочеупорный; 4) низкие тепло и электропроводность; 5) термостойкость, 6) низкая гигроскопичность.

В зависимости от содержания талька выделяют талькиты и тальковые камни.

Порошковый тальк используется как инертный наполнитель в производстве всевозможных красок, пластмасс, бумаги, резины, разнообразных химических и медицинских препаратов. Тальк входит в состав шихты для производства различных видов керамики: кровельной черепицы, облицовочной плитки, фарфора, технической и бытовой посуды, электроизоляционного фарфора. В парфюмерной и фармацевтической промышленности - для производства пудры и присыпок, мыла, зубной пасты, в качестве наполнителя для таблеток.

Кусковой тальк используется в производстве газовых горелок для маяков, плавильных тиглей в металлургии, для изготовления различных радиодеталей. Тальковый камень идёт на изготовление огнеупорного кирпича для футеровки металлургических, стеклоплавильных и цементных печей, электроизоляционных щитов.

Пирофиллит обладает более высокой огнеупорностью, поэтому его ос новное назначение - футеровка внутренних стенок разливочных ковшей в сталелитейном производстве.

Геолого-промышленные типы месторождений талька: 1.Гидротермально-метасоматические месторождения в зоне контакта с кислыми интрузиями магнезитов (Онотское м-е), доломитов (Светлоключское и Бироканское), ультраосновных пород (Шабровское, Сыростанское). 2.Месторождения, образующиеся при региональном метаморфизме алюмо-магнезиальных осадочных пород ( Урал-Дача, Дуневское). 3.Месторождения, образующиеся при выветривании оталькованных доломитов (Алгуйское, Киргитейское ).

Промышленные месторождения пирофиллита представляют собой продукты гидротермальной переработки кислых вулканических пород (Каменское, Чистогоровское месторождения).

Мировые запасы талька и пирофиллита оцениваются в 1 млрд. т. В России промышленные запасы талька составляют более 26 млн. т., талькового камня - превышают 130 млн. т. Наибольшее количество запасов талька сосредоточено в Западной Сибири(52,4%), Восточной Сибири (19,3%), на Урале.

Ежегодное мировое производство талька составило в 2000 году 8,4 млн т Ведущими странами по производству талька являются: Китай (2300 тыс.т.) , США (1060 тыс. т.), Финляндия (350 тыс. т.),Ведущими по добыче пирофиллита - Япония (1000 тыс. т.), Корея, Бразилия, Индия.

В России добыча талька и талькового камня не превышает 350 тыс. т., а производство талька в 2000 г. составило 16,1 тыс. т. Разрабатываются Онотское м-е талька в Иркутской области и 2 месторождения талькового камня - Шабровское и Сыростанское.

Вопрос 4.Цеолиты

Цеолиты это водные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов, обладающие открытой каркасно-полостной структурой. Особенностью этой структуры является то, что во внутрикристаллическом пространстве имеется система, соединённых каналами между собой и окружающей средой микрополостей, в которых располагаются обменные катионы и молекулы воды. Последние при определённых условиях ( например при нагревании) могут быть частично или полностью удалены, а затем вновь присоединены или заменены без нарушения кристаллического каркаса. Это и определяет их промышленную ценность.

Всего известно более 40 природных и около 150 искусственных аналогов цеолитов. Промышленные концентрации образуют только 5-6 видов природных цеолитов. Наиболее промышленноценными являются: клиноптилолит, морденит, шабазит, анальцим. Эти цеолиты являются молекулярными ситами.

Цеолиты применяются в различных областях:

1. В области охраны и оздоровления окружающей среды для очистки газовых отходов предприятий от оксидов серы, азота и углерода, аммиака и сероводорода, промышленных сточных вод от ионов аммония, токсичных и радиоактивных металлов (Hg, Pb, Zn, Cd, Ce, Sr, Rb, U), а также для очистки вод нефтепереработки, питьевого и промышленного водоснабжения.

2.В промышленности: а) для осушки и очистки газов, жидкостей и хладоагентов (б) для разделения кислорода и азота воздуха; в) являются высокоэффективными катализаторами при крекинге нефти; г) в производстве высококачественной бумаги; д) при изготовлении особо эластичной резины; е) при разделении металлов и получении особо чистых их солей; ж) в качестве гидравлической добавки к портландцементам.

3. В сельском хозяйстве: а) в растениеводстве - внесение в почву цеолитов приводит к стабильному повышению урожайности это объясняется тем, что цеолиты длительное время удерживают в почве влагу и внесенные вместе с ними удобрения, нейтрализуют кислые почвы, улучшают структуру почв, поглощают токсичные металлы; б) в животноводстве и птицеводстве в качестве кормовых добавок, а также в качестве дезодораторов помещений.

Промышленные типы месторождений цеолитов.

Крупные концентрации цеолитов, имеющие практическую ценность, образуются в основном в результате диагенстических или гидротермальных процессов. Выделяют три промыш-ленно-генетических типа цеолитовых месторождений, в большинстве из которых цеолиты образовались путем замещения вулканического стекла разного состава, образуя пласто- и линзообразные залежи:

1. Осадочный - Власовское, Хотынецкое месторождения (Россия).

2. Вулканогенно-осадочный - Хонгуруу, Шивыртуйское (Россия),

3. Вулканогенный гидротермально-метасоматический - Холинское, Чугуевское (Россия).

Мировые запасы цеолитового сырья оценивают в несколько десятков миллиардов тонн. Из них основная часть приходится на США, Японию и страны СНГ (по 10-20 млрд т); от 1 до 10 млрд т выявлено и Италии, Югославии, Болгарии и некоторых других странах.

В Российской Федерации учтено 11 месторождений цеолитов с суммарными запасами по категориям А+ В + С1 - 568 млн т, С₂ - 767 млн т. Добыча цеолитов в России находится на уровне 12-15 тыс. т в год.

Литература: [4]с365-375,400-417; [3] с52-84, 133-141; [2] c79-109, 149-158, 167-179; [34-36].



Лекция 4 (2 часа). Минеральные соли, фосфатное, серное и борное сырьё

Основные свойства, области применения, промышленно-генетические типы месторождений, ресурсы агрохимического минерального сырья

Вопрос 1. Минеральные соли

Минеральные соли относятся к группе горно-химического сырья.

Минеральные соли - природные легко растворимые в воде соединения, образуемые щелочными (натрий калий) и щелочно-земельными (магний и кальций) металлами с соляной кислотой - хлориды, с серной кислотой - сульфаты, с угольной кислотой - карбонаты и бикарбонаты, с азотной - нитраты.

Применение в промышленности.

Галит - (NaC?) каменная соль условно разделяется на пищевую, кормовую и техническую в зависимости от количества примесей. Используется в пищевой промышленности, в сельском хозяйстве, в химической промышленности, кожевенной, текстильной, фармацевтической, лакокрасочной, металлургической, нефтяной промышленности.

Калийные соли (сильвин, карналлит, каинит) применяется в основном (95%) для производства калийных удобрений, а также в химической промышленности для получения калия и др., химических препаратов, в фармацевтической, в фото - и кинопрозводстве.

Сульфаты натрия (тенардит и мирабилит) применяются в химической, стекольной, целлюлозно-бумажной, в фармацевтической, текстильной, в фото - и кинопрозводстве.

Карбонаты натрия - сода - применяются в химическо - фармацевтической, стекольной промышленности, пищевой и при производстве моющих средств.

Нитраты натрия и калия (селитра) для производства удобрений, в химической промышленности, при производстве взрывчатых веществ.

Промышленно-генетические типы месторождений. Основная масса минеральных солей образуется путем осаждения из истинных растворов в солеродных бассейнах. Нормальная последовательность выпадения солей из растворов следующая: карбонаты кальция и магния > гипс и ангидрит > галит > сильвин, карналлит > сульфаты магния и калия (полигалит, тенардит, кизерит) > бишофит.

Выделяется 4 типа месторождений:

1. Ископаемые осадочные месторождения каменных и калийных солей: пластовые ненарушенные (Славянск-Артемовское, Башкирия, Приуралье, Сольвычегодское месторождение каменной соли; Припятские и Верхнекамские м-я калийной соли); пластовые нарушенные тектоникой (м-я Предкарпатского прогиба, Красноярское - Россия); солянокупольные (Соль-Илецкое, Ефремовское, Светлоярское, Индерское - Россия);

2. Современные соляные месторождения: внутриконтинентальных соляных озер(хлоридов - Эльтон, Баскунчах; хлоридов и сульфатов - Преуралье и Прикаспий, хлоридно- содового типа - в Кулундинской степи); прибрежно - морских лагун и заливов (галит и мирабилит залива Кора-Богаз-Гол);

3. Соляные источники и рассолы образуются при растворении солянных отложений. Подземные воды хлоридно - сульфатно - содового состава присутствуют в большенстве нефтяных и газовых месторождений Сев. Кавказа, Западной Сибири, при подземном выщелачивании солей.

4. Современные моря и океаны являются грандиозными месторождениями. Добываются соли путем выпаривания или вымораживания; при опреснении воды. Селитра образуется в областях с жарким и сухим климатом (Чили) при переносе азотных соединений, образовавшихся в результате растворения и переотложения продуктов вулканических эксгаляций.

Ежегодный мировой уровень добычи каменной и поваренной соли составляет порядка 180 млн. т. Крупнейшие производители -США и КНР.

Общие запасы калийных солей в мире оцениваются в 48,2 млрд. т К₂0, подтвержденные - 12,2. Подавляющее количество их (95%) составляют хлористые калийные и калийно-магниевые соли - сильвиниты и карналлитовые породы, остальное - сульфатные разновидности. Мировая добыча калийных солей в 2000 году составила 25 млн. т., в том числе в Канаде добыто 9 млн. т., в России - 3.45 млн. т., в Белоруссии - 3.4 млн. т., в Германии - 3,2 млн. т., в Израиле -1,5 млн. т. ( Мёртвое море).

Вопрос 2. Фосфатное сырьё

В природе фосфорное сырьё представлено солями фосфорной кислоты - фосфатами. Промышленное значение имеют два главных вида фосфатов - апатиты и фосфориты.

Апатит Ca₅(PO₄)₃, (F, C?, OH) - минерал, практически нерастворим в воде, содержание Р₂О₅ - 41-42%. Апатит образует кристаллы, друзы, зернистые агрегаты и как акцессорный минерал встречается практически во всех горныхпородах. Промышленные скопления его возникают в щелочных, ультраосновных-щелочных и метаморфических породах. Среди промышленных руд апатита выделяют собственно апатитовые руды и комплексные апатитсодержащие руды.

Фосфориты - осадочные горные породы с содержанием Р₂О₅ - от 5% до 30%, существенную часть которых составляют фосфаты, близкие по составу к группе апатита. Фосфориты разделяются на природные литологические типы: желваковые (конкреционные), зернисто-ракушечниковые и массивные

Апатиты и фосфориты используются в основном для получения фосфорных удобрений, простейшим из которых является фосфорная мука. Наиболее распространённым удобрением является суперфосфат. В значительно меньших количествах апатиты и фосфориты применяются для производства элементарного фосфора и фосфорной кислоты, различных солей, используемых в химической, медицинской промышленности, фотографии, металлургии, пищевой промышленности и производстве синтетических моющих средств, горючих и взрывчатых веществ

Генетические типы промышленных месторождений.

Месторождения апатита:

1. Магматогенные: апатит-нефелиновые (Хибиногорские на Кольском п-ве), апатит-магнетитовые (Кирунавара-Швеция), апатит-титаномагнетитовые (Волковское, Кусинское -Урал, Россия);

2. Карбонатитовые (Ковдорское на Кольском полуострове, Ессей в Красноярском крае, Арбарастах на Алдане- Россия);

3. Метаморфогенные: редкоземельно-апатитовые в мраморах и гнейсах (Прибайкалье, Алдан-Россия, Китай, Танзания); контактово - метаморфигенный доломит - апатитовый (Чулуктау, хребет Каратау -Казахстан).

Месторождения фосфоритов.

1. Осадочные - морские: платформенные желвакового (Вятско-Камское, Егорьевское, Полпинское - Россия), ракушечникового (Кингисепское - Россия), зернистого типов (Сахара, Египет); геосинклинальные - массивные, реже желваковые и зернистые (Харанур - Россия; Каратауская группа - Казахстан; Хубсугул - Монгогия; Алжир, Тунис); морские переотложенные галечники и конгломераты (Подольское, Кролевецкое - Украина; современные конкреционные континентального шельфа);

2. Остаточные - кор выветривания (Телекское в Красноярском крае) и остаточно-инфильтрационные (Ашинское - Челябинская обл., Флорида - США).

Мировой сырьевой потенциал природных фосфатов-апатитов и фосфоритов оценивается примерно в 30 млрд т Р₂О₅. Структурно он почти на 95% представлен фосфоритами и только 5% приходится на апатиты. В странах дальнего зарубежья это соотношение еще более смещается в сторону фосфоритовых руд (99%), в странах СНГ оно составляет 1:1, а в России уже резко преобладают апатиты (80%).

Лидирующее положение по запасам фосфатных руд занимает Африка (Марокко, Тунис, Западная Сахара, ЮАР), на втором месте Америка (США, Перу, Мексика, Бразилия). Азиатский континент характеризуется крупнейшими запасами фосфоритов в Китае, Иордании, Монголии, Саудовской Аравии. Значительными запасами фосфоритов обладает Австралия.

Производство фосконцентратов осуществляется в основном из руд, добытых на месторождениях США, Марокко, Казахстана, Китая, Иордании, Туниса, Израиля, Того, а также на апатитовых месторождениях России, Бразилии, ЮАР, Финляндии, КНДР, Вьетнама.

Около 80% суммарного объема мировой добычи (130 млн т товарной руды) приходится на США, Марокко, Россию, Казахстан, Китай. Ведущими производителями фосконцентрата являются США (36 млн т) и Марокко (20 млн т). Лидирующие позиции по производству апатитового концентрата занимают Россия (4,5 млн т), Бразилия (3 млн т), ЮАР (2,5 млн т). .

Основными потребителями фосфоритов являются США и Китай. Наиболее крупные страны-импортеры фосконцентратов: Франция, Бельгия, Индия, США, Канада, Нидерланды, Израиль, Австралия, Китай.

Вопрос 3.Сера и серное сырьё

В природе встречается как связанная сера - в виде сульфатов,сульфидов, так и самородная. Она концентрируется также в нефтях, углях, природном горючем газе и некоторых минеральных водах. Самородная сера бывает кристаллической и аморфной, цвет желтый, твёрдость 1-2, температура плавления 112 С, хрупкая. Тепло и электропроводность низкая, нерастворима в воде и кислотах, но хорошо растворима в органических жидкостях. Окисляется на воздухе, легко возгорается.

...