Лекция № 2 характеристика полезных ископаемых

2.1 Классификация полезных ископаемых

Полезные ископаемые – это природные минеральные образования земной коры органического и неорганического происхождения, которые могут эффективно использоваться в сфере материального производства.

По физическому состоянию полезные ископаемые делятся на:

- твердые – торф, уголь, горючие сланцы, рудные и нерудные полезные ископаемые;

- жидкие – нефть, минеральные воды;

- газообразные – природные горючие и инертные газы.

Среди рудных полезных ископаемых выделяют руды черных, легких, цветных, редких, благородных, радиоактивных металлов, а также рассеянных и редкоземельных элементов.

К рудам черных металлов относят руды железа, марганца, хрома, титана и ванадия.

Руды легких металлов представлены алюминиевыми рудами, основным сырьевым источником которых являются бокситы.

К рудам цветных металлов относят руды меди, свинца, цинка, никеля, сурьмы.

Руды редких металлов представлены рудами олова, вольфрама, молибдена, ртути, бериллия, лития, тантала, ниобия.

К благородным металлам принадлежат руды золота, платиноидов и серебра; к радиоактивным – уран, торий, радий.

Рассеянные элементы – актиний, гафний, галлий, германий, индий, кадмий, рубидий, селен, таллий, теллур, цезий и др. – извлекаются в качестве дополнительного продукта при переработке руд других металлов.

Нерудные или неметаллические полезные ископаемые обычно подразделяют на:

- горно-химическое сырье – фосфориты, апатитовые руды, калийные соли, борные руды, самородная сера, йод, бром, сульфат натрия;

- индустриальное и горно-металлургическое сырье – слюда, асбест, графит, тальк, баритовые руды, флюорит, каолин, бентонит, магнезит, кварцит;

- строительные материалы – гранит, лабрадорит, диорит, известняк, доломит, мрамор, мергель, туфы, песчаники, перлит, глины, кварцевые пески;

- драгоценные и самоцветные камни.

2.2 Характеристика углей

Уголь — вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Уголь подразделяется на бурый, каменный и антрацит.

Практически невозможно установить точную дату, но десятки тысяч лет назад человек, впервые познакомился с углем, стал постоянно соприкасаться с ним. Так, археологами найдены доисторические разработки залежей углей. Известно, что с каменным углем люди были знакомы в период древней культуры, но факты про его использование отсутствуют. Позже, в Древнем Риме, предпринимались пути использования угля, но лишь во времена Аристотеля появилось описание некоторых других его свойств, а в 315 г. до н.э. ученик философа описывает уголь как горючий материал и называет его «антраксом» (позже появилось название «антрацит»).

Б урый уголь - твёрдый ископаемый уголь, образовавшийся из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра. Это наиболее молодой из ископаемых углей, это переходная форма от торфа к каменному углю. Он имеет бурый цвет, содержит 63 - 78 % углерода, плотность 1200 – 1500 кг/м³. На воздухе бурый уголь теряет влагу, растрескивается и превращается в мелочь.

Бурые угли делятся в зависимости от влажности на технологические группы: 1Б (влажность свыше 40 %), 2Б (30 – 40 %), 3Б (до 30 %).

От каменного угля бурый уголь, как показывает самое название, отличается цветом (то более светлым, то более темным); есть, правда, и черные разновидности, но они в порошке всё-таки являются бурыми, между тем как антрацит и каменный уголь всегда дают черную черту на фарфоровой пластинке.

Самое существенное отличие от каменного угля заключается в меньшем содержании углерода и значительно большем содержании битуминозных летучих веществ (до 50 %). Этим и объясняется, почему бурый уголь легче горит, дает больше дыма, запах, а также реакцию с едким калием. Содержание азота также значительно уступает каменным углям. Содержат много воды и поэтому имеют низкую теплоту сгорания (менее 24 МДж/кг).

Используется как местное топливо, а также как химическое сырье.

Каменный уголь - твёрдое горючее полезное ископаемое растительного происхождения; разновидность ископаемых углей с более высоким с одержанием углерода и большей плотностью, чем у бурого угля. Представляет собой плотную породу чёрного, иногда серо-чёрного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью.

Каменный уголь образуется из продуктов разложения органических остатков высших растений, претерпевших изменения (метаморфизм) в условиях давления окружающих пород земной коры и сравнительно высокой температуры.

С возрастанием степени метаморфизма в горючей массе каменного угля последовательно увеличивается содержание углерода и одновременно уменьшается количество кислорода, водорода, летучих веществ.

Плотность каменного угля зависит от петрографического состава, количества минеральных примесей и степени метаморфизма и составляет 1280 – 1500 кг/м³.

Каменные угля подразделяются на марки:

длиннопламенные (Д);

газовые (Г);

жирные (Ж);

коксовые (К);

отощенно-спекающиеся (ОС);

тощие (Т).

От марки Д к марке Т последовательно увеличивается содержание углерода и уменьшается выход летучих веществ.

Каменные угли содержат:

75 - 95 % углерода;

2,5- 5,7 % водорода; 1,5 - 15 % кислорода;

0,5 - 4% серы;

1,2 – 1,8 % азота;

от 45 % до 2 % летучих веществ;

количество влаги колеблется от 4 до 14 %; золы - обычно от 2 – 4 % до 45 - 65 %;

высшая теплота сгорания не менее 30,5 – 36,8 МДж/кг (7300 - 8800 ккал/кг).

Залежи каменного угля имеются на всех континентах от Арктики до Антарктиды.

В Украине месторождения каменного угля находятся в Донецком и Львовско-Волынском бассейнах.

Наибольшие запасы в России находятся в Тунгусском, Ленском и Таймырском бассейнах; самыми крупными разрабатываемыми бассейнами являются Кузнецкий, Печорский, Южно-Якутский. В США - Аппалачский и Пенсильванский; в Польше - Верхнесилезский, и его продолжение в Чехии - Остравско-Карвинский; в Германии - Рурский; в Китае - Большой Хуанхэбасс, в Великобритании - Южно-Уэльский, во Франции - Валансьенский и в Бельгии - Брабантский.

Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое и энергетическое топливо; сырьё для металлургической и химической промышленности; а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов.

При производстве кокса и полукокса получается большое количество химических продуктов (нафталин, фенолы, пек), на основе которых получают удобрения, пластмассы, синтетические волокна, лаки, краски и т.п. Наиболее перспективное направление использование каменного угля – сжигание с получением жидкого топлива (гидрогенизация).

Антрацит - самый древний из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени метаморфизма. Образовался в результате погружения угленосных пластов в область повышенных давлений и температур (350 – 550⁰С). Антрацит принадлежит к ископаемым углям и близок к каменному углю, отличаясь от него большим содержанием углерода (94 - 97 %) и низким выходом летучих веществ. Характеризуется большой плотностью – 1500 – 1700 кг/м³. Имеет повышенную механическую и термическую устойчивость и электропроводность.

Цвет антрацита от бархатного до железно-черного, с сильным блеском от стеклянного до полуметаллического; иногда блеск жирный; излом раковистый. Горит только при сильной тяге воздуха, почти или даже вовсе без пламени, без запаха и дыма и при этом не спекается. Антрацит тверже бурого и каменного угля и связан с ними постепенными переходами. Залежи антрацита сосредоточены преимущественно в каменноугольной системе, где он иногда сопровождает каменный уголь.

Антрацит применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворная способность 6800 - 8350 ккал/кг), а также как технологическое сырье в черной и цветной металлургии (науглероживание стали), химической (землистые разности употребляются для краски и чернения).

Основные нетопливные направления: производство термоантрацита, углеграфитовых блоков, электродов, электрокорунда, карбидов кальция и кремния, термографита, микрофонного порошка, использование для агломерации железных руд, обжига карбонатных пород в технологических целях.