2.2. Классификация полезных ископаемых

К ресурсам литосферы относятся полезные ископаемые.

Полезные ископаемые — это извлеченные из земной коры природные минеральные вещества, используемые в народном хозяйстве в естественном виде или после пред­варительной переработки.

Современное хозяйство использует около 200 видов минерального сырья. Существует несколько классифика­ций полезных ископаемых, единой, общепринятой, — нет. В зависимости от физических или химических свойств до­бываемого сырья, от отрасли хозяйства, где используется сырье, от особенности образования в земной коре, полез­ные ископаемые подразделяются на группы.

Полезные ископаемые делятся на горючие, металличес­кие и неметаллические, водо-минеральные.

К горючим полезным ископаемым относятся топлив­но-энергетические (нефть, газ, уголь, сланцы и др.). К металлическим - рудные ресурсы (железные и марганце­вые руды, хромиты, бокситы, молибденовые, свинцово-цинковые и др.). Неметаллические полезные ископаемые включают природные строительные материалы (глины, песок, мрамор, гранит, доломит, известняк); нерудные полезные ископаемые ( агат, яшма, горный хрусталь, ко­рунд, алмазы и др.); горно-химическое сырье (апатиты, фосфориты, сера, калийная соль и др.).

К водо-минеральным ресурсам относятся гидро-минеральные (подземные пресные и минерализованные воды); минеральные ресурсы морской воды (железо, уран, золо­то, натрий, медь, бром, магний, марганец, поваренная соль); минеральные ресурсы океанического дна (рудонос­ные жилы и пласты континентального шельфа, железо-марганцевые включения на глубинах 3-6 км, фосфорито­вые конкреции).

Широко применяется классификация полезных ископа­емых на основе технологии их использования. По этому признаку выделяют: топливно-энергетическое сырье (нефть, уголь, газ, уран), руды черных легирующих и тугоплавких металлов (железа, марганца, хрома, никеля, кобальта, вольфрама и др.), руды цветных металлов (алюминия, меди, свинца, цинка, ртути и др.), благород­ные металлы (золото, серебро, платиноиды), химическое и агрономическое сырье (калийные соли, фосфориты, апа­титы и др.), техническое сырье (алмазы, асбест, графит и др.), флюсы и огнеупоры, цементное сырье.

Полезные ископаемые Беларуси представлены следую­щими группами [20]:

1. горючие полезные ископаемые (нефть, горючие сланцы, торф, бурые угли);

2. химическое и агрохимическое сырье (калийные соли, каменная соль, фосфориты, доломиты, крем­нистые породы, глауконит и др.);

3. металлические полезные ископаемые (железные руды, цветные металлы);

4. сырье для производства стройматериалов (пески, песчано-гравийные смеси, глины, карбонатные по­роды - мел и мергель, гипс, естественный строи­тельный камень);

5. янтарь и другие поделочные камни, например, от­дельные разновидности гипса;

6. пресные минеральные и термальные подземные воды.

Генетическая классификация полезных ископаемых основана на различиях в их происхождении и возрасте. Образование минерального сырья в земной коре - есте­ственно-исторический процесс. Он определяется следую­щими факторами: типом тектонической структуры, особенностями проявления магматизма, денудацией и осадконакоплением. Наиболее интенсивные процессы рудообразования (это весь комплекс формирования полез­ных ископаемых) приурочены к основным этапам развития суши. Выделяют пять эпох рудообразования — докембрийская, нижнепалеозойская, верхнепалеозойская, мезозойская и кайнозойская.

Для докембрийской эпохи характерно повсеместное развитие железистых кварцитов с практически неограни­ченными запасами железных руд. В структурах этого воз­раста часто встречаются крупные месторождения золота, титаномагнетитовых, марганцевых, полиметаллических, хромитовых руд, урана. В них отсутствуют многие виды полезных ископаемых. Наиболее продуктивные рудообразующие процессы проявились в Южной Африке и Канаде. Структуры нижнепалеозойского возраста сохранились плохо. Известны следующие крупнейшие месторождения этого возраста: графита в Южной Корее, фосфорита в Китае, нефти в Северной Африке и в Северной Америке, каменной соли в США и Канаде.

Значительно крупнее месторождения верхнепалеозой­ской эпохи, рудробразования. К указанной эпохе относится образование большей части мировых ресурсов каменных углей в Евразии и Северной Америке, нефти, калийных солей, свинца, цинка, вольфрама, ртути, фосфатного сырья и др. В это время сформировались бассейны каменных уг­лей Европы, Азии и Северной Америки (более 50% миро­вых запасов), возник ряд нефтеносных провинций США и 'Канады, России, Северной Африки. К верхнепалеозойским отложениям приурочены крупнейшие месторождения ка­лийных и магниевых солей Европы и Северной Америки, фосфоритов в Скалистых горах, месторождения полиметал­лических руд в Центральной Европе, на Британских ост­ровах, в Канаде, золота в Аппалачах.

Разнообразным и богатым комплексом полезного сырья характеризуется мезозойская эпоха. В это время образова­лись крупные месторождения нефти в Западной Сибири, оловяно-вольфрамовый пояс Китая и Юго-Восточной Азии, месторождения молибдена, сурьмы в Китае и Восточной Сибири, алмазов в Якутии, железных руд в Европе, золо­та, вольфрама и молибдена в Северной Америке.

Широко представлены на территории всех материков полезные ископаемые кайнозойского возраста. К ним от­носится значительная часть мировых запасов бокситов, никеля, кобальта, почти 75% разведанных запасов марганца, месторождения бора, серы, нефти, меди, свинца, цинка, серебра, золота, молибдена, алмазов и: фосфори­тов. Важную роль в мировых запасах нефти играют кай­нозойские месторождения Месопотамской и Примексиканской низменности, впадины Маракайбо, Карибского бассейна, Калифорнии, Каспийского моря. Мировое значе­ние имеют месторождения марганцевых руд на юге Укра­ины и месторождения бокситов, никеля, кобальта в Юж­ной Америке, Европе, Юго-Восточной Азии, Африке.

К основным полезным ископаемым относятся топ­ливно-энергетические ресурсы. Они используются в каче­стве топлива и для производства энергии. Топливно-энер­гетические ресурсы - это нефть, каменный и бурый уголь, газ, горючие сланцы, уран.

Каждый вид топливного сырья обладает определенной теплотворностью. Теплотворность - это количество энер­гии, выделяющееся при сжигании единицы топлива. Зна­чительной теплотворностью выделяется нефть и газ. Теп­лота сгорания 1 кг топлива составляет для нефти 10,5 тыс. ккал, для газа - 10,4 тыс. ккал, для каменного угля - 7,0 тыс. ккал, для бурого угля - 3,0 тыс. ккал.

Топливное сырье неравномерно размещено на террито­рии земного шара. Самыми значительными объемами об­ладает Северная Америка и Евразия (здесь сосредоточено 87% общего энергопотенциала).

Среди топливно-энергетических ресурсов наиболее важ­ное значение имеют нефть, газ, уголь.

Нефть - наиболее важный и эффективный вид топ­ливного сырья. Отличается высокой калорийностью и теплотворностью, низким содержанием загрязняющих со­единений. Нефть легко транспортируется. В процессе пе­реработки из нее получают широкой ассортимент продук­тов: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, различные смазочные масла, пластмассы, синтетический каучук, мо­ющие средства.

Чаще всего нефть залегает вместе с природным газом, образуя нефтегазоносные бассейны. Нефть добывают, в основном, посредством буровых скважин. При неглубоком залегании нефтяных пластов к земной поверхности добы­чу осуществляют шахтным способом.

Месторождения нефти неравномерно размещены по земному шару. 62% всего нефтяного запаса мира сосредо­точено на Аравийском полуострове и акватории Персид­ского залива; 11% мировых запасов нефти в Северной Америке, 7% в Африке и России, 9% в Южной Америке [29]. Перспективными являются месторождения нефти в шельфовой зоне морей и океанов, на материковом склоне (600-900 м). На морские месторождения в настоящее вре­мя приходится 25% общемировой добычи нефти. Круп­ные запасы нефти - в нефтеносных песках, горючих слан­цах, битуминозных породах (содержат так называемую тяжелую нефть). Освоить эти запасы в промышленных масштабах пока не удается. Мировые энергетические по­требности на 32% удовлетворяются за счет нефти [29].

Природный газ - самый дешевый вид топлива. При сжигании он дает много тепла и не требует специальной переработки. Природный газ легко добывать. Для этого не нужны насосы. Его удобно транспортировать в сжиженном состоянии в специальных цистернах, а не только с использованием газопроводов.

Этот вид топливно-энергетических ресурсов также при­меняют для производства азотных удобрений, пластмасс, синтетических тканей (капрона, нитрона).

Природный газ размещен в недрах Земли еще более неравномерно, чем нефть. Первое место в мире по ресурсам газообразного топлива занимает Россия (месторождения Западной Сибири). Значительные месторождения газа рас­положены в странах Ближнего и Среднего Востока (осо­бенно велики ресурсы в Иране, Саудовской Аравии, на акватории Персидского залива). Меньше запасы в США, Северной Африке, Венесуэле. Перспективны - шельфовые зоны Мирового океана.

В мировом энергетическом балансе на долю природно­го газа приходится 17%, в ряде стран (США, Западной Европе, Японии) выше. В отличие от нефти газовый по­тенциал увеличивается быстрее добычи (примерно в 2 раза). Кроме того, более половины площади шельфа еще не исследовано в отношении газоносности, а на подвод­ные газопромыслы приходится 15% общемировой добычи газа. На суше изучены лишь 30% перспективных на это сырье тектонических структур. Еще один резерв этого вида топливного ресурса - газосбережение.

К топливно-энергетическим ресурсам относится уголь: бурый и каменный, антрацит. Бурый уголь отличается низкой теплотворностью. Поэтому он используется в ка­честве топлива в местах добычи. Каменный уголь харак­теризуется большой теплотворной способностью. Один из его видов при соответствующих условиях может превра­щаться в прочный кокс. Коксующиеся угли используются в черной металлургии для выплавки чугуна и стали. Ан­трацит дает значительное количество тепла при сгорании и эффективно применяется в энергетике.

Кроме того, уголь - сырье для производства пласт­масс, смол, лекарств, удобрений и другой продукции хи­мической промышленности.

Уголь добывают открытым и подземным способами. При близком залегании угля к земной поверхности его добыча осуществляется открытым способом. Это наиболее выгодный и дешевый способ добычи.

Угленосные бассейны размещены неравномерно на тер­ритории земного шара. На долю России и сопредельных государств, США, Китая и ЮАР приходится более 90% добычи каменного угля [29]. Крупными запасами данного вида топлива обладают Польша, Германия, Австралия, Великобритания и другие страны.

До 60-х гг.XX в. в структуре мирового топливного ба­ланса доминировал уголь (более 50%). В 80-х гг. XX в. в связи с использованием нефти и газа доля угля сократи­лась (до 28%). В настоящее время за счет углей произво­дилось до 30% энергии мира [29].

В современной энергетике широко используется ядер­ное топливо (уран, торий). Ядерным сырьем земной шар обеспечен неодинаково. Более 28% ресурсов ядерного сы­рья приходится на США и Канаду, 23% - на Австралию, 14% - на ЮАР, 7% - на Бразилию [29]. В остальных странах запасы урана незначительны. Ресурсы тория находятся в Индии (почти половина ресурсов), в Австралии, Бразилии, Малайзии и США,

Не менее значимы для хозяйства стран рудные полез­ные ископаемые. К важнейшим металлическим рудам от­носятся железные, марганцевые, алюминиевые, медные, полиметаллические и др.

Железные руды отличаются значительными запасами. Железо - самый .распространенный элемент земной коры (после алюминия). Самой богатой железной рудой явля­ется магнитный ^железняк. В нем содержится до 70% железа. Железа меньше в красном и буром железняке.

Железные руды используются в черной металлургии для выплавки чугуна и стали. Железо и его сплавы при­меняются в различных отраслях хозяйства. Из железа изготовляют и товары народного потребления.

Крупные промышленные концентрации железных руд встречаются в Европе - Криворожский бассейн (Украина), Курская магнитная аномалия (Россия), в Азии - на по­луострове Индостан (Индия), в Северной Америке — на полуострове Лабрадор, около озера Верхнего, в Южной Америке - на Бразильском плоскогорье (Бразилия), За­падной Австралии.

Вместе с железными часто залегают марганцевые руды. Они используются в черной металлургии для выплав­ки чугуна и стали. Значительные запасы марганцевых руд сосредоточены на Украине, в Казахстане, Австралии, Брази­лии, Южно-Африканской Республике, Габоне. Опытная до­быча марганца (в железомарганцевых конкрециях) из дна Мирового океана ведется в США, Германии, Японии.

Сырьем для получения алюминия являются алюмини­евые руды, в основном бокситы. Крупные месторождения бокситов сосредоточены в Гвинее, Австралии, Бразилии, Ямайке, Индии. Алюминий — самый распространенный легкий металл на Земле.

Алюминий дает прочные и легкие сплавы с цинком, ни­келем, которые широко используются в авиационной, элект­ротехнической, автомобильной и других подотраслях маши­ностроения. Важнейшими потребителями алюминия являются химическая промышленность, строительство и транспорт. Металл используется для изготовления кухонной посуды, так как хорошо проводит тепло и легко очищается.

Сырьем для получения меди являются медные руды, отличающиеся низким содержанием металла в руде.

Медь может встречаться в виде самородной, но чаще с другими металлами в составе медно-никелевых, медно-колчедановых месторождений и др. Запасами медных руд отличаются Чили, США, Россия, Австралия, Замбия, Заир.

Медь хорошо проводит электрический ток, благодаря чему широко применяется в электроэнергетике, электро­технической промышленности, приборостроении, судостро­ении. Медь образует сплавы с оловом (бронза), никелем (мельхиор), цинком (латунь).

Из полиметаллических руд добывают свинец и цинк. Значительные запасы свинцово-цинковых руд находятся в США, Канаде, Австралии, России, Казахстане. Свинец ис­пользуют для производства аккумуляторов, обмотки элек­трических кабелей, для защитных покрытий химической аппаратуры, для защиты от радиоактивного излучения в атомной энергетике и др. Цинк применяют для получения сплавов, необходимых машиностроению; для оцинкования железного листа, труб, телеграфных проводов.

Среди благородных металлов широко используется зо­лото и серебро. Золото применяется для изготовления ювелирных изделий, для производства приборов, некото­рых медицинских инструментов, для чеканки монет.

Фосфорное сырье (апатиты, фосфориты) используется в производстве минеральных удобрений и кормовых доба­вок в сельском хозяйстве, активированного угля, кино­пленок, спичек, для покрытия поверхностей металличес­ких изделий в металлургии.

Сернистое сырье необходимо для производства мине­ральных удобрений, искусственного волокна, для обога­щения и гидрометаллургической переработки руд цветных металлов.

Различные полезные ископаемые широко применяются в промышленности строительных материалов. Глина, суглинки, глинистые сланцы, песок являются сырьем для производства керамических материалов: кирпича, стено­вых панелей, плиток, черепицы, дренажных труб, фарфо­ро-фаянсовых, художественных керамических изделий. Цемент изготавливают из известняка, мела, мрамора, гли­ны, глинистых сланцев и других материалов. Основным сырьем для производства гипсовых вяжущих материалов является гипс. Для изготовления силикатного стекла ис­пользуют кварцевый песок, каолин, полевые шпаты, из­весть, мел, доломит и др.

Из природного камня вырабатывают материалы для кладки фундамента, стен, облицовки (колотые, пиленые камни, плиты, карнизы), дорожного строительства (брус­чатка, бортовой камень), подземных и гидротехнических сооружений (колотый камень, плиты для облицовки)[25]. При этом стеновые каменные материалы дешевле кирпи­ча, прочнее его. Облицовочные плиты из естественного камня долговечны. Таким образом, применение природ­ных каменных строительных материалов имеет высокую эффективность.

Добыча полезных ископаемых осуществляется откры­тым и подземным способами. Выбор способа добычи зави­сит от вида полезных ископаемых, геологических условий залегания и других причин. По сравнению с подземной открытая добыча минеральных ресурсов имеет ряд пре­имуществ, которые заключаются в следующем. Производ­ственный процесс механизирован, так как рабочее про­странство не ограничено, как в шахтах. Капитальные вложения при создании карьера в 1,5-2,5 раза меньше, чем при строительстве шахты одинаковой мощности [24]. При открытой добыче более полно извлекаются полезные ископаемые из недр Земли. Кроме того, применяется меньше дополнительных материалов для извлечения. К примеру, добыча угля открытым способом уменьшает рас­ход древесины до 1 м³ , который при подземном способе достигает 40—45 м³ [24]. Поэтому себестоимость добычи единицы сырья и топлива открытым способом в 2-4 раза меньше, чем в шахтах.

При открытом способе добычи первоначально подго­тавливается площадь для осуществления горных работ.

Для этого уничтожают растительность, осушают болота, отводят дороги за пределы месторождения, создают гор-_яые выемки или специальные скважины для понижения уровня грунтовых вод. Затем послойно удаляют пустую породу и послойно осуществляют добычу полезных иско­паемых.

Подземная добыча полезных ископаемых осуществля­ется при значительной глубине их залегания, при мень­шей мощности пластов и других геологических услови­ях, неблагоприятных для открытой добычи. Основные виды подземной добычи - шахтная и подземное выще­лачивание.

Широко распространена добыча минеральных ресурсов с использованием шахт. Шахта - это совокупность гор­ных выработок для извлечения полезных ископаемых на земную поверхность. Шахта представлена одним или не­сколькими вертикальными стволами, которые вскрывают полезные пласты. Руду отделяют от пластов и транспор­тируют на поверхность.

Подземное выщелачивание — это извлечение отдель­ных составляющих полезных ископаемых путем перевода их в раствор с использованием химических растворителей и микроорганизмов. Таким образом добываются руды цветных металлов и урановые, соли. При этом способе строят скважины и оснащают их концентрической систе­мой труб. По одной трубе подается растворитель, кото­рый обогащается компонентами руды и поднимается на поверхность. Для приостановления выщелачивания руды в трубу поступает специальное вещество (к примеру, сжа­тый воздух). Применение растворителей позволяет добы­вать только полезный компонент, а все другие остаются в недрах Земли. В результате этого на поверхности обра­зуется меньше отходов.

Часто полезные ископаемые обогащают. Обогащение по­лезных ископаемых - это процессы первичной переработки минерального сырья для получения пригодных для дальней­шей переработки продуктов. При этом полезное ископаемое отделяют от пустой породы или разделяют полезные компо­ненты сырья с целью повышения их содержания.

Необходимость обогащения руд обусловлена низким содержанием полезного компонента. Это, в первую оче­редь, касается руд цветных металлов. Добывать металл из таких руд экономически невыгодно. При значительном содержании пустой породы невыгодно транспортировать сырье, так как для этого необходимы дополнительные транспортные средства. Необходимость обогащения полез­ных ископаемых обусловлена уменьшением доли полезно­го компонента в руде.

Способы обогащения основаны на разделении минера­лов по их плотности, магнитным свойствам, смачиваемо­сти поверхности и т.д. В результате обогащения получа­ют концентраты и отходы. Концентрат - конечный продукт с повышенным содержанием полезного вещества по сравнению с рудой. Часть полезного компонента оста­ется в обработанной руде, которая входит в пустую поро­ду и образует отходы обогащения. Твердые отходы обога­щения полезных ископаемых называются «хвостами», жидкие - шламами.

Способы добычи и обогащения полезных ископаемых определяют степень воздействия на окружающую среду.