4.3.3 Применение таллия

Одна из важнейших областей применения таллия — использование его галогенидов, а именно монокристаллов твердых растворов бромида с иодидом таллия (КРС-5) и бромида с хлоридом таллия в качестве материалов ИК оптики. Монокристаллы обладают высокой равномерной прозрачностью в широкой области спектра — от видимой до дальней инфракрасной — при устойчивости к влажной атмосфере, что позволяет использовать их для изготовления оптических деталей (окна, линзы, призмы и т. п.) приборов ИК оптики различного назначения.

Из материалов на основе галогенидов таллия изготовляются волоконные поликристаллические световоды для лазерной технологии и лазерной хирургии.

Монокристаллы хлоридов таллия или твердого раствора Т1С1—TIBr используются для детекторов Черенкова для регистрации частиц высоких энергий. Сплав иодидов таллия и цезия применяется в детекторах для телескопов, усилителях для химических лазеров.

Оксид таллия является компонентом высокотемпературных сверхпроводящих керамических материалов. Таллийсодержащие сверхпроводники энергетически эффективны, имеют относительно высокую стабильность, стойки к магнитным полям. Пленки из таких сверхпроводников можно использовать в интегральных схемах.

Кристаллы галогенидов щелочных металлов, активированные добавками бромида или иодида таллия, являются кристаллофосфорами и применяются в сцинтилляционных счетчиках для обнаружения иизмерения радиоактивного излучения.

Соли таллия применяются для приготовления стекол с большим коэффициентом преломления и высокой дисперсионной способностью, а также цветных стекол.

Радиоактивный изотоп ²⁰⁴Т1 применяется в качестве источника β-излучения (Т_1/2 = 4 года) в приборах, контролирующих толщину движущегося полотна бумаги или ткани, а также в приборах для снятия статического заряда, возникающего при трении движущихся частей машин.

Современное мировое производство таллия оценивается примерно в 15–20 т в год, и тенденции к увеличению не наблюдается. Основные его производители—Германия, Бельгия, Великобритания, Япония, Франция, Канада. В США производство таллия было прекращено в 1985 г. из-за высокой токсичности металла. В России таллий не производится с 70-х годов. Цена на таллий в 1990 г. составила 180 долл/кг.

4.4 Сырьевые источники галлия, индия и таллия

4.4.1 Сырьевые источники галлия

Галлий — один из наиболее распространенных редких элементов, его содержание в земной коре (1,9 ·10-³)%. В то же время галлий — типичный рассеянный элемент; известно несколько весьма редких минералов, которые почти не имеют промышленного значения.

Поведение галлия в природных процессах определяется близостью его химических свойств к свойствам Al и In (вследствие идентичности электронного строения и ионных радиусов). Алюминий относится к числу наиболее распространенных элементов, и галлий является его постоянным спутником.

Галлий обнаруживает несомненное сходство и со своими соседями по 4-му периоду — Zn и Ge, поскольку атомные радиусы Zn, Ga и Ge одинаковы (0,139 нм), а ионные радиусы различаются в пределах 12—16%. Кроме того, прослеживается связь галлия с железом(III) в оксидах и гидкроксидах.

Данные об основных рудах и месторождениях галлия представлены в таблице 4.1. Главными промышленными источниками галлия являются бокситовые и нефелиновые руды и, в меньшей степени, сульфидные цинковые. За рубежом запасы галлия, связанные с бокситами, оцениваются в 424 тыс. т при среднем содержании галлия ~50 г/т. Общие ресурсы по данным Горного Бюро США 3–4 млн. т.

Мировое производство галлия и его соединений непрерывно росло с середины прошлого века от 10 т до 180–200 т к его концу. Сейчас около трети галлия производится из вторичного сырья, а галлий, который добывается из природного сырья на 90% выделяется из алюминиевых руд.

Основные производители галлия: Франция, Япония, ФРГ и КНР. Основные потребители: США (50%), Япония (40%), Западная Европа (10%).

В России запасы галлия в бокситах 150 тыс. т при среднем содержании его 53 г/т. Основные же запасы галлия (> 60%) и более 70% его добычи приурочены к апатит-нефелиновым рудам со среднем содержанием 23,6 г/т.

Таблица 4.1 — Важнейшие сырьевые источники галлия.

Руды	Содержание, г/т	Минералы	Месторождения
Цинковые сульфидные	10	ZnS (сфалерит)	США, Австралия, РФ, КНР, Корея, Чехия, Германия
Железные сульфидные	10	FeS2 (пирит)
Апатиты	10	(Na,K)[AlSiO4] (нефелин)	РФ (Кольский полуостров)
Бокситы	20–70	Al2O3·H2O (диаспор) Al(OH)3 (гидраргиллит)	Гвинея, Бразилия,Австралия, Греция, Индия, РФ
Ильменитовые	10–50	FeTiO3 (ильменит)	Канада, Норвегия, Индия, США, ЮАР, РФ
Железные оксидные	400	KFe(OH)6(SO4)2 (ярозит)	США
Каменные угли	100	зола, сажа	Повсеместно

Нефелиновые концентраты перерабатываются на Волховском и Пикалевском глиноземных заводах. Сульфидные руды с содержанием галлия 9 г/т добывают в Ставропольском крае и на Урале. Из недр России ежегодно извлекаются и перерабатываются руды, содержащие галлий:

Производство галлия в России в конце 90-х годов не превышало 8 т в год.

Цены на галлий и его соединения подвержены сильным колебаниям в зависимости от спроса и совершенствования технологии.

4.4.2 Сырьевые источники индия

Природный индий в основном состоит из изотопа ¹¹⁵In (95,7%), обладающего слабой радиоактивностью. Второй изотоп ¹³¹In (4,33%) стабилен. Индий — типичный рассеянный элемент, его редкие минералы не имеют промышленного значения.

Для индия характерна геохимическая связь с соседями по Периодической системе, в первую очередь по диагонали — с цинком и в меньшей степени со свинцом, и по горизонтали — с оловом и кадмием. Связь индия с галлием, таллием и германием слабее, но они часто встречаются вместе с индием в сульфидных минералах.

Индий часто встречается в сульфидах, минералами-носителями чаще являются сфалерит, халькопирит, галенит, пирротин. В них индий присутствует в виде изоморфной примеси. С оловом индий связан более тесно, чем с кадмием, так как при близких ионных радиусах всех трех элементов индий и олово имеют наиболее сходные химические и кристаллохимические свойства. Установлено также присутствие индия в минералах Mg, Fe, Mn

Повышенное содержание индия в минералах и рудах связано почти исключительно с месторождениями гидротермального происхождения (таблица 4.2).

Таблица 4.2 — Важнейшие сырьевые источники индия.

Руды	Содержание, г/т	Минералы	Месторождения
Свинцово-цинковые	5–400 1–10	ZnS (сфалерит) PbS (галенит)
Железные сульфидные и полиметаллические	6 1 12	ZnS (сфалерит) PbS (галенит) CuFeS2 (халькопирит)
Медно-цинковые сульфидные	23 11 2	ZnS (сфалерит) CuFeS2 (халькопирит) FeS2 (пирит)
Медно-молибденовые	9 2	CuFeS2 (халькопирит) FeS2 (пирит)
Оловянные сульфидные	23 670 950 250	SnO2 (касситерит) ZnS (сфалерит) Cu2FeSnS4 (станнин) FeS2 (пирит)

Общие мировые ресурсы индия оцениваются в 25–30 тыс. т, разведанные 5,7 тыс. т. Основное количество их сосредоточено в Канаде, странах ЕЭС (Западная Европа) и Китае. Запасы индия в России учтены в рудах 61 месторождения. При потреблении индия на уровне начала 90-х годов обеспеченность России сырьевыми ресурсами индия превышает 100 лет. Основная их часть приходится на руды медноколчеданных месторождений Урала (3,2 г/т) и оловянные руды Дальнего Востока (14,7 г/т). Однако месторождений для организации высокорентабельного производства очень немного хотя на них приходится лишь 5% погашаемых запасов.

С другими рудами индий извлекается из недр, но при их переработке теряется из-за:

– низкого содержания индия в сырье;

– высокими потерями индия с хвостами при обогащении руд.

Главными источниками индия в настоящее время служат различные отходы и промежуточные продукты цинкового и свинцового производства, а также пыли производства олова.

4.4.3 Сырьевые источники таллия

Таллий относится к числу довольно распространенных рассеянных элементов. Известно более 30 собственных минералов таллия, которые промышленного значения не имеют.

В геохимических процессах таллий участвует преимущественно в степени окисления I. В связи с этим он проявляет себя, как элемент, близкий по свойствам к щелочным металлам. Он может изоморфно замещать калий, рубидий и цезий, как в минералах редких элементов, так и горных пород. В поллуците, лепидолите содержание таллия довольно высоко, однако их руды представляют интерес только с точки зрения возможности попутного извлечения таллия при их переработке. Большое значение имеет способность таллия замещать калий в минералах горных пород, силикатах и алюмосиликатах: полевых шпатах.

Довольно высоко содержание таллия в минералах зоны выветривания, где он может окисляться до степени окисления III и растворяться в поверхностных водах. Из водных растворов он сорбируется гидроксидами железа и марганца. Таллием обогащены также железомарганцевые конкреции, образующиеся на дне океана.

Таллий входит также (в большинстве случаев в качестве изоморфной примеси и очень редко в виде включений собственных минералов) в состав сульфидных минералов Pb, Zn, Сu, Fe. Руды этих металлов имеют промышленное значение для получения таллия. В ряде случаев при их переработке получают и другие рассеянные элементы (Ge, Ga, In). Как правило, руды этих цветных металлов являются полиметаллическими и обогащением разделяются на соответствующие концентраты.

Сырьевые источники таллия представлены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 — Важнейшие сырьевые источники таллия.

Руды	Содержание, г/т	Минералы	Месторождения
Литиево-цезиевые	10–35	поллуцит лепидолит	Африка, США, Канада, Швеция, РФ (Кольский п-ов)
Железные оксидные	80	FeO(OH) (гетит) KFe(OH)6(SO4)2 (ярозит)	Германия, РФ
Марганцевые	20	MnO2 (пиролюзит)	Германия, Украина, Грузия, США
Свинцово-цинковые	8–80 9–20	ZnS (сфалерит) PbS (галенит)	Перу, Боливия, США, РФ
Медно-цинковые	5 8	CuFeS2 (халькопирит) ZnS (сфалерит)	Казахстан, Узбекистан, США, Армения, РФ
Железные сульфидные	100–150	FeS2 (пирит) FeS2 (марказит)	Ю. Америка, Испания, Германия, Венгрия, РФ
Полевые шпаты	до 100	KAlSi3O8 (амазонит)

При обогащении большая часть таллия (до 70%), содержащаяся в минералах горных пород, теряется с отвальными хвостами. Так, при обогащении полиметаллических руд некоторых месторождений Алтая 7% таллия переходит в свинцовый концентрат и 12% — в пиритный. При обогащении уральских медно-цинковых руд 11% таллия переходит в медно-цинковый концентрат, а 89%— в пиритный. Только небольшая часть таллия переходит в сульфидные концентраты цветных металлов, из которых он, как правило, и извлекается.