Лекция № 5 тема: «Состав и строение полезных ископаемых»

Вещественный состав полезных ископаемых. Рудные минералы. Минералы рудных и нерудных полезных ископаемых. Сопровождающие минералы. Ценные и вредные примеси. Парагенетические ассоциации химических элементов.

Количество минералов, слагающих в основном массу земной коры, невелико. Всего известно около 2000 минералов; из этого числа не более 50 являются породообразующими минералами.

Под вещественным составом принято понимать минеральный и химический состав полезных ископаемых и некоторые их физические свойства.

Полезные металлы, составляющие ценность металлических полезных ископаемых, образуют рудные минералы (магнетит и гематит в железной руде, галенит и сфалерит в свинцово-цинковой руде и т.д.). Ценные компоненты неметаллических и горючих полезных ископаемых могут быть представлены веществами твердыми, жидкими и газами. Термин «руда» для таких полезных ископаемых обычно не принят; их именуют по названию самого вещества, как например, слюда, асбест или нефть.

Минералы, слагающие месторождения рудных и нерудных полезных ископаемых, разделяются также по их происхождению на гипогенные, образовавшиеся в глубинных условиях, и супергенные (или гипергенные), возникшие на поверхности Земли или вблизи нее.

Минеральные массы, слагающие месторождения полезных ископаемых, как правило, бывают неоднородны по своему составу. Кроме минералов, содержащих ценные металлы или являющихся неметаллическим полезным ископаемым, присутствуют сопровождающие минералы – спутники, не имеющие практического применения. Эти минералы в постмагматических месторождениях, имеющих очень часто форму жил, называются жильными, а в металлических месторождениях остальных генетических типов – нерудными.

Таблица 2 Важнейшие сопровождающие минералы рудных месторождений (жильные минералы)

Минерал	Химическая формула
Гранат (андрадитового ряда)	Са3(Аl, Fe, Cr)2 [SiO4]3
Хлорит	(Mg, Fe)5 Al[Al Si3O10] [OH]8
Серицит	K Al2 [Al Si3 O10] [OH]2
Барит	Ba SO4
Кальцит	CaCO3
Доломит	Ca Mg [CO3]2
Анкерит	Ca (Mg, Fe) CO3]2
Кварц	SiO2
Халцедон	SiO2
Опал	SiO2 . n H2O
Ортоклаз	K [Al Si3O8]
Плагиоклаз	(100- n) Na [Al Si3O8]+ n Ca [Al2Si2O8]
Гипс	CaSO4 . 2 H2O
Апатит	Ca5 [PO4]3 (F,Cl)
Флюорит	Ca F2
Турмалин	(Na, Ca) (Mg, Al)6[B3Al3Si6(O,OH30]

Распространен также термин пустая порода, служащий для обозначения не имеющего цены материала в неметаллических и горючих полезных ископаемых.

Сопутствующие или жильные минералы, не используемые горнорудной промышленностью, а также и прослои пустой породы должны быть удалены из полезного ископаемого. Достигается это частично путем рудоразборки, а главным образом в процессе обогащения минерального сырья.

Относительное количество рудных и сопровождающих минералов может быть разнообразным. Встречаются руды, на 90-95 % сложенные рудными минералами. В других случаях содержание рудных и нерудных минералов может быть примерно одинаковое. И, наконец, встречаются руды, в которых количество рудных минералов не превышает нескольких процентов. В месторождениях благородных металлов, например золота, количество вкраплений золота в рудной массе определяется всего лишь долями процента.

Помимо основных промышленных элементов, в рудах нередко имеются так называемые вредные примеси. Например, в железных рудах к числу вредных примесей относятся сера, фосфор и мышьяк. Сера обусловливает ломкость металла в горючем состоянии, а фосфор - ломкость и хрупкость его в холодном состоянии. Мышьяк сообщает стали хладноломкость и красноломкость, а также плохую свариваемость. Содержание указанных элементов в руде не должно превышать 0,1 %, в противном случае качество руды снижается. Для выплавки высококачественных чугунов содержание мышьяка в рудах совершенно недопустимо.

К числу нежелательных примесей в железных рудах относятся также цинк и свинец. Возгоны свинца и цинка, образующихся в процессе плавки руды, разрушают кладку доменных печей. Поэтому содержание цинка и свинца в железной руде не должно превышать 0,2%.

Но, с другой стороны, в железных рудах присутствует ряд ценных примесей. Полезной примесью является марганец, который улучшает свойства чугуна и стали, увеличивая их твердость и вязкость, и парализует вредное влияние серы.

Полезными примесями в железных рудах, улучшающими механические свойства выплавляемого металла, являются V, Ni, Co, Cu, Ti и Cr. Содержание Cu, Ti и Cr не должно быть выше определенной нормы.

Что касается руд цветных металлов, то в них при современной технологии производства не существует вредных примесей. Все составляющие их части могут быть использованы промышленностью. Перед технологами и обогатителями страны поставлена задача комплексного использования руд цветных металлов с извлечением из них всех полезных составляющих.