Вещественный состав и направления использования твердых полезных ископаемых. Учебное пособие

Аналогичным образом спорадическое наличие в железных рудах попутных полезных примесей (хром, ванадий) улучшает качество руды, делая ее природно легированной.

Вредные примеси оказывают существенное влияние на качественные показатели многих видов минерального сырья, особенно руд черных и цветных металлов. Так, для руд железа и марганца вредными примесями являются сера и фосфор, присутствие которых ухудшает качество выплавляемого металла и приводит к преждевременному износу металлургического оборудования. Для алюминиевых (бокситовых) руд вредной примесью является SiO2, высокое содержание которой может сделать сырье некондиционным (табл. 2).

2.3. Особенности внутреннего строения полезных ископаемых

Внутреннее строение полезных ископаемых характеризуется двумя свойствами – структурой и текстурой.

Структура руды – строение рудной массы, определяемое формой, размерами и сочетанием минералов или их обломков

впространственно обособленных минеральных агрегатах.

Внастоящее время выделяются следующие важнейшие типы структур: равнозернистая, неравнозернистая, пластинчатая, волокнистая, зональная, кристаллографически ориентированная, тесного срастания, окаймления, дробления, колломорфная, сферолитовая и обломочная (рис. 1). Каждый тип структуры подразделяется на виды. Различают также макроструктуру, наблюдаемую в штуфах руд невооруженным глазом, и микроструктуру, выявляемую только под микроскопом.

Текстура руд определяется пространственным взаиморасположением минеральных агрегатов, отличающихся друг от друга по форме, размерам, составу и структуре. Текстуры руд подразделяют на группы с различным числом видов в каждой группе: пятнистая, полосчатая, крустификационная, прожилковая, кокардовая, оолитовая, почковидная, брекчиевая, брекчиевидная, каркасно-ящичная (рис. 2).

21

Рис. 1. Наиболее распространенные типы структуры руд (по В.И. Смирнову [13]):

а– равномернозернистая; б – неравномернозернистая;

в– пластинчатая; г – волокнистая; д – зональная; е – кристаллографически ориентированная; ж – тесного срастания; з – замещения; и – дробления; к – колломорфная

22

Рис. 2. Наиболее распространенные типы текстур руд (по В.И. Смирнову [13]):

а– пятнистая; б – полосчатая; в – крустификационная;

г– прожилковая; д – кокардовая; е – оолитовая; ж – почковидная; з – брекчиевая; и – брекчиевидная; к – фрагмент каркасно-ящичной текстуры

23

Взависимости от полноты заполнения пространства принято выделять сплошные текстуры руд, в которых весь объем заполнен минеральным веществом, и текстуры неполного сложения, в которых существуют незаполненные пространства (поры, каверны, пузыри и т.д.). Подобного рода текстуры характерны, как правило, для руд гипергенного происхождения.

Всвою очередь, в зависимости от степени распространения рудных минералов принято выделять массивные и вкрапленные руды. Руды, в которых рудных минералов больше 80 %, обычно называют массивными; если рудных минералов меньше 80 % (при вкрапленной текстуре), то руда называется вкрапленной. Различают вкрапленность густую (80–50 %), среднюю (50–30 %), бедную (30–10 %) и убогую (менее 10 %). Выделяются также гнездово-вкрапленные руды.

Массивные руды часто встречаются на месторождениях железа, хрома, меди, свинца, цинка, марганца, вкрапленные – на месторождениях золота, серебра, платины, молибдена, вольфрама, олова, никеля, кобальта, сурьмы, ртути, висмута

ит.д.

24

ГЛАВА 3. ПРОМЫШЛЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ

ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Промышленная классификация полезных ископаемых –

это группировка полезных ископаемых в зависимости от направлений их использования в хозяйственном комплексе страны.

В данном контексте нас не интересует генезис полезного ископаемого, а принимаются во внимание направления возможного его использования, т.е. потребительские свойства.

По физическому состоянию принято выделять жидкие, газообразные и твердые полезные ископаемые.

Кжидким полезным ископаемым принято относить нефть (т.е. жидкость углеводородного состава) и гидроминеральные ресурсы, т.е. подземные воды различного состава – питьевые, бальнеологические (минеральные воды лечебного назначения), технологические (высокоминерализованные рассолы различного состава и направлений использования) и т.д.

Кгазообразным полезным ископаемым относятся главным образом горючие газы углеводородного состава (метан, этан и т.д.), а также негорючие инертные газы (гелий, аргон, неон, криптон и т.д.), объединенные под названием газоминеральное сырье, имеющее гипотетическое значение.

Нас в данной работе интересуют только твердые полезные ископаемые, которые с промышленной точки зрения подразделяются на три типа: металлические (или рудные), неметаллические (или нерудные) и горючие (или каустобиолиты) (табл. 3).

Металлические (рудные) полезные ископаемые являются источником получения химических элементов металлов вне зависимости от того, каким способом они извлекаются – традиционная пирометаллургия, электрометаллургия, гидрометаллургия и т.д. Этот тип разделяется на классы в зависимости от свойств извлекаемых металлов – черные, легирующие, цветные, редкие металлы и рассеянные элементы, благородные металлы, радиоактивные металлы.

25

Неметаллические (нерудные) полезные ископаемые являются источником получения химических элементов (неметаллов), а также природных химических соединений. Кроме того, они являются источником получения отдельных минералов и горных пород, которые используются в народном хозяйстве благодаря комплексу их специфических свойств.

Всвою очередь, в этом типе выделяется несколько классов

взависимости от того в каких отраслях производства используется минеральное сырье. К первому относится индустриальное сырье, включающее следующие виды: абразивы (минералы с высокой твердостью), огнеупоры (минералы, обладающие высокой термической стойкостью), оптическое сырье (природные кристаллы, обладающие специфическим оптическими свойствами), диэлектрики (минералы, обладающие высокими диэлектрическими свойствами), металлургическое сырье (минералы и горные породы, используемые в виде дополнительных компонентов в процессе металлургического передела руд), драгоценные камни и камнесамоцветное сырье (минералы и горные породы, обладающие высокими декоративными характеристиками).

Вторым классом является химическое и агрохимическое сырье, включающее два вида – химическое сырье (полезные ископаемые, используемые в химической промышленности) и агрохимическое сырье (полезные ископаемые, применяемые для производства минеральных удобрений и в агротехнике).

Третьим классом являются природные строительные материалы и сырье для их производства, включающие следующие виды: строительные камни (горные породы с соответствующими физико-механическими свойствами), облицовочные камни (горные породы с высокими декоративными свойствами), наполнители бетонов (раздельнозернистые рыхлые обломочные осадочные породы), цементное сырье (минералы и горные породы, необходимые для производства вяжущих материалов – цемента, извести, алебастра), стекольно-керамическое сырье (минералы и горные породы, используемые для производства стекольных и керамических изделий).

Третьим типом полезных ископаемых являются твердые горючие ископаемые, или каустобиолиты, к которым относятся ископаемые угли, горючие сланцы, торф, твердые биту-

28

мы, асфальтиты, озокериты, янтарь, т.е. природные субстанции органического происхождения.

В этом типе с определенной долей условности принято выделять три вида: энергетическое сырье (каустобиолиты, используемые как топливо), металлургическое сырье (специфические каменные угли для производства кокса, а также угли, необходимые как топливо в металлургии, минуя процесс коксования), углехимическое сырье (горючие сланцы и бурые угли, используемые для газификации, производства синтетического топлива и т.д.).

29

ГЛАВА 4. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОЛЕЗНЫЕ

ИСКОПАЕМЫЕ И НАПРАВЛЕНИЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Этот тип полезных ископаемых является сырьем для получения химических элементов – металлов, вне зависимости от того, каким способом происходит извлечение из него полезных компонентов. Согласно классификации, представленной в табл. 3, металлические полезные ископаемые разделяются на ряд классов в зависимости от специфики свойств извлекаемых из них металлов.

4.1. Черные и легирующие металлы

Строго говоря, нет общепринятого разделения металлов в этом классе. Главными черными металлами являются железо, а также марганец и титан. К ним относят также и хром, хотя по своим свойствам и направлениям применения он может быть отнесен к легирующим металлам.

Легирующими являются такие металлы, прибавка небольших количеств которых к основному металлу позволяет получить сплав с заданными свойствами. Типичными легирующими металлами являются никель, кобальт, вольфрам, молибден и ванадий.

4.1.1. Черные металлы

Железо – элемент VIII группы периодической системы, порядковый номер – 26, атомная масса – 55,8, плотность – 7,8 г/см3, температура плавления – 1539 °С, цвет серебристо-белый.

Это один из наиболее распространенных элементов земной коры, входит в состав большого числа минералов. В химически чистом виде – блестящий серебристо-белый, вязкий и ковкий металл.

Главные промышленно ценные минералы железа: магнетит Fe3О4 (магнитный железняк) (Fe – 72,4 %), а также мартит (псевдоморфоза гематита по магнетиту), гематит (красный железняк, железный блеск, железная слюдка) Fe2О3 (Fe – 70 %), гётит HFeO2 (Fe – 89,9 %), лимонит (гидрогётит) НFeO2×nH2O

30