2.1.3.Вещественный состав полезных ископаемых

На оглавление

Являясь природными минеральными образованиями, все по­лезные ископаемые обладают определенным вещественным (ми­неральным и химическим) составом, строением, или структурно-текстурными особенностями, а также некоторым комплексом физических, физико-химических и технологических свойств. Все эти характеристики в общем случае обусловливают качество по­лезных ископаемых, которое имеет важнейшее значение для оценки месторождений с целью их промышленного использо­вания.

Вещественный состав металлических и неметаллических руд определяется соотношением рудных, или ценных, и сопутствую­щих им нерудных, или жильных, минералов. В металлических рудах рудные минералы являются носителями ценных метал­лов (табл. 2), в неметаллических- ценные минералы служат носителями элементов-металлоидов или же сами представляют практический интерес благодаря специфическим свойствам.

Количественные соотношения между рудными и сопутствую­щими жильными минералами колеблются в разных месторож­дениях в широких пределах. Так, в золотоносных жилах кварца на долю золота приходятся тысячные доли процента, в полиме­таллических рудах содержание галенита и сфалерита может достигать 30 - 50%; богатые руды железа почти целиком со­стоят из рудных минералов.

По составу преобладающей части минералов выделяются следующие типы руд:

самородные - самородные металлы и интерметаллические соединения - медь, золото, платина;

сернистые и им подобные - сульфиды, арсениды и антимониды тяжелых металлов - меди, цинка, свинца, никеля, ко­бальта, молибдена;

оксидные - оксиды и гидроксиды железа, марганца, хрома, олова, урана, алюминия;

карбонатные - карбонаты железа, марганца, магния, свинца, цинка, меди;

сульфатные - сульфаты бария, стронция, кальция;

фосфатные - апатитовые и фосфоритовые неметаллические руды, а также фосфаты некоторых металлов;

силикатные - сравнительно редкие руды железа, марганца, меди; широко распространенные неметаллические полезные ис­копаемые— слюда, асбест, тальк;

галоидные) - минеральные соли и флюорит.

По вещественному составу, определяющему промышленную ценность и технологические свойства, полезные ископаемые разделяются на природные типы и промышленные сорта.

Таблица главные ценные минералы руд. 2.1

Элемент	Минерал	Формула	Содержа­ние элемента, %	Плот­ность, п-10', кг/м3
Алюминий	Диаспор	АlO(ОН)	47,2	3,3
»	Бёмит	АlO(ОН)	47,2	3,0
»	Гидраргилит	Аl(ОН)3	36,2	2,4
	(гиббсит)
	Нефелин	КNа3[АlSiO4]4	18,9	2,6
»	Алунит	КАl3[S04]2(0Н)6	20,5	2,7
Барий	Барит	(Ва, Sг)[504]	58,0	4,3
Бериллий	Берилл	Ве3Аl2[Si6018]	5,1	2,7
Вольфрам	Вольфрамит	(Fе, Мп)[WO)4]	60,5	7,0
»	Шеелит	Са[WO)4	63,8	6,0
Железо	Магнетит	Fе304	72,3	5,2
»	Гематит	Fе203	70,0	5,2
»	Лимонит	FеО(ОН) • nН20	55,0	4,0
»	Сидерит	Fе[С03]	48,1	3,8
» Калий	Ильменит	(Мg,Fe)ТiO3	36,8	4,5
	Сильвин	КСl	52,4	2,0
»	Карналлит	КСlМgСl2•6Н20	14,1	1,6
Литий	Сподумен	LiАl[Si2О6]	8,1	3,2
»	Лепидолит	КLi2Аl[Si4О]0] • (Fе, ОН)2	3,7	2,8
Марганец	Пиролюзит	Мп02	63,2	4,8
»	Манганит	МпО(ОН)	62,5	4,3
»	Псиломлан	тМn0•Мn02•nН20	45,0	4,6
Медь	Медь самород	Си	100	8,8
»	Халькозин	Си2S	79,8	5,7
»	Ковеллии	Си2S • СиS2	66,5	4,7
»	Халькопирит	СиFеS2	34,6	4,2
»	Борнит	Си5Fе34	63,3	5,2
»	Куприт	Си20	88,8	6,0
»	Малахит	Си2[С03](0Н)2	57,5	4,0
»	Азурит	Си3[С03)2(0Н)2	55,3	3,8
Молибден	Молибденит	МоS2	60,0	4,8
Мышьяк	Арсенопирит	FeАsS	46,0	6,0 '
»	Реальгар	АsS	70,1	3,5
»	Аурипигмент	Аs2S3	61,0	3,5
Никель	Пентландит	(Fе, Ni)9S8	34,2	4,8
»	Силикаты ни­келя		18,0	2,8
Олово	Касситерит	Sn2	78,7	7,0
Ртуть	Киноварь	НgS	86,2	8,1
Свинец	Галенит	РЬS	86,6	7,5
Сера	Сера самород-	S	100,0	2,0
»	Пирит	FеS2	53,4	5,2
»	Пирротин	Fе1-xS	36,5	4,6
»	Гипс	СаS04-2Н20	23,2	2,3
Сурьма	Антимонит	Sb2S3	71,4	4,6
Титан	Рутил (титанит)	ТiO2	60,0	4,2
»	Ильменит	(Мg, Fе)ТiO3	31,6	4,7
Фосфор	Апатит	Са5[Р04]3(F, Сl, ОН)	41,5	3,2
»	Фосфорит	Смесь апатита и гидроксил-	20,0	3,0
		апатита
Фтор	Флюорит	СаF2	48,8	3,2
Хром	Хромит	FеСг204	46,4	4,4
Цинк	Сфалерит	ZnS	67,1	3,8

Типами полезных ископаемых называют их природные раз­новидности, выделяемые в зависимости от минерального со­става, текстурных и структурных особенностей с учетом возмож­ности пространственного обособления. Промышленные сорта включают один или несколько природных типов полезных иско­паемых, разработка которых рентабельна и обеспечивает необ­ходимое качество получаемой продукции.

По степени концентрации ценных минералов различают богатые (массивные, сплошные), рядовые и бедные (вкраплен­ные) руды. По генезису руды делят на первичные (неизменен­ные) и вторичные. Наконец, существует группировка мине­рального сырья по сортам, основанная на различии специфиче­ских свойств и характеристик ценных минералов.

Важным показателем вещественного состава руд, влияю­щим на оценку их качества, служит содержание вредных при­месей. Для руд железа и марганца вредными примесями яв­ляются сера и фосфор, для бокситов - кремнезем и сера, для золотых руд - мышьяк, для фосфоритов - магний, для серных руд - общий углерод, битумы, мышьяк и селен. Вредные при­меси снижают качество руд, а в ряде случаев делают крайне сложными или невозможными их переработку и использо­вание.

В большинстве случаев руды кроме главных содержат со­путствующие ценные компоненты. Их извлечение даже при не­большом содержании повышает общую ценность руд. Часто попутные ценные компоненты по стоимости превышают глав­ные, а их запасы в комплексных месторождениях нередко выше, чем на крупных самостоятельных месторождениях. К со­жалению, многие комплексные руды труднообогатимы.

Для полезных ископаемых, которые используются целиком, без предварительной переработки (например, строительные горные породы), ценные и сопутствующие минералы не выде­ляются. К основным характеристикам их вещественного со­става, определяющим качество минерального сырья, относятся физико-технические свойства пород, соответствующие направ­лениям промышленного применения.

Специфический состав имеют твердые горючие ископае­мые- угли, горючие сланцы; они содержат органические и не­органические компоненты. Органические компоненты представ­ляют собой обособленные элементы исходного растительного материала и продуктов его преобразования. Они обычно раз­личаются под микроскопом, так как, с одной стороны, об­ладают определенными морфологическими и структурными признаками, а с другой, - изменчивым под влиянием геологи­ческих факторов химическим составом и физическими свойст­вами. По особенностям состава и свойств среди твердых го­рючих ископаемых выделяют макротипы (литотипы), микроли-тотипы и микрокомпоненты.

К неорганическим компонентам, обязательно присутствую­щим в твердых горючих ископаемых в больших или меньших количествах, относятся минеральные примеси (глинистые мине­ралы, карбонаты, сульфиды железа, кварц и др.). Кроме мине­ральных примесей в твердых горючих ископаемых содержится от 15 до 60 % влаги.

В состав органических компонентов входят углерод, водо­род, кислород, азот, сера и фосфор. Минеральные примеси и вода считаются балластом. Сера и фосфор принадлежат к вредным примесям. Содержание балластных и вредных со­ставляющих для большинства направлений использования твер­дых горючих ископаемых строго лимитируется.

Текстурно-структурные особенности полезных ископаемых являются важными показателями оценки качества минерального сырья для технологических целей. Взаимоотношения минераль­ных агрегатов, форма, размеры и способы сочетания в них ми­нералов влияют на схему переработки полезных ископаемых, обуславливают оптимальную крупность их дробления и из­мельчения, обеспечивающую наиболее полное раскрытие зерен и извлечение полезных компонентов в соответствующие кон­центраты

Текстура полезных ископаемых определяется пространствен­ным взаиморасположением минеральных агрегатов, отличаю­щихся друг от друга по составу, форме, размерам и структуре. По масштабам проявления выделяют мега-, макро- и микро - текстуры. Первая характеризует крупные по площади минераль­ные агрегаты, взаимоотношения между которыми изучаются в естественных или искусственных обнажениях. Макрострук­тура различается визуально в отдельных штуфах полезного ископаемого. Микротекстура наблюдается под микроскопом.

Структура полезных ископаемых определяется формой, раз­мерами и способом сочетания отдельных минеральных зерен или их обломков в пространственно обособленных минеральных агрегатах. Микроструктура изучается в мелкозернистых агре­гатах под микроскопом.

По морфологическим признакам выделяются следующие типы текстур полезных ископаемых: массивная, пятнистая, по­лосчатая, прожилковая, сфероидальная, почковидная, дробле­ная, пустотная, каркасная, рыхлая (рис. 2.5).

Массивная (сплошная) текстура характеризуется равномер­ным выполнением пространства агрегатами моно- или полими­нерального состава; она распространена на месторождениях всех генетических типов.

Пятнистой (такситовой, вкрапленной) текстуре свойст­венны неправильные выделения рудных минералов среди не­рудной минеральной массы. Она отмечается в месторождениях всех типов, кроме осадочных.

Полосчатая текстура и ее разновидности - ленточная, слои­стая, линзовидная.

Плойчатая, гнейсовидная, гребенчатая и др.- представлены чередованием полос различного минераль­ного состава или с различной структурой. Отдельные разновид­ности полосчатой текстуры присущи месторождениям определен­ных типов:

слоистая - осадочным,

гнейсовидная, сланцеватая и плойчатая - метаморфогенным,

гребенчатая (крустификационная) и поточная (флуктуационная) - магматогенным.

Прожилковая текстура типична для магматических и гид­ротермальных месторождений. Она образуется системой сет­чатых, пересекающихся или почти параллельных прожилков.

Сфероидальная текстура отличается концентрическими вы­делениями минеральных агрегатов. Для различных типов место­рождений характерны отдельные ее разновидности:

• нодулярная - для магматических,

• кокардовая, друзовая и секреционная - для гидротермальных,

• конкреционная и секреционная - для месторождений выветривания,

• оолитовая, бобовая, конгломератовая - для осадочных, кольцевая,

• друзовая и лучистая - для метаморфогенных.

Почковидная текстура возникает при выделении минераль­ных масс из коллоидных растворов. Наиболее часто она наблю­дается в рудах месторождений выветривания и гидротермаль­ных.

Текстура дробления формируется в результате дробления минеральных масс ранней генерации и последующей цемента­ции обломков минералами поздних генераций. Отдельные ее разновидности — брекчиевая, брекчиевидная, петельчатая — от­мечаются в рудах месторождений метаморфогенных, магмати­ческих, гидротермальных и выветривания.

Рис. 2.5. Типы текстур полезных ископаемых (по В. И. Смирнову):

а - пятнистая, б - полосчатая, в - крустификационная, г - прожилковая, д - кокардовая, е - оолитовая, ж – брекчиевая

Пустотная (пористая, пузырчатая, сотовая) текстура типична для отдельных участков месторождений выветривания и отличается кавернозным строением рудной массы, обуслов­ленным избирательным выщелачиванием минералов.

Каркасная (ячеистая, ящичная) текстура также возникает в зоне окисления рудных месторождений. Она представлена системой тонких минеральных перегородок, ячейки которых выполнены рыхлой минеральной массой.

Рыхлая (обломочная, землистая, порошковая, сажистая) текстура наблюдается на месторождениях выветривания и оса­дочных. Она свойственна слабо уплотненным осадкам, сложен­ным обломками и зернами различного размера.

Среди структур полезных ископаемых по морфологическим признакам выделяются следующие типы: равномернозернистая, неравномернозернистая, пластинчатая, волокнистая, зональная, кристаллографически ориентированная, тесного срастания, за­мещения, дробления, колломорфная, сферолитовая, обломочная (рис.2.6.).

Равномернозернистая структура характеризует минеральные агрегаты, сложенные зернами минералов приблизительно од­ного размера. Она типична для эндогенных месторождений. В рудах магматогенных месторождений встречаются равномернозернистые структуры отложения (гипидиоморфнозернистая, аллотриоморфнозернистая, сидеронитовая и др.), а врудах метаморфо­генных месторождений - структуры перекристаллизации.

Неравномернозернистая структура отмечается в мелкозер­нистых агрегатах, включающих выделения крупных зерен, или в крупнозернистых агрегатах, содержащих мелкие включения какого-либо минерала. Этот тип структур присущ магматиче­ским и гидротермальным месторождениям.

Пластинчатая и волокнистая структуры, наблюдаемые в эн­догенных месторождениях, характеризуются соответственно пластинчатой и нитевидной формой слагающих полезное ископаемое минеральных выделений.

Зональная структура выражается в закономерном чередова­нии минеральных полос, последовательно отлагавшихся из гид­ротермальных растворов.

Кристаллографически ориентированная структура (решет­чатая, эмульсионная) свойственна магматическим, пегматито­вым и реже гидротермальным месторождениям. Для нее ти­пичны выделения одного минерала по кристаллографическим направлениям другого.

Структура тесного срастания (сетчатая, графическая и др.) возникает в результате глубокого проникновения одних минералов в другие с образованием сложных извилистых гра­ниц. Она встречается преимущественно в магматогенных место­рождениях

Структура замещения формируется в процессе метасоматического выделения одних минералов по контурам ранее обра­зовавшихся. Ее разновидности - петельчатая, скелетная, ре­ликтовая- отмечаются в рудах зоны выветривания и гидро­термальных месторождений.

Структура дробления наблюдается в основном в метамор­фогенных месторождениях. Она является результатом отложе­ния поздних минералов в разрушенных зонах ранее выделяв­шихся агрегатов.

Колломорфная структура полезных ископаемых коры вы­ветривания, а также осадочного и гидротермального происхож­дения развивается при выделении минералов из коллоидных растворов.

Рис. 2.5. Типы структур полезных ископаемых (по В. И. Смирнову):

а -равномернозернистая, б -неравномернозернистая, в –кристаллографически ориентированная, г-дробения, д - колломорфная

Сферолитовая структура отличается лучистым или концент­рически-округлым строением минерального агрегата. Она на­блюдается в рудах месторождений выветривания и гидротермальных. Обломочная структура типична для осадочных месторожде­ний. Она характерна для раздельнозернистых или сцементиро­ванных минеральных масс.

Контрольные вопросы и задания

1. Что называется качеством полезных ископаемых?

2. Какие характеристики определяют вещественный состав металлических и неметаллических руд, ископаемых углей, строительных горных пород?

3. Назовите главные промышленные минералы руд алюминия, вольфра­ма, железа, марганца, меди, никеля, серы, фосфора.

4. Что такое типы и сорта полезных ископаемых?

5. Что называется текстурой и структурой полезных ископаемых?