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.

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.

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.

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.