ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТИПЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЖЕЛЕЗА.Железо является широко распространенным в земной коре элементом – на втором месте после алюминия. Среднее содержание (кларк) железа в земной коре составляет 4,65%. Известно около 450 минералов, содержащих железо. Промышленными минералами являются:

─ магнетит FeFe₂O₄,

─ гематит Fe₂O₃ и мартит – псевдоморфоза по магнетиту,

─ ильменит FeTiO₃,

─ бурые железняки – горные породы или смеси гидроксидов железа (минералы гётит, лимонит) и глинистых минералов,

─ сидерит FeCO₃,

─ железистые хлориты – гидроалюмосиликаты, содержащие железо и магний.

Применение в промышленности. Железные руды являются исходным сырьём для получения чугуна (с содержанием углерода 2-4% и более) и стали (0,2-2% углерода). Добавка легирующих металлов (марганец, ванадий, хром, никель, кобальт, вольфрам, молибден) улучшает качество сталей: повышает их механическую прочность, антикоррозионные свойства, кислотоупорность, жаростойкость. Бурые железняки могут также использоваться для получения красок.

Минимальное содержание железа в рудах, пригодных для непосредственной плавки должно быть таким: в магнетитовых и гематитовых рудах составляет 46-50%, в бурожелезняковых – 37-45%, в сидеритовых 30-36%. Минимальное содержание железа в руде, требующей обогащения, составляет около 25%. Руды с содержанием железа более 57% называют богатыми железными рудами, более 68% – наиболее богатыми. Вредные примеси в железных рудах: сера, фосфор, мышьяк, цинк, свинец (их содержание – не более десятых и сотых долей процента).

Общие мировые запасы железных руд составляют около 400 млрд.тонн. Основные запасы железных руд приходятся на Россию, США, Бразилию, Австралию, Китай. Ежегодная мировая добыча – около 1 млрд.тонн. В России месторождения сосредоточеныв европейской части страны. Сибирь и Дальний Восток в меньшей степени обеспечены разведанными запасами железных руд. В 1993 году в России на балансе числились 172 месторождения железных руд с суммарными запасами около 100 млрд.тонн; из них разрабатывались 53 месторождения. Стоимость железной руды в России в январе 2012 года составила около 140 долларов за тонну (63% железа); в 2009 году железная руда стоила около 50-70 долларов за тонну.

Железорудные месторождения встречаются во всех генетических типах, но ведущая роль принадлежит метаморфогенным и осадочным месторождениям, важное значение имеют также скарновые, магматические и карбонатитовые месторождения.

Метаморфогенные гематит-магнетитовые месторождения содержат основную массу мировых запасов и дают около 60% мировой добычи железной руды. Эти месторождения представлены докембрийскими железистыми кварцитами. Главные минералы этих пород: гематит, магнетит, кварц, возможны амфибол, пироксен, хлорит. Содержание железа изменяется от 25 до 45%. Характерны низкие содержания серы и фосфора, хорошая обогатимость руд. Месторождения уникальные – запасы железистых кварцитов составляют десятки-сотни миллиардов тонн. С железистыми кварцитами связаны тела богатых железных руд, которые приурочены к древней метаморфизованной коре выветривания кварцитов. Это плащеобразные залежи, несогласно перекрывающие крутопадающие пласты железистых кварцитов, и линейные залежи, уходящие на глубину клинообразные рудные тела, расположенные среди железистых кварцитов. В богатых рудах содержание железа – до 55-70%.

В России наиболее крупные месторождения метаморфогенного типа – это месторождения Курской магнитной аномалии (КМА), а также месторождения в Карелии, на Кольском полуострове, Приморье.

Прогнозные ресурсы оценены до глубины 700-1200 м. Большинство месторождений разрабатываются открытым способом.

Осадочные месторождения железных руд широко распространены в мире и имеют важное промышленное значение, обеспечивая до 30% мировой добычи. Это морские и континентальные (озерные и болотные) месторождения, представленные бурыми железняками, сидеритом и железистым хлоритом. Большее значение имеют морские месторождения. Содержание железа в рудах 20-50%. Возможны вредные примеси: S, P, As. Пример – Керченский железорудный бассейн в Крыму. Железорудные пласты кайнозойского возраста связаны с крупными синклиналями-мульдами (площадью от 0,5 до 28 км²). Мощность рудных пластов в центральных частях мульд 25-30 м, по периферии 6-12 м, до 0,5 м.

Скарновые месторождения образуются на контакте карбонатных пород с гранитами, диоритами, сиенитами. Рудные тела представлены гнёздами, линзами, штоками и пластообразными залежами сплошных и вкрапленных руд. Содержание железа 20-70%. Основные минералы: магнетит, мартит, гематит. Месторождения средние по масштабам запасов. Примеры: месторождения на Урале (гора Магнитная, гора Благодать и др.), Западной Сибири, Казахстане.

Магматические месторождения титаномагнетитовых руд приурочены к массивам основных и ультраосновных интрузивных пород и контролируются зонами крупных глубинных разломов. Руды вкрапленные и массивные с содержанием железа 50-55%, титана 8-12%. Примеры: месторождения на Урале, в Карелии, Забайкалье.

Карбонатитовые апатит-магнетитовые месторождения локализуются в пределах щелочно-ультраосновных интрузивов и тесно связаны с зонами разломов. Железорудные тела представлены преимущественно апатит-оливиновыми породами с вкрапленностью, жилами и прожилками магнетита. Пример: Ковдорское месторождение в Мурманской области с содержанием железа 20-55%, запасами магнетитовых руд около 700 млн.тонн.

Месторождения золота.Золото – первый металл, известный человеку. Оно обладает многими уникальными свойствами: большой плотностью, удивительной стойкостью к воздействию агрессивных сред, высокой электро- и теплопроводностью, исключительно высокой отражательной способностью. Золото ковко: из 1 г металла можно получить тончайшую пластину площадью в 27 м² или вытянуть проволоку длиной 300 м. Золото образует сплавы с различными металлами - Cu, Pt, Ag, Cr, Ni, Co, Al, Zn, Sn. Золото технологично, оно хорошо паяется и сваривается под давлением, из него можно сделать сверхтонкую фольгу, тончайшую проволоку, изготовить так называемые кроющие материалы на металлы, керамику, синтетические поверхности. Эти свойства нашли широкое применение золоту в ювелирном деле, электронной промышленности, стоматологии. Из золота и его сплавов изготавливают сварочные материалы в деталях космических ракет (в том числе для покрытия поверхности), ядерных реакторов, электроды для полупроводников, плавкие контакты, тончайшие волоски для особо точных измерительных приборов и другие материалы для различных промышленных приборов и аппаратов. Именно золото до сегодняшнего дня играет ведущую роль в валютном обращении, составляя так называемый «золотой запас», который служит обеспечением и валютой при международных платежах.

Кларк золота в земной коре составляет 4,5 ´ 10^-7 %. В природных условиях золото встречается главным образом в самородном виде. Оно не бывает химически чистым, в нём содержится до 40 металлов-примесей, среди которых главные – Ag, Cu, Fe, Bi, Pb, Sb, Hg и металлы платиновой группы. Качество золота оценивается его пробой – содержанием химически чистого золота в 1000 единицах объёма природного минерала (или изделия). Высокопробное золото имеет пробу более 900, низкопробное – менее 700. В России стандартные пробы изделий из золота – 375, 585, 750, 958.

По размеру природные выделения золота подразделяют на дисперсные (менее 10 мкм – микрон или микрометров, что равно 10⁻⁶ метра или 10⁻³ миллиметра), мелкие (до 0,1 мм), средние (до 1 мм), крупные (до 5 мм) и самородки (более 5 мм или 10 г по массе). За всю историю человечества было найдено не более 25-30 крупных самородков – массой более 10 кг.

Кроме самородного золота известны ещё около 20 золотосодержащих минералов, используемых промышленностью при переработке руд.

Минимальное содержание золота в коренных месторождениях составляет 3 г/т, в россыпных месторождениях – 0,1 г/т.

Россия по разведанным запасам золота занимает третье место (после ЮАР и США) и седьмое по его добыче (после ЮАР, США, Австралии, Канады, Китая и Индонезии).

Цена на золото с 1998 года по 2008 год увеличилась с 200 до 900 долларов за тройскую унцию (около 31,1 г), в 2011 году – до 1600-1700 долларов.

Генетические типы месторождений золота. Золото встречается в эндогенных и экзогенных месторождениях: в коренных, россыпных и комплексных. Наибольшее промышленное значение имеют гидротермальные, метаморфогенные и россыпные месторождения (для России – гидротермальные и россыпные).

Коренные месторождения золота в России преимущественно гидротермального происхождения – плутоногенные и вулканогенные. Это золото-кварцевые, золото-кварц-сульфидные, золото-сульфидные и золото-серебряные месторождения.Рудные тела представлены в основном жилами, реже крупными минерализованными зонами и штокверками с различным содержанием кварца и сульфидов (пирит, халькопирит и другие). Золото присутствует в самородном виде и в сульфидах. Концентрация золота изменяется в широких пределах: от первых граммов на тонну до «ураганных» содержаний – многих сотен граммов на тонну. В России такие месторождения расположены на Южном Урале, в Прибайкалье, Магаданской области, в районах рек Амур, Колыма, в Охотско-Чукотской, Камчатско-Курильской, Алтае-Саянской провинциях.

Россыпные месторождения играют существенную роль в добыче золота. Основное промышленное значение имеют аллювиальные и прибрежно-морские россыпи (в России - бассейны рек Лена, Колыма, Алдан, Енисей и на Чукотке).

Из комплексных золотосодержащих месторождений золото добывают попутно. Главное значение имеют месторождения меди и полиметаллические – свинцово-цинковые. При низких начальных концентрациях золота в рудах, добыча его из этих месторождений зависит от потребностей цветной металлургии в меди, свинце, цинке и других металлов.

Уникальное метаморфогенное месторождение Витватерсранднаходится в ЮАР. Рудное тело имеет размеры 350 х 200 км². Золотоносные конгломераты прослежены на глубину 4,6 км. Содержание золота от 8 до 20 г/т. Извлекают также серебро, металлы платиновой группы, уран и алмазы. Подобные месторождения имеются в Австралии, Канаде, Бразилии.

Природные самородки редки, поэтому самый древний способ добычи золота, основанный на его большой плотности, промывание золотоносных песков. Золото почти в 20 раз тяжелее воды и примерно в 8 раз тяжелее песка. Золотоносный песок вычерпывают со дна рек и озер и обогащают на драгах.

Коренные месторождения экономически выгодно разрабатывать, если в тонне руды содержится всего 3 г золота, а при содержании более 10 г/т оно считается богатым.

Старый, так называемый ртутный, способ извлечения золота из руды – амальгамирование основан на том, что ртуть хорошо смачивает золото (как вода смачивает но не растворяет стекло). Тонко размолотую золотоносную породу встряхивали в бочках, на дне которых находилась ртуть. При этом частички золота прилипали к жидкому металлу, смачиваясь ртутью со всех сторон. Затем ртуть отделяли от пустой породы и сильно нагревали. Летучая ртуть отгонялась, а золото оставалось в неизменном виде. Недостатки этого метода – высокая ядовитость паров ртути и неполнота выделения золота: самые мелкие его частицы смачиваются ртутью плохо.

Современный способ добычи золота из бедных руд – выщелачивание цианидом натрия, при котором даже самые мелкие крупинки переводят в водорастворимые цианистые соединения. Затем из водного раствора извлекают золото, например, извлекая его с помощью цинкового порошка. Выщелачивание позволяет извлекать остатки золота из отвалов заброшенных разработок, фактически превращая их в новое месторождение. Перспективен и метод подземного выщелачивания: раствор цианида закачивают в скважины, он по трещинам проникает внутрь породы, где растворяет золото, после чего раствор выкачивают через другие скважины.

Сплавы:

- золота (75%), серебра (20%) и индия (5%) называется зеленое золото и используется для изготовления ювелирных изделий;

- золота и платины (47:1) имеет белый цвет;

- 78% золота и 22% алюминия имеет рубиново-красный цвет;

- 75% золота, 20% палладия и 5% серебра имеет белый цвет ("белое золото");

- 75% золота и 25% серебра имеет зеленый цвет;

- 80% золота с 20% никеля имеет белый цвет.