Полезные ископаемые и минеральные ресурсы Земли

Человек издавна использовал и использует все в большем и большем количестве минералы и горные породы для своих практических нужд. Люди каменного века хорошо знали кремень и нефрит. В бронзовый и железный века огромное значение имели руды меди, олова, железа. Сегодня трудно найти такую отрасль промышленности или сельского хозяйства, где бы прямо или косвенно не применялись минералы, горные породы или изделия из них. Поэтому основная цель геологических исследований заключается в выявлении минеральных богатств, таящихся в недрах Земли. Природные минеральные богатства называются полезными ископаемыми. Они образуют в земной коре различные по величине скопления. Те из них, которые пригодны для промышленного освоения, называются месторождениями. Горные породы, из которых извлекаются ископаемые в виде отдельных минералов или химических элементов, называются рудами.

 

Различают следующие группы полезных ископаемых: топливно-энергетическое сырье, черные и легирующие металлы, цветные металлы, благородные металлы, химическое и агрохимическое сырье, техническое и огнеупорное сырье.

 

Топливно-энергетическое сырье включает нефть, природный газ, уголь, торф, горючие сланцы, ядерное топливо. Это основные источники энергии для большинства видов транспорта, тепловых электростанций, доменных печей. Уголь, нефть, газ, торф и сланцы используются также в качестве сырья для химической промышленности.

 

Нефть известна человечеству за 600 лет до н. э. Раскопки на берегу р. Евфрата показали, что уже в то время она добывалась и потреблялась как топливо. По своей теплотворной способности нефть в 1,5 раза превышает теплотворность лучших углей. В химической промышленности нефть широко используется для производства химикалий, синтетического каучука и волокна, пластических масс, синтетических жиров, спирта, органических кислот, растворителей, ядохимикатов для сельского хозяйства и других ценных продуктов. Из нефти вырабатывается продукция для медицины и парфюмерии; недавно возникла новая отрасль нефтехимии — промышленность белковых веществ.

 

Природный газ обладает высокой теплотворной способностью и является самым экономичным топливом. В химической промышленности из него также получают синтетический каучук и волокна, метиловый и этиловый спирты, жиры, пластмассы, синтетический аммиак, азотистые удобрения, ацетилен, взрывчатые вещества, водород, медикаменты.

 

При химической переработке нефти и природного газа производится более 3 тысяч ценных продуктов.

 

Ископаемые угли подразделяются на бурые, каменные и антрациты. Бурые угли окрашены в коричневые тона, часто содержат остатки неразложившихся растений. Каменные угли черные, плотные, с микроскопическими растительными остатками. Антрациты имеют сероваточерный цвет с металлическим блеском и характеризуются полным отсутствием растительных остатков. Угли используются главным образом как энергетическое и технологическое топливо (кокс). Коксующиеся угли представляют большую ценность, так как без кокса невозможно выплавлять в домнах чугун. Кокс — это пористое спекшееся вещество, являющееся остатком сухой перегонки угля при нагревании до 800—850* С без доступа воздуха. Особенно значительный интерес представляют выделяющиеся при этом смолы и газообразные вещества. Они идут на изготовление искусственного бензина и керосина, лекарств и ароматических веществ, пластмасс, синтетических тканей и т. п.

 

Горючие сланцы представляют собой осадочную породу, в которой кроме минеральной основы (кремнистых, глинистых и карбонатных минералов) присутствует твердое органическое вещество. В качестве энергетического топлива сланцы сжигаются в котлах электростанций. При сухой перегонке эта порода дает горючий газ и сланцевую смолу, близкую по химическому составу к нефти. В результате термической переработки горючих сланцев получается широкий ассортимент химической продукции: из смол получают шпалопропиточное масло, электродный кокс, битум и другие продукты; из газа — серу, гипосульфат, бензин, толуол.

 

Ядерное топливо добывается из урановых руд. Главным рудным минералом урана является уранит U02 и его натечные почковидные разности (урановые смолки). В настоящее время широкое развитие получает использование ядерного топлива в атомных электростанциях.

 

Особую роль в народном хозяйстве играют металлы. Из всех известных в настоящее время химических элементов 83 являются металлами. Благодаря таким свойствам, как прочность, твердость, пластичность, коррозионная стойкость, жаропрочность, высокая электропроводимость и многим другим, металлы занимают ведущее место в технике. Наибольшая роль принадлежит группе черных и легирующих металлов. К ним относятся: железо, марганец, титан, хром, ванадий, никель, кобальт, вольфрам, молибден.

 

Руды железа используются главным образом для выплавки чугуна, стали и ферросплавов. Важнейшие минералы железа — это магнетит, или магнитный железняк (Fe3C>4), гематит, или красный железняк (Fe203), и лимонит, или бурый железняк (Fe203 • пН20). Магнитные железняки содержат до 50—60% железа и обладают высокой магнитностью. В районе их залежей образуются магнитные аномалии. Благодаря этому, в частности, были открыты такие крупнейшие месторождения магнитных железняков, как Курская магнитная аномалия, Соколовское и Сарбайское месторождения в Кустанайской области, и ряд других.

 

Красные железняки содержат до 60—66% железа. Крупными месторождениями красных железняков являются Курская магнитная аномалия, Криворожское, а также Атасуйское месторождение в Центральном Казахстане. В бурых железняках содержание железа колеблется от 30 до 55%. Их крупные месторождения находятся на Керченском полуострове, в Кустанайской, Тульской и Липецкой областях.

 

В последние годы в связи с развитием научно-технического прогресса большое практическое значение приобретают так называемые железистые кварциты (джеспилиты). Это сравнительно бедные руды осадочно-метаморфического происхождения. Они содержат до 20—40%' железа и представлены чередованием тонких прослоек магнетита или гематита с кварцем. Крупнейшие в мире месторождения таких руд имеются в районе Курской магнитной аномалии.

 

Титан используется в виде сплавов с алюминием, марганцем, железом, ванадием и медью. Эти сплавы отличаются стойкостью, жаропрочностью, высокой коррозионной устойчивостью и небольшим удельным весом. Они находят широкое применение в самолето- и ракетостроении, судостроении. Титан необходим также при изготовлении белил, в производстве линолеума, искусственного шелка, цветного стекла, глазури, при окраске кож и тканей.

 

Основными рудными минералами титана являются ильменит (FeTi03) и рутил (ТЮ2). Обычно ильменит образует вместе с магнетитом титаномагнетитовые руды. Они связаны с основными и щелочными магматическими породами (Урал, Кольский полуостров). Большое значение для получения титановых минералов имеют также россыпные месторождения (Украина, Казахстан, Западная Сибирь).

 

Хром находит применение в металлургической промышленности для выплавки высококачественных сталей, а также при хромировании металлических изделий и для получения хромовых препаратов. Сплавы хрома с железом, никелем, кобальтом отличаются твердостью, вязкостью, прочностью. Единственным рудным минералом хрома является хромит, или хромовый железняк FeCr204. Он втречается в ультраосновных магматических породах и всегда содержит значительную примесь магния и алюминия. Бедные хромом и богатые железом и алюминием руды используются в производстве огнеупорных кирпичей.

 

Марганец применяется главным образом в металлургической промышленности для выплавки высококачественных сталей. Незначительная часть его идет на изготовление сухих батарей, получение химических препаратов, в керамическую и стекольную промышленность.

Никель используется для покрытия изделий из железа и стали, изготовления сплавов с медью, хромом, алюминием, свинцом, кобальтом, марганцем, золотом и серебром, для изготовления высококачественных сталей. Основным рудным минералом никеля является пентлан-дит (Fe, Ni)9S8, содержащий до 22—42% никеля.

 

Вольфрам и молибден используются главным образом в производстве высококачественных сталей. Главными рудными минералами вольфрама являются вольфрамит (Mn, Fe)W04 и шеелит CaW04, а молибдена — молибденит M0S2.

 

К группе цветных металлов относятся алюминий, медь, свинец, цинк, олово и др.

 

Алюминий применяется в электропромышленности как заменитель меди. Значительная часть его используется для изготовления разнообразных сплавов с медью, магнием, марганцем и кремнием. Эти сплавы обладают высокой механической прочностью. Они незаменимы в авиастроении, автомобилестроении, судостроении и приборостроении. Главные минералы алюминия — диаспор и бёмит А1203-Н20, гидраргиллит А1203-ЗН20 и нефелин Na [AlSi04]. Важнейшей рудой алюминия являются бокситы. Они представляют смесь бёмита, диаспора или гид-раргиллита с небольшим количеством гидроокислов железа, окислов кремния и титана, карбоната кальция и других примесей. Другим источником получения алюминия являются нефелиновые сиениты и нефелино-апатитовые породы.

 

Медь — по значимости второй после железа металл — используется главным образом в электропромышленности. Широкое применение в машиностроении, автомобилестроении, при изготовлении химической аппаратуры находят сплавы меди с оловом, бериллием, алюминием (бронза), цинком (латунь), цинком и никелем (мельхиор). Наибольшее значение из минералов меди имеют халькопирит (34,5% меди) CuFeS2, борнит (63% меди) Cu5FeS4, халькозин (79,84% меди) Cu2S. Основными рудами меди являются медистые песчаники, прожилково-вкрапленные руды, а также медно-колчеданные и медно-никелевые сульфидные руды.

 

Свинец главным образом применяется в электропромышленности для аккумуляторных батарей, оболочки кабеля и т. д. Он используется при изготовлении мягких сплавов для подшипников и типографских шрифтов; охотничьей дроби, бронзы, свинцовых белил, фольги, а также в качестве защитных экранов при работе с радиоактивными веществами и рентгеновской аппаратурой. Цинк служит для покрытия железных листов, труб, проводов; для предохранения их от окисления; используется в производстве латуни и других сплавов. Свинец и цинк редко встречаются раздельно. В месторождениях они обычно сопутствуют друг другу, входя в состав свинцово-цинковых, или полиметаллических руд. Главными промышленными минералами свинца являются галенит, или свинцовый блеск PbS, и церуссит РЬСо3. Главные минералы цинка — сфалерит, или цинковая обманка ZnS, и смитсонит ZnC03.

 

Олово используется для получения различных сплавов, белой жести, фольги, химических препаратов. Оно извлекается из минерала касситерита, или оловянного камня Sn02, содержащего 76% олова.

 

Из благородных металлов наибольшее значение имеют платина, золото, серебро; меньшее — металлы платиновой группы: осьмий, иридий, палладий.

 

Платина — химически стойкий, тугоплавкий и электропроводный металл; используется в химической, электротехнической промышленности и в ювелирном деле. В природе платина встречается в самородном виде и в россыпных месторождениях. В ультраосновных магматических породах платина присутствует часто совместно с хромитом, а в основных породах — в медно-никелевых рудах.

 

Золото почти наполовину расходуется в электронной, атомной и радиотехнической промышленности, при изготовлении оборудования для производства синтетических тканей и т. д. Добывается оно в основном в качестве самородков в коренных и россыпных месторождениях. Значительное количество золота добывается из полиметаллических и медно-колчеданных руд.

 

Серебро применяется в сплавах с медью для выделки серебряных изделий. Используется оно также для получения бромистого серебра, которое идет на изготовление чувствительных материалов для кино и фотографии. Встречается серебро в самородном виде и как составная часть некоторых минералов. Основная его масса добывается из полиметаллических руд. В них серебро связано с галенитом. Часть серебра получают при переработке золотых и медных руд. Наиболее важным химическим и агрономическим сырьем являются сера, соли, фосфориты, апатиты, плавиковый шпат.

 

Сера идет на изготовление серной кислоты, из которой приготавливают минеральные удобрения, фосфорную, соляную и плавиковую кислоты. Ее используют в производстве пластических масс, красителей, взрывчатых веществ, крахмала, патоки; для очистки нефтепродуктов, отбеливания тканей. Сера применяется для вулканизации каучука в резиновой промышленности, в медицине, бумажной промышленности, для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве.

 

Из солей наибольшее значение для человека имеет каменная, или поваренная, соль. Это минерал галенит NaCl. Каждый человек на земном шаре за год съедает в среднем 6 кг соли. Более 90% добываемой каменной соли идет для получения соляной кислоты, едкого натра, соды, хлорной извести и других химических соединений натрия и хлора. Очень ценным сырьем для современной химической и стекольной промышленности является мирабилит Na2S04- 10Н2о.

 

С поваренной солью теснейшим образом связаны ценные калиевые, магниевые, борные соли, а также гипсы и ангидриты. Свыше 90% калийных солей используется в производстве минеральных удобрений. Остальная часть идет на получение химических препаратов — едкого кали, поташа, марганцевокислого калия, углекислого калия и т. д.

 

Фосфатные полезные ископаемые — апатит и фосфаты являются важным сырьем для производства минеральных удобрений. Около 10% фосфатов идет на получение фосфорной кислоты.

 

Плавиковый шпат, или флюорит CaF2, используется для приготовления плавиковой кислоты, при изготовлении стекол и эмалей, оптических изделий, применяемых при работе с ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами. Добавка флюорита к стали или цементу снижает температуру их плавки или обжига на 250—300' С. Это дает экономию топлива на 6—7%.

 

К группе технического и огнеупорного сырья относятся графит, пьезокварц, асбест, магнезит, слюда, технические алмазы и др. Графит по электропроводности и теплопроводности не уступает металлам. Температура его плавления около 3850° С. В связи с этим графит в большом количестве применяется в литейной промышленности для покрытия форм, в которых производят отливки; для производства электродов к дуговым печам и прожекторам, для щеток электромашин, в атомных котлах для регулирования скорости ядерного распада и т. д. Высокой огнестойкостью обладает минерал асбест, или горный лен. Из него изготавливают огнестойкие ткани, тормозные ленты автомобилей, асбоцементные трубы и т. д.

 

Слюды — мусковит и флогопит отличаются очень высокой огнестойкостью и сопротивлением электрическому току. Они идут главным образом на изготовление радиоламп, конденсаторов, сопротивлений, изоляционных трубок. Слюды используются также в смотровых окнах металлургических печей, в изготовлении специальных сортов красок, бумаги, обоев и т. и.

 

Технические алмазы применяются при обработке деталей высшего класса точности, в бурении, а также в качестве абразивов.

 

Многие горные породы используются как строительные материалы или как сырье для изготовления строительных материалов. Они применяются в качестве наполнителей бетонов, для кладки стен, облицовки зданий, при мощении улиц и строительстве плотин. Например, пески используются в литейном деле и производстве стекла; из смеси известняка и глины, или мергелей, получают цемент, при обжиге известняков — известь и т. д.

 

С развитием материально-технических возможностей общества все большее число видов полезных ископаемых используется человеком. Важным фактором, определяющим отнесение минеральных веществ к категории полезных ископаемых, является уровень технологии их переработки. Поэтому понятие о том, что является полезным ископаемым, постоянно изменяется. Оно зависит от уровня развития науки и техники. Например, совершенствование минералогических методов приводит к выявлению таких свойств минералов, которые могут найти применение в производственной деятельности человека. В итоге нередко минералы, считавшиеся «бесполезными», становятся общеизвестными полезными ископаемыми. В прошлом такие метаморфозы произошли с нефелином и датолитом, ставшими соответственно источниками получения алюминия и бора. Недавно единственным источником бериллия был высокотемпературный минерал —- берилл.

Но несколько лет назад было установлено, что более богат им фенакит. Таких примеров можно привести множество.

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (08.11.2018)
Просмотров: 14 | Теги: Геология | Рейтинг: 0.0/0