Минеральное сырье

МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЕ

Черные металлы

Хром (Cr, VI, 24)

Металл, голубовато-белый, проявляет  амфотерные свойства, лито-и сидерофильный, устойчивые валентности 2⁺, 3⁺ и 6⁺.

Плотность 7190 кг/м³; твердость по Бринеллю 2170 – 2360 МПа; температура плавления 1857° С, кипения – 2072; теплопроводность 93,7 Вт/(м·К); удельное электрическое сопротивление 12,7·10^-8 Ом·м; удельная магнитная восприимчивость 4,45·10^-8 м³/кг; температурный коэффициент линейного расширения 6,2·10^-6 К^-1. Устойчив к коррозии на воздухе и в воде.

Кларк хрома земной коры 83 г/т. Средние его содержания в горных породах главных типов (г/т): ультраосновных – 2000, основных – 200, средних – 50, кислых – 25, осадочных (глинах и сланцах) – 200.

Хром – высокотоксичный (I – III классы опасности) , но биологически важный элемент: ПДК_р.з Cr³⁺ - 1,0 мг/м³, ПДК_м.р CrO₃ – 0.01, Cr₂O₃ – 1,0, ПДК_с.с CrO₃ – 0,0015 мг/м³, ПДК_в CrO₃ – 0,1 мг/л, Cr₂O₃ – 1,0, ПДК_в.р CrO₃ – 0,1, Cr₂O₃ – 0,5 мг/л. Естественное содержание в почвах – до 1000 г/т.

Мировые запасы хромовых руд 1,8 млрд. т, годовое производство составляет 12 млн. т. Наиболее крупные производители – ЮАР и Казахстан (суммарно 60% мировой добычи).

В России запасы хромовых руд  составляют 6,4 млн.т (0,36% от мировых), производство около 100 тыс. т в год.

Структура потребления (%): металлургия – 80, огнеупорное производство – 10, химическая промышленность – 10.

Известно 40 минералов хрома. Среди них преобладают хроматы, силикаты, оксиды, гидроксиды. Промышленное значение имеют три минерала: хромит, магнохромит, алюмохромит.

Промышленные типы месторождений  – стратиформный с магматическим  оруденением, альпинотипный с магматогенно-метасоматическим оруденением в ультрабазитовых  массивах, экзогенный с обломочным и остаточным оруденением. Наибольшее значение имеют первый и второй типы.

По сложности геологического строения месторождения хрома относят  ко второй и третьей группам.

По запасам руды (млн. т) месторождения  хрома подразделяются на: весьма крупные  – сотни, крупные – десятки, средние  – единицы, мелкие – менее 1.

Промышленные руды характеризуются структурой и содержанием в них хромшпинелидов (%): сплошные – более 90, густовкрапленные – 90 – 70, средневкрапленные – 70 – 50, редковкрапленные – 50 – 30 и убоговкрапленные – менее 30. К отдельному типу относят хромовые россыпи (пески, валуны). По содержанию Cr₂O₃ (%) руды подразделяются на весьма богатые – более 65, богатые – 65 – 52, средние – 52 – 45, бедные – 45 – 30, убогие – 30 – 10.

Месторождения разрабатывают  открытым, подземным и комбинированным  способами.

Подготовку руд к переделу производят дроблением, сортировкой богатых руд и обогащением бедного сырья с применением комбинированных технологий (гравитация, магнитная сепарация, и флотация).

Извлечение Cr₂O₃ из руд различных типов составляет 80 – 90% при содержании его в концентрате 45 – 52%. К вредным примесям в концентрате относят – SiO₂, FeO, CaO, S, P, C.

Перерабатывают богатые хроиовые руды и концентраты обжигом, металлургическим и химическим способами.

Товарные продукты – огнеупоры, ферросплавы, феррохром – содержат 60 – 70% хрома. Вредные примеси в феррохроме – C, Si, P, S.

Цветные металлы

Алюминий (Al, III, 13)

Металл, серебристо-белый, твердый, прочный, проявляет амфотерные свойства, литофильный, валентность 3⁺.

Плотность 2698 кг/м³; твердость по Бринеллю 160 – 350 МПа; температура плавления 660° С, кипения – 2467; теплопроводность 237 Вт/(м×К); удельное электрическое сопротивление 2,6·10^-8 Ом·м; удельная магнитная восприимчивость 7,7·10^-9 м³/кг; температурный коэффициент линейного расширения 23,03·10^-6 К^-1.

Кларк алюминия земной коры 8,05%. Средние его содержания в горных породах главных типов (г/т): ультраосновных – 0,45, основных – 8,76, средних – 8,85, кислых – 7,7, осадочных (глинах и сланцах) – 10,45.

Алюминий – общетоксичный (II – IV классы опасности) , но биологически важный элемент: ПДК_р.з – 2 мг/м³, ПДК_с.с – 0,04 мг/м³, ПДК_в – 0,5 мг/л. Естественное содержание в почвах – 5,0 – 6,5%.

Мировые общие запасы бокситов 70 млрд. т, в том числе подтвержденные – порядка 33, ежегодная добыча составляет более 100 млн. т. Наиболее крупные производители – Австрвлия, Гвинея, Ямайка, Бразилия, Индия, Китай.

Наиболее широкое применение алюминий находит в авиационной  и автомобильной промышленности, в строительстве и машиностроении, электропромышленности. Бокситы используют также в качестве материала для полученя абразивов, цемента, огнеупоров, глинозема, мартеновской стали. Нефелины применяют в керамическом и стекольном производстве.

Известно около 250 минералов  алюминия. Среди них преобладают  алюмосиликаты. Промышленное значение имеют не более 12 минералов: гиббсит, бемит, диаспор, корунд, каолинит, гидрослюды, хлориты, нефелин, кальсилит, алунит.

Промышленные типы месторождений  – бокситовый (латеритный, полигенный, осадочный), нефелиновый (магматический), алунитовый (вулканогенно-метасоматический).

По сложности геологического строения месторождения алюминия относят  к первой, второй и третьей группам.

По запасам бокситов (млн. т) месторождения подразделяют на уникальные – более 500, крупные – 500 – 100, средние  – 100 – 25, мелкие – менее 25.

Особенности при поисках и  разведке месторождений бокситов заключаются  в применении геоморфологического  и электроразведочного методов.

Промышленные руды – бокситы, нефелины, алуниты, криолиты.

Бокситы с кремниевым модулем  более 7,0 – высококачественные, 2 – 6 – низкокачественные. При содержании в бокситах Fe₂O₃ менее 10% - маложелезистые.

Среди нефелиновых руд по содержанию нефелина (%) выделяют: существенно  нефелиновые – более 60, бесполевошпатовыенефелиновые породы – 60 – 40, нефелиновые сиениты – 40 – 10.

Месторождения бокситов, нефелинов  и алунитов разрабатывают открытым, подземным и комбинированными способами.

Подготовку руд к переделу производят дроблением, сортировкой, бокситовых руд и обогащением бедного  нефелинового и алунитового сырья с применением флотационной технологии.

Извлечение Al₂O₃ из руд различных типов составляет 80 – 95% при содержании его в концентрате 28 – 45%. К вредным примесям в концентратах относят SiO₂, S, CO₂, Fe₂O₃, P₂O₅, Na₂O+K₂O, сульфиды, органические вещества, пентаксид фосфора, соединения хрома.

При обогащении руд комплексного состава могут быть получены титановые  железорудные концентраты.

Перерабатывают бокситы, нефелиновые  и алунитовые концентраты сначала  на глинозем процессом Байера и спеканием. Из глинозема электролизом получают алюминий технической чистоты. Очистку производят электролитическим рафинированием.

Товарный продукт содержит алюминий (%): технический – 99,5 – 99,85; высокой чистоты – 99,95 – 99,995; особой чистоты – 99,999.

Сопутствующие элементы (галлий и ванадий), содержащиеся в концентратах, переходят в маточные и оборотные растворы, из которых их извлекают электролизом и кристаллизацией смешанных натриевых солей при охлаждении до температуры 30 - 40° С.

Вредные примеси в алюминии – железо, кремний, медь, цинк, титан.

Висмут (Bi, V, 83)

Металл, серебристо-розоватый, хрупкий, проявляет основные свойства, халькофильный, устойчивая валентность 3⁺.

Плотность 9747 кг/м³; твердость по Бринеллю 270 – 94 МПа; температура плавления 271° С, кипения – 1560; теплопроводность 7,87 Вт/(м·К); удельное электрическое сопротивление 106,8·10^-8 Ом·м; удельная магнитная восприимчивость -1,7·10^-8 м³/кг; температурный коэффициент линейного расширения 13,4·10^-6 К^-1.

Кларк висмута земной коры 0,009 г/т. средние его содержания в горных породах главных типов (г/т): ультраосновных – 0,001, основных – 0,007, средних – 0,01, кислых – 0,01, осадочных (глинах и сланцах) – 0,01.

Висмут – элемент повышенной токсичности. ПДК_р.з Bi – 0,05 мг/м³, ПДК_с.с Bi₂O₃ – 0,05 мг/м³, ПДК_в Bi – 0.5 – 0,1 мг/л. Естественное содержание в почвах – 0,1 – 0,3 г/т.

Мировые запасы висмута (без  стран СНГ) 250 тыс. т, извлекаемые  – 110, годовое производство составляет 4,5 – 5 тыс. т. Наиболее крупные производители  – Китай, Перу, Мексика, Япония. В  России производство висмута составляет 400 – 500 т в год.

Структура потребления (%): химическая промышленность, формацевтика, косметика  – 53, металлургия – 27, радиотехника – 17, другие отрасли – 3.

Известно более 140 минералов  висмута. Среди них преобладают  халькогениды. промышленное значение имеют шесть минералов: самородный висмут, висмутин, бисмит, бисмутит, базобисмутитвисмутсодержащий галенит.

Промышленные типы месторождений  – висмутовый (мышьяково-висмутовый, никель-кобальтово-висмутовый, медно-висмутовый) и висмутсодержащий (вольфрамовый, оловянный, золотой, свинцово-цинковый, медный, россыпной). Наибольшее значение имеют медно-висмутовый, вольфрамовый, свинцово-цинковый, россыпной.

Сложность геологического строения месторождений висмута определяют по строению месторождений основных полезных ископаемых.

По запасам висмута (тыс. т) месторождения подразделяют науникальные – более 10, крупные – 10 – 4, средние  – 4 – 1, мелкие – менее 1.

Промышленные руды – висмутовые (арсенопиритовые, пирротин-халькопиритовые, арсенидные, халькопирит-галенитовые) и висмтсодержащие (кассетирит-вольфрамовые, пирротин-халькопиритовые, галенитовые, пирит-халькопиритовые).

В висмутовых рудах содержание висмута 0,1 – 0,2%.

Висмутсодержащие руды делят  на три типа по их качеству: висмутовый или селективный (содержащие висмута 0,1 – 0,2%), комплексный (более0,05), сопутствующий(менее 0,05).

Месторождения разрабатывают  подземным способом.

Подготовку руд к переделу производят обогащением с применением  комбинированных технологий (гравитация, магнитная сепарация, флотация).

Извлечение висмута из руд  различных типов составляет 30 – 90% при содержании его в концентрате 0,05 – 0,5%

Перерабатывают висмутовые концентраты  и висмутсодержащие продукты гидро- и электролитическим способами.

При металлургическом переделевисмут концентрируется в пылях, шламах и других отходах металлургического производства.

Товарный продукт содержит висмута 96,5 – 99,999%. Сопутствующие элементы висмутсодержащих продуктов – золото, серебро и другие, извлекают гидрометаллургическим способом.

Вредные примеси в висмуте  – свинец, цинк, железо, сурьма, медь, серебро,. Мышьяк, теллур, кобальт, кадмий, марганец, ртуть, молибден, никель, олово, золото, индий.

Вольфрам (W, VI, 74)

Металл, серебристо-белый, проявляет  амфотерные свойства, лито- и сидерофильный, наиболее устойчивые валентности 4⁺ и 6⁺.

Плотность 19300 кг/м³; твердость по Бринеллю 2570 МПа; температура плавления 3407 ±20° С, кипения – 5657; теплопроводность 174 Вт/(м·К); удельное электрическое сопротивление 5,65·10^-8 Ом·м; удельная магнитная восприимчивость 4,0·10^-9 м³/кг; температурный коэффициент линейного расширения 4,59·10^-6 К^-1. Обладает тугоплавкостью.

Кларк вольфрама земной коры 1,3 г/т. Средние его содержания в  горных породах главных типов (г/т): ультраосновных – 0,1, основных – 1,0, средних – 1,0, кислых – 1,5, осадочных (глинах и сланцах) – 2,0.

Вольфрам – токсичный элемент (I – IV классы опасности): ПДК_р.з сульфидов, карбитов W - 6,0 мг/м³, WO₃ – 0,5, ПДК_м.р WO₃ – 5,0, ПДК_с.с WO₃ – 0,15 мг/м³, ПДК_в сульфидов, карбитов W – 0,05 мг/л, ПДК_в.р W⁶⁺ – 0,0008. Естественное содержание в почвах – 0.5 – 1.2 г/т.

Мировые общие запасывольфрама (без России) 7 млн. т, подтвержденные – около 4, годовое производство составляет 18 – 20 тыс. т. Наиболее крупные  производители – Китай, Россия, Казахстан, Корея, Австрия.

В России производство вольфрама  составляет 3,5 тыс. тв год.

Структура потребления (%): в виде легированной стали и сплавов  в производстве машин и оборудования для металлообрабатывающей, горно-добывающей, и строительной промышленности – 68, для изготовления ламп и светильников – 12, электронная промышленность и транспорт – 12, химическая промышленность – 5, в прочих областях – 3.

Известно 28 минералов вольфрама. Среди них преобладают вольфраматы. Промышленное значение имеют два минерала: вольфрамит и шеелит.

Промышленные типы месторождений  – олово-вольфрамовый, молибден-вольфрамовый, полиметаллически-вольфрамовый. Наибольшее значение имеют первые два типа.

По сложности геологического строения месторождения вольфрама  относятся к первой, второй и третьей группам.

По запасам WO₃ (тыс. т) месторождения вольфрама подразделяют на уникальные – более 250, крупные – 250 – 100, средние – 100 – 30, мелкие – 30 – 15.

Особенности при поисках и  разведке заключаются в эффективности  применения шлиховой съемки и различных модификаций каротажа скважин.