Общая характеристика полезных ископаемых

Прежде всего, полезными ископаемыми называются горные породы и минералы, которые используются в хозяйстве стран.

По своему физическому состоянию они могут быть:

  • твердые – уголь, соль, руда, мрамор и др.;
  • жидкие – нефть, минеральные воды;
  • газообразные – горючий газ, гелий, метан.

Когда за основу берут их использование, тогда выделяют:

  • горючие – уголь, нефть, торф;
  • рудные – руды горных пород, включающие металл;
  • нерудные – гравий, глина, песок и др.

Отдельную группу представляют драгоценные и поделочные камни.

Полезные ископаемые образовались разными способами и по происхождению бывают магматические, осадочные, метаморфические, размещение которых по земным недрам подчиняется определенным закономерностям.

Для складчатых областей обычно характерны магматические, т.е. рудные полезные ископаемые. Данное обстоятельство связано с тем, что они образуются из магмы и выделяющихся их неё горячих водных растворов.

Магма поднимается из земных недр по трещинам в земной коре и в них застывает на различной глубине.

Также рудные полезные ископаемые могут образоваться и из излившейся магмы-лавы, которая относительно быстро остывает. Магма внедряется, как правило, в период активных тектонических движений, поэтому рудные полезные ископаемые связаны со складчатыми областями планеты.

Руды могут образоваться и на платформенных равнинах, но, в этом случае они приурочены к нижнему ярусу платформы. На платформах рудные полезные ископаемые связаны со щитами, т.е. с выходами фундамента платформы на поверхность или в тех местах, где осадочный чехол не отличается мощностью, и фундамент близко подходит к поверхности.

Примером такого месторождения является Курская магнитная аномалия в России и Криворожский бассейн на Украине.

Замечание 1

Вообще руда представляет собой минеральный агрегат, из которого технологическим путем можно извлечь металл либо соединения металлов.

Руды металлов связаны с районами активного горообразования, но наличие гор ещё не означает наличия богатых месторождений. Третья часть Европы, например, занята горами, но, крупных рудных месторождений совсем немного.

Исходя из области применения, рудные полезные ископаемые делятся на группы – руды черных металлов, руды цветных металлов, руды благородных металлов и радиоактивные металлы.

Такое рудное полезное ископаемое, как железная руда является основой для производства черных металлов – чугуна, стали, проката. Крупнейшие запасы железных руд сосредоточены в США, Индии, Китае, Бразилии, Канаде.

Есть отдельные крупные месторождения в Казахстане, Франции, Швеции, Украине, Венесуэле, Перу, Чили, Австралии, Либерии, Малайзии, В странах Северной Африки.

В России крупные запасы железных руд, кроме КМА, есть на Урале, Кольском полуострове, в Карелии, В Сибири.

Руды черных металлов

Среди руд черных металлов наиболее востребованными и используемыми в промышленности являются железные руды.

Такие минералы, как гематит, магнетит, лимонит, сидерит, шамозит и тюрингит являются главными железосодержащими породами.

Добыча железной руды в мире превышает 1 млрд. тонн. Самым крупным производителем железной руды является Китай, добывающий 250 млн. тонн, в то время как Россия добывает 78 млн. тонн. По 60 млн. тонн добывают США и Индия, Украина – 45 млн. тонн.

Добыча железной руды в США ведется в районе озера Верхнее и в штате Мичиган.

В России крупнейшим железорудным бассейном является КМА, залежи которой оцениваются в 200-210 млрд. тонн или 50% планетарных запасов. Месторождение охватывает Курскую, Белгородскую, Орловскую области.

Для производства легированной стали и чугуна используется марганец в качестве легирующей добавки для придания им прочности и твердости.

Мировые промышленные запасы марганцевых руд сосредоточены на Украине – 42,2%. Есть марганцевые руды в Казахстане, ЮАР, Габоне, Австралии, Китае, в России.

Большое количество марганца производится также в Бразилии и Индии.

Для того чтобы сталь не ржавела, была жаропрочной и кислотоупорной необходим хром, один из основных компонентов руд черных металлов.

Специалисты предполагают, что из мировых запасов этой руды 15,3 млрд. тонн хромитовая руда высокого сорта приходится на ЮАР – 79%. В небольших количествах хром есть в Казахстане, Индии, Турции, довольно крупное месторождение этой руды находится в Армении. Небольшое месторождение разрабатывается в России на Урале.

Замечание 2

Самым редким из черных металлов является ванадий. Он используется для производства марочного чугуна и марочной стали. Ванадий очень важен для аэрокосмической промышленности, потому что его добавка обеспечивает высокие характеристики титановых сплавов.

При получении серной кислоты ванадий используется в качестве катализатора. В чистом виде его нет, и встречается ванадий в составе титаномагнетитовых руд, иногда встречается в фосфоритах, урансодержащих песчаниках и алевролитах. Правда, его концентрация не более 2%.

Иногда даже значительные количества ванадия могут быть в бокситах, бурых углях, битуминозных сланцах и песках. При извлечении главных компонентов из минерального сырья, ванадий получают как побочный продукт.

По учтенным запасам этой руды лидерами являются ЮАР, Австралия и Россия, а основные его производители ЮАР, США, Россия, Финляндия.

Руды цветных металлов

Цветные металлы представлены двумя группами:

  1. легкие, к ним относятся алюминий, магний, титан;
  2. тяжелые – это медь, цинк, свинец, никель, кобальт.

Из всех цветных металлов алюминий является самым распространенным в земной коре.

Среди его физических свойств такие, как малая плотность, высокая теплопроводность, пластичность, электрическая проводимость, коррозионная стойкость. Этот металл хорошо поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению. Его легко можно сварить.

Исходное сырье для металлического алюминия – глинозем, который получают при переработке бокситов и нефелиновых руд.

Запасы бокситов есть в Гвинее, Бразилии, Австралии, а Россия занимает по ним 9-е место.

Российские запасы бокситов сосредоточены в Белгородской и в Свердловской области, а также в Республике Коми. Российские бокситы невысокого качества. Нефелиновые руды залегают на Кольском полуострове. По производству глинозема Россия занимает 6-е место в мире. Весь глинозем производится из отечественного сырья.

Титан, открыли в 1791 г. Его отличительные характеристики – это высокая прочность и коррозионная стойкость. Для промышленности основным типом титановых руд являются прибрежно-морские россыпи. Такие крупные россыпи известны в России, Австралии, Индии, Бразилии, Новой Зеландии, Малайзии, Шри-Ланке.

Россыпные месторождения титана являются комплексными и содержат цирконий.

К легким цветным металлам относится магний, который в промышленности применяется сравнительно недавно. В военные годы основная его часть шла для производства зажигательных снарядов, бомб, осветительных ракет.

Сырье для получения магния приурочено ко многим районам планеты. Магний содержится в доломите, карналлите, бишофите, каините и других породах, имеющих широкое распространение в природе.

На долю США приходится около 41% мирового производства металлического магния и 12% его соединений.

Кроме США крупными производителями металлического магния являются Турция и КНДР. Производителями соединений магния – Россия, Китай, КНДР, Австрия, Греция, Турция.

Среди тяжелых цветных металлов выделяется медь, которая представляет собой пластичный элемент золотисто-розового оттенка, на открытом воздухе покрывающийся кислородной пленкой.

Отличительной особенностью меди являются её высокие антибактериальные свойства. В сплавах с никелем, оловом, золотом, цинком она используется в промышленности.

После Чили и США, по запасам меди Россия стоит на третьем месте в мире.

Кроме самородной меди, сырьем для её получения является халькопирит и борнит. Распространяются месторождения меди в США – Скалистые горы, В Канадском щите и провинции Квебек, Онтарио в Канаде, в Чили и Перу, в медном поясе Замбии, ДРК, в России, Казахстане, Узбекистане, Армении.

Основными и крупными производителями этого металла являются Чили и США, а также Канада, Индонезия, Перу, Австралия, Польша, Замбия, Россия.

Цинк впервые получили из каламина, по существу это карбонат цинка ZnCO2. Сегодня получают цинк из сульфидных руд, наиболее важной из которых является цинковая обманка и марматит.

Добыча цинковых руд идет в Канаде, США, в России, Австралии, Мексике, в центральной Африке, Казахстане, Японии и других странах.

Крупные производители цинковой руды – Япония и США они же её крупные импортеры.

Известный с древности никель при добавке к стали повышает её вязкость, упругость, антикоррозионные свойства.

Впервые металлический кобальт был получен в 1735 г. Сегодня он используется для производства сверхтвердых сплавов.

Сырьем для свинца является его главный рудный минерал галенит. Свинцовые руды добываются во многих странах, а ведущие его производители Австралия, Китай, Перу, Канада.

Добыча свинца ведется в Казахстане, России, Мексике, Швеции, ЮАР, Марокко. Крупные месторождения свинца есть в Узбекистане, Таджикистане, Азербайджане.

В России свинцовые месторождения сосредоточены на Алтае, в Забайкалье, Якутии, Приморье, Северном Кавказе.

Железная руда — это основное сырье для мировой металлургической промышленности. От рынка этого ископаемого в существенной мере зависит экономика разных стран, поэтому разработке рудников уделяется повышенное внимание во всем мире.

Руда: определение и особенности

Рудами называют горные породы, которые применяются для переработки и извлечения содержащихся в них металлов. Виды этих полезных ископаемых различаются по происхождению, химическому содержанию, концентрации металлов и примесей. В химическом составе руды присутствуют различные его оксиды, гидроксиды и углекислые соли железа.

Интересно! Руда востребована в хозяйстве с древних времен. Археологам удалось выяснить, что изготовление первых предметов из железа датируется II вв. до нашей эры. Впервые этот материал использовали жители Месопотамии.

Железо — распространенный в природе химический элемент. Его содержание в коре земли составляет около 4,2%. Но в чистом виде он почти не встречается, чаще всего в виде соединений — в окислах, карбонатах железа, солях и т.д. Железная руда — это соединение минералов со значительным количеством железа. В народном хозяйстве экономически обоснованным считается применение руд, содержащих более 55% этого элемента.

Что делают из руды

Железорудная промышленность — металлургическая отрасль, которая специализируется на добыче и обработке железной руды. Основное предназначение этого материала на сегодняшний день — производство чугуна и стали.

Всю продукцию, которую делают из железа, можно разделить на группы:

  • Передельный чугун с повышенной концентрацией углерода (выше 2%).
  • Литейный чугун.
  • Сталь в слитках для изготовления проката, железобетона и стальных труб.
  • Ферросплавы для выплавки стали.

Для чего нужна руда

Материал используется для выплавки чугуна и стали. Сегодня нет практически ни одной промышленной сферы, которая обходится без этих материалов.

Чугун — это сплав углерода и железа с марганцем, серой, кремнием и фосфором. Чугун производится в доменных печах, где при высоких температурах руду выделяют из оксидов железа. Практически 90% полученного чугуна является предельным и используется при выплавке стали.

Применяются различные технологии:

  • электронно-лучевая выплавка для получения чистого высококачественного материала;
  • вакуумная обработка;
  • электро-шлаковый переплав;
  • рафинирование стали (устранение вредных примесей).

Отличие стали от чугуна — минимальная концентрация примесей. Для очистки применяется окислительная выплавка в мартеновских печах.

Сталь самого высокого качества выплавляется в индукционных электрических печах с экстремально высокой температурой.

Руда отличается по концентрации содержащегося в ней элемента. Она бывает обогащенной (с концентрацией от 55%) и бедной (от 26%). Бедные руды целесообразно применять в производстве только после обогащения.

По происхождению выделяют следующие виды руд:

  • Магматогенная (эндогенная) — образовавшаяся под воздействием высокой температуры;
  • Поверхностная — осевшие остатки элемента на дне морских бассейнов;
  • Метаморфогенная — полученная под воздействием экстремально высокого давления.

Основные соединения минералов с содержанием железа:

  • Гематит (красный железняк). Самый ценный источник железа с содержанием элемента от 70% и с минимальной концентрацией вредных примесей.
  • Магнетит. Химический элемент с содержанием металла от 72% отличается высокими магнитными свойствами и добывается на магнитных железняках.
  • Сидерит (карбонат железа). Отмечается большое содержание пустой породы, самого железа в нем около 45-48%.
  • Бурые железняки. Группа водных окислов с низким процентом железа, с примесями марганца и фосфора. Элемент с такими свойствами отличается хорошей восстанавливаемостью и пористой структурой.

Вид материала зависит от его состава и содержания дополнительных примесей. Самый распространенный красный железняк с высоким процентом железа может встречаться в разном состоянии — от очень плотного до пылевого.

Бурые железняки имеют рыхлую, слегка пористую структуру бурого или желтоватого цвета. Такой элемент часто нуждается в обогащении, при этом легко перерабатывается в руду (из него получается высококачественный чугун).

Магнитные железняки плотные и зернистые по своей структуре, выглядят как кристаллы, вкрапленные в породу. Оттенок руды — характерный черно-синий.

Как добывают руду

Добыча железной руды — это сложный технический процесс, при котором происходит погружение в земные недра с целью поиска минералов. На сегодняшний день существует два способа добычи руды: открытая и закрытая.

Открытый (карьерный способ) — распространенный и наиболее безопасный вариант по сравнению с закрытой техникой. Метод актуален для тех случаев, когда в рабочей зоне отсутствуют твердые породы, а рядом нет населенных пунктов или инженерных систем.

Сначала вырывается карьер до 350 метров глубиной, после чего со дна большими машинами собирается и вывозится железо. После добычи материал на тепловозах отправляется на заводы по изготовлению стали и чугуна.

Карьеры роются экскаваторами, но такой процесс занимает много времени. Как только машина доберется до первого пласта рудника, материал сдается на экспертизу, чтобы определить процент содержания железа и целесообразность дальнейших работ (если процент выше 55%, работы в этой местности продолжаются).

Интересно! По сравнению с закрытым способом добыча полезных ископаемых в карьерах стоит вдвое дешевле. Такая технология не требует обустройства шахт или создания тоннелей. При этом эффективность работы в открытых карьерах выше в несколько раза, а потери материала в пять раз меньше.

Закрытый способ добычи

Шахтная (закрытая) добыча руды применяется только в том случае, если планируется сохранить целостность ландшафта в той области, где ведется разработка рудных залежей. Также этот способ актуален для работ в горной местности. В этом случае создается сеть тоннелей под землей, что приводит к дополнительным расходам — строительство самой шахты и сложная транспортировка металла на поверхность. Самый главный недостаток — высокий риск для жизни рабочих, шахта может обрушиться и перекрыть доступ на поверхность.

Где добывают руду

Добыча железной руды — одна из ведущих сфер хозяйственного комплекса РФ. Но несмотря на это, доля России в мировой добыче руды составляет всего 5,6%. Мировые запасы составляют около 160 млрд. тонн. Объем чистого железа достигает 80 млрд. тонн.

Страны, богатые рудами

Распределение ископаемых по странам выглядит следующим образом:

  • Россия — 18%;
  • Бразилия — 18%;
  • Австралия — 13%;
  • Украина — 11%;
  • Китай — 9%;
  • Канада — 8%;
  • США — 7%;
  • остальные страны — 15%.

Существенные залежи железной руды отмечены в Швеции (города Фалуня и Гелливар). В Америке обнаружено большое количество руды в штате Пенсильвания. В Норвегии металл добывается в Персберге и Арендали.

Руды России

Курская магнитная аномалия — крупное месторождение железной руды в РФ и в мире, в которой объем неочищенного металла достигает 30000 млн. тонн.




Интересно! Аналитики отмечают, что масштабы добычи ископаемых на рудниках КМА сохранятся вплоть до 2020 года, в дальнейшем будет наблюдаться спад.

Площадь рудников Кольского полуострова составляет 115000 кв.км. Здесь добывается железная, никелевая, медная руды, кобальт и апатиты.

Горы Урала также входят в число самых крупных месторождений руды в РФ. Основной район разработок — Качканар. Объем рудных ископаемых составляет 7000 млн. тонн.

В меньшем объеме металл добывается в Западно-Сибирском бассейне, в Хакасии, Керченском бассейне, в Забайкальске и Иркутской области.

Однажды сын, листая книжку про древних людей, поставил меня в тупик вопросом: " Является ли мамонт полезным ископаемым?" Я, сохраняя серьёзный вид, ответил, что, мол, конечно, ведь благодаря ему учёные узнают об истории Земли что-то новое. "Нет,- отрезал семилетний эрудит, - не полезное – мамонта же нельзя использовать в промышленности!" Нужно было "держать марку", поэтому я набросал примерную схему известных видов полезных ископаемых и их хозяйственного значения.

Хозяйственное значение полезных ископаемых

«Хозяйственный» - означает «практический», то есть пришлось вычеркнуть все открытия, имеющие чисто теоретическую ценность, вроде обнаружения минеральных источников на запредельно большой глубине. Если также исключить достаточно специфические ископаемые. вроде самоцветов, то основными видами полезных ископаемых будут горючие (топливные), рудные и нерудные .

Топливные полезные ископаемые

К этой группе относятся следующие твёрдые, жидкие и газообразные вещества:

  • нефть . Широко применяется для получения топлива , однако в последнее время активно вытесняется экологически чистым газовым;
  • природный газ . Используется как топливо в жилых помещениях, а также в качестве сырья для получения пластмасс ;
  • уголь . Идёт на выработку топлива в энергетике. Каменный уголь используется для получения графита ;
  • горючие сланцы . В основном применяются для производства близкой по составу к нефти смолы ;
  • торф . Основное применение – опять же как топливо , кроме этого, используется в качестве удобрения и теплоизоляционного материала .

Рудные полезные ископаемые

Подавляющее большинство этих ископаемых применяется как сырьё для металлургической промышленности, хотя есть исключения:

  • железная, никелевая, алюминиевая и другие руды - основа будущих металлоконструкций;
  • урановая руда. Применение – ядерная промышленность;
  • серная руда. Сырьё для удобрений .

Нерудные полезные ископаемые

Ископаемые данного типа применяются как в естественном виде, так и в виде сырья:
  • гранит, известняк, мрамор – строительство;
  • апатит – производство удобрений ;
  • некоторые глины – получение огнеупорных материалов ;
  • алмаз, кварц – ювелирная промышленность .
  • Нерудные полезные ископаемые, неметаллические полезные ископаемые - неметаллические полезные ископаемые, используемые в промышленности и строительстве в естественном виде или как сырьё. Нерудные полезные ископаемые могут относиться к минералам или горным породам. Нефть, уголь, другие виды ископаемого топлива (горючие полезные ископаемые), а также подземные воды (гидроминеральные подземные ископаемые) исключаются из этого определения. Такие материалы, как песок, галька, щебень, гравий, песчаник, глина, мел и т. п. могут рассматриваться и как нерудные полезные ископаемые, и как особая категория - общераспространённые полезные ископаемые.

    За последние десятилетия нерудные полезные ископаемые намного обогнали руды металлов по объёмам добычи и стоимости используемого сырья.

    В плане технологического и экономического освоения, у неметаллических полезных ископаемых есть своя специфика, отличающая эту группу от металлических полезных ископаемых. Одним из таких отличий является сильное влияние состава и свойств сырья как на технологии его переработки, так и на конечное изделие, что требует при оценке месторождений оценки применимости данной конкретной разновидности полезного ископаемого с учетом его специфических свойств (например - термолитосодержащего талька в отличие от стеатитовых тальков). Вторым отличием многих неметаллических полезных ископаемых является, с одной стороны, применение одного и того же вида сырья во многих отраслях хозяйства, с другой стороны - взаимозаменяемость многих видов сырья (в качестве наполнителя тот же тальк может быть заменен баритом или каолином).