К химическому сырью относятся горные породы и минеральные агрегаты (соляные породы, фосфориты, апатит-нефелиновые, апатит-магнетитовые и серные руды, бораты), из которых путем химической переработки извлекают элементы и химические соединения..
В группу природных строительных материалов и сырья для их производства входят широко распространенные горные породы, большая часть из которых применяется в естественном виде или после термической или технологической переработки.
Значение неметаллических полезных ископаемых.
Роль и значение неметаллических полезных ископаемых в экономике трудно переоценить, и практически невозможно найти отрасль промышленности или техники, где не использовалось бы неметаллическое сырье. Применение неметаллических полезных ископаемых возрастает с каждым годом, что обусловлено вовлечением в сферу промышленного освоения новых видов дешевого и широко распространенного в природе неметаллического сырья, резким увеличением потребностей сельского хозяйства в минеральных удобрениях, интенсивным ростом жилищного, промышленного и дорожного строительства, широким внедрением химических методов обработки разных видов сырья.
Применение неметаллического сырья существенно расширилось в современную эпоху, особенно в XX в., когда начали использовать новые виды минерального сырья в сельском хозяйстве, химии, в производстве огнеупоров, кислотоупорных изделий, фильтровальных и изоляционных материалов, а также в керамике, металлургии, оптике, бумажной, резиновой и пищевой промышленности. Особенно роль его возросла, во-первых, с применеяием новых видов неметаллического сырья (например, высокоогнеупорных форстеритов и силлиманитов, вспученных перлитов и вермикулитов с высокой емкостью поглощения), во-вторых, с новыми областями использования традиционных материалов (например, применение химически чистого графита в качестве замедлителя быстрых нейтронов в атомных реакторах, кремния -- в качестве полупроводников в электронных устройствах, в которых нуждаются автоматические и кибернетические системы) и, в-третьих, с использованием технологических достижений нашего атомного и космического века. При создании ракет, отдельные части которых должны выдерживать высокие температуры при запуске и возвращении на Землю (прохождение через плотные слои атмосферы), используются покрытия из керамических материалов совместно с органическими полимерами, Zr02 или металлическими порошками для авиационных двигателей и тепловых экранов (так называемая металлокерамика). В атомной промышленности огнеупоры используются как конструкционные материалы для замедлителей и отражателей нейтронов (например, стержни из В4С и BN); эти же материалы применяются для изготовления легких керамических плит для самолетов и вертолетов. Для изготовления различных лазеров применяются такие минералы, как альмандин, апатит, флюорит и рубин.
По объёму производства неметаллические полезные ископаемые занимают первое место среди всех видов минерального сырья. Даже в экономике такой страны, богатой рудными месторождениями, как США, ресурсы неметаллов в два раза превышают количество руд в общем национальном продукте, и это различие продолжает возрастать.
Особенно это проявляется в стоимостном выражении. Так ценность балансовых (разведанных) запасов в России неметаллических полезных ископаемых сравнима по стоимости руд металлов и алмазов. На нерудные полезные ископаемые (НИИ) приходится 15 %, а на черные, редкие, благородные металлы и алмазы -- 14,3 % валовой потенциальной стоимости. Если же убрать из этого ряда стоимость алмазов, которые тоже относятся к неметаллам, то разница будет ещё более значительной.
В настоящее время экономика России (с позиции ряда важнейших видов неметаллов) оказалась в критической зависимости от превышения 50%-ного порога доли экспорта от всего производства (калийные соли, апатит, асбест), а также почти полной зависимости рынка (на 60--90 %) от импорта по ряду неметаллов (щелочные бентониты, барит, каолин, кристаллический графит и др.). Это объясняется тем, что основные горнодобывающие предприятия и ранее подготовленные в бывшем СССР промышленные запасы остались за пределами России: свыше 90 % барита -- в Казахстане и Грузии, более 80 % фосфоритов -- в Казахстане и Узбекистане, каолина -- на Украине и в Казахстане, 70 % высококачественных бентонитов -- на Кавказе и в Средней Азии, 60 % кристаллического графита -- на Украине и др.
Генетическая классификация неметаллических полезных ископаемых.
В этой связи возникла необходимость расширения поисковых и разведочных работ, которые должны базироваться на фундаментальных знаниях о генезисе различных видов полезных ископаемых. Советскими геологами П.М. Татариновым и В.И. Смирновым и др. обобщены данные о генезисе месторождений неметаллических полезных ископаемых. Предложенная ими классификация приводится ниже.
А. Эндогенные месторождения
I. Собственно магматические
1. Раннемагматические.
2. Позднемагматические.
3. Ликвационные.
К классу собственно магматических месторождений (ранне- и позднемагматических) относятся некоторые месторождения алмаза, графита и апатита, а главным образом многочисленные и широко используемые промышленностью в качестве естественных строительных камней месторождения различных изверженных пород (гранит, базальт, диабаз, лабрадорит, вулканический туф, пемза, перлит и т. д. ).
II. Пегматиты
К этому классу относятся месторождения полевых шпатов, нефелина, мусковита, кварца, письменного гранита, горного хрусталя (преимущественно морион), драгоценных, цветных и поделочных камней (изумруд, топаз, турмалин и др.), корунда и наждака, оптического флюорита.
III. Карбонатиты
В генетической и пространственной связи с карбонатитами встречаются некоторые месторождения апатита, флогопита и вермикулита.
IV. Постмагматические
1. Скарновые.
2. Гидротермальные:
а) глубинные (больших и умеренных глубин) -- высоко-, средне- и низкотемпературные;
б) близповерхностные (малых глубин и поверхностные) -- высоко-, средне- и низкотемпературные.
3. Эксгаляционные и вулканогенно-осадочные.
Скарновыми являются некоторые месторождения андалузита, корунда, графита, силикатов бора и боратов.
К классу гидротермальных глубинных относятся некоторые месторождения флогопита, апатита, хризотил-асбеста и амфибол-асбестов, талька и талькового камня, магнезита, горного хрусталя, плавикового шпата.
Гидротермальными близповерхностными являются месторождения плавикового шпата, барита, витерита, агата, алунита, исландского шпата, серы.
К классу эксгаляционных и вулканогенно-осадочных принадлежат весьма крупные месторождения серы и боратов.
Б. Экзогенные месторождения
I. Месторождения выветривания
1. Обломочные: элювиальные и делювиальные россыпи. Сюда относятся некоторые месторождения алмаза, графита, барита, корунда и андалузита.
2. Остаточные:
а) глины, каолины и латериты;
б) типа железной шляпы.
К классу остаточных относятся некоторые месторождения глин, каолина, фосфоритов, стекольных песков, боратов, талька, гипса, серы, алунита, вермикулита.
3. Инфилътрационные.
К ним относятся месторождения фосфоритов, барита, магнезита, боратов, исландского шпата, гипса, серы.
II. Осадочные месторождения
1. Механические осадки:
а) аллювиальные россыпи и конгломераты;
б) переотложенные осадки тонкодисперсных продуктов выветривания.
Механическими осадками являются многие месторождения гравия, глин, каолинов, песка и песчаника, алмаза, фосфоритов.
2. Химические осадки:
а) из истинных растворов;
б) из коллоидных;
в) биохимические.
К классу химических осадков относятся месторождения солей натрия, калия и магния, гипса, боратов, доломита, известняков, мергелей, фосфоритов, диатомита, трепела и опок, серы.
В. Метаморфогенные месторождения
I. Метаморфизованные
II. Метаморфические
В классе метаморфогенных месторождений находятся многие месторождения андалузита, силлиманита, кианита, мрамора, кварцита, талька и талькового камня, графита, кровельного сланца, корунда, наждака, гнейса.
Литература: [1]* с.4-8; [2] с.5-11; [3] с.346-348.
Проектные задания студентам для самостоятельной работы
По литературным данным сделать подборку форм тел неметаллических полезных ископаемых.
* Номера по списку литературы, выделена основная литература
Рубежные тесты к модулю 1
|
Тест |
Вопрос |
Варианты ответов |
|
|
Тест 1 |
Какие из перечисленных полезных ископаемых относятся к неметаллическим? |
а)железная руда б)нефть в) уголь г)слюда д)золото |
|
|
Тест 2 |
Какие полезные ископаемые из перечисленных не относятся к индустриальному сырью? |
а)графит б)сера в)тальк г)флюорит д)пьезокварц |
|
|
Тест3 |
Какие полезные ископаемые из перечисленных не относятся к магматическим? |
а)алмаз б)графит в)апатит г)гранит д)фосфорит |
|
|
Тест 4 |
Какие месторождения не относятся к эндогенным? |
а)магматические б)метаморфические в)осадочные г)гидротермальные д)пегматитовые |
МОДУЛЬ 2. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНДУСТРИАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Комплексная цель: показать значение различных видов индустриального сырья для промышленного производства и промышленные типы месторождений,
Лекция 2. (2 часа) Алмаз.
Общие сведения, свойства, применение в промышленности, генетические типы месторождений, мировые ресурсы.
Алмаз (С) является полиморфной модификацией углерода, кристаллизующейся в кубической сингонии.
Большая часть алмазов встречается в природе в виде отдельных хорошо оформленных кристаллов или их обломков. Преобладают октаэдры, ромбододекаэдры и кубы, а также их комбинации. Это кристаллы с ровными плоскими гранями. Так их и называют - плоскогранными. Реже встречаются кривогранные, округлые кристаллы, однако в некоторых месторождениях они преобладают. Зачастую кристаллы алмаза срастаются друг с другом или же, как бы «прорастают» друг друга, образуя соответственно так называемые двойники срастания и прорастания. Практически во всех алмазных месторождениях присутствуют микро- и скрытокристаллические агрегаты, сложенные сотнями тесно сросшихся мельчайших зерен алмаза.
Уникальные свойства алмаза обусловлены особенностями его кристаллического строения. Элементарная кристаллическая ячейка алмаза представляет собой гранецентрированный куб. Атомы углерода (С) расположены в вершинах куба, в центрах его граней, а также в центрах 4-х несмежных октаэдров. Каждый атом углерода связан с четырьмя ближайшими атомами, симметрично расположенными по вершинам тетраэдра наиболее «прочной» химической связью - ковалентной. Идеальный кристалл алмаза можно представить себе как одну гигантскую молекулу. Этим и объясняются многие, исключительно ценные свойства алмаза.
Алмаз является самым твёрдым из всех известных веществ и превосходит по абсолютной твёрдости корунд в 150 раз и кварц в 1000 раз. Сильный блеск и игра цвета у алмаза объясняются высокими показателем преломления и дисперсией. Для алмаза характерны совершенная спайность по октаэдру, хрупкость, высокая плотность, люминесценция в ультрафиолетовых и рентгеновских лучах, высокая теплопроводность. Он является диэлектриком, химически стоек- не растворяется ни в кислотах ни в щелочах. Температура плавления алмаза 3700 - 4000°С. Сгорает алмаз на воздухе при 850 - 1000°С, а в кислородной среде горит слабо-голубым пламенем при 720 - 800°С полностью превращаясь в конечном счете в углекислый газ. При нагреве до 2000 - 3000°С без доступа воздуха алмаз переходит в графит.
Большинство природных алмазов бесцветно, однако, нередки камни самых разнообразных цветов и оттенков. Хотя алмаз может быть почти любого цвета, алмазы синего цвета наиболее редки и потому наиболее ценны. Однако ослепительная игра их открывается лишь тогда, когда камень огранен в форму бриллианта. Такие алмазы ценятся очень высоко, но опять же выше всех среди прочих ценится алмаз, обладающий голубоватым оттенком. Наиболее часто встречаются алмазы со слабым желтоватым оттенком, а также зеленоватые. В США, Великобритании и ряде других странах искусственное окрашивание природных алмазов производят в лабораторных условиях путём бомбардировки их электронами высоких энергий.
Алмаз с чистой поверхностью гидрофобен, т.е. не смачивается водой. В то же время алмазы способны прилипать к некоторым видам жиров, на чем основаны некоторые способы извлечения алмазов из раздробленной алмазоносной породы.
Вес алмазов измеряется в каратах: 1 карат равен 0,2 грамма.
Применение алмазов.
В зависимости от качества алмазы делятся на ювелирные и технические. К ювелирным относят достаточно крупные кристаллы совершенной формы, окраски, исключительной прозрачности, без трещин, включений и иных дефектов. Минимальный размер ювелирных алмазов 0,05 карата (0,01 г); крупными считаются камни более 10 каратов; если масса алмаза превышает 50 каратов -- ему присваивается имя.