Месторождения полезных ископаемых образуются под влиянием ряда факторов, или агентов, обеспечивающих перенос и концентрацию минералов, которые мы обнаруживаем в рудах. Хорошую основу для классификации месторождений дают пять основных концентрирующих агентов, ответственных за образование руд как распространенных, так и редких металлов (табл. 6-3). В гл. 5 мы уже рассматривали неко-
(more…)

Рудные месторождения редких металлов. Рудные месторождения — это минеральные месторождения, из которых можно с выгодой извлекать один или более полезных компонентов. Нами уже рассматривались две существенно важные особенности рудных месторождений: 1) они представляют собой локальные объемы, в которых содержания некоторых элементов во много раз превышают их средние содержания в земной коре; 2) они представляют собой скопления специфических рудных минералов. Нефтяные залежи, угольные пласты и железные шляпы слоистых железорудных формаций являются примерами руд, но с редкими металлами связаны специфические проблемы, заслуживающие особого обсуждения.
(more…)

Редкие металлы распространены повсеместно, однако в отличие от распространенных элементов они не образуют собственных минералов в горных породах. Конечно, они входят в состав некоторых породообразующих минералов, но лишь в форме примесей,-например замещая в силикатах часть атомов распространенных элементов. Так, атомы никеля могут замещать атомы магния в оливине Mg2Si04, хотя это происходит лишь с несколькими сотнями атомов магния из миллиона. То же самое наблюдается в полевых шпатах, где свинец может замещать калий. Это вызывает напряжения в кристаллической структуре минерала, поэтому такие замещения ограниченны. Они контролируются температурой, давлением и различными химическими параметрами горных пород конкретного состава. В большинстве случаев эти пределы не превышаются, и поэтому редкие металлы остаются в решетках соответствующих минералов. Для их извлечения необходимо разрушение кристаллических решеток минералов-хозяев, а это сложный процесс, поскольку большая часть силикатных минералов тугоплавка и с трудом поддается плавлению. Когда достигается предел вхождения примесей, примесный элемент образует свой собственный минерал, например галенит PbS в случае со свинцом. Физические свойства галенита существенно отличаются от свойств ассоциирующихся с ним силикатов, и простое дробление с последующим обогащением (флотация) позволяет получить исключительно богатый свинцом галенитовый концентрат, который можно подвергать дальнейшей обработке. Присутствие редких элементов в виде самостоятельных минералов, физические свойства которых резко отличаются от таковых ассоциирующихся с ними минералов, всегда было важным фактором в использовании металлов и их руд. Примечательно, например, что редкий металл галлий (Ga) при средней концентрации в земной коре, почти вдвое большей, чем у свинца, практически всегда является элементом-примесью в алюминийсодержащих силикатах. Может быть, поэтому галлий не имеет широкого применения, что, однако, могло бы иметь место, если бы нашелся подходящий для его извлечения минерал.
(more…)

Редкие металлы определяются как металлы, имеющие распространенность в земной коре ниже 0,1 %. Возможно, кто-то с удивлением обнаружит, что такие обычные металлы, как медь, цинк, свинец и никель, производство которых непрерывно растет (рис. 6-1), являются геохимически редкими и находятся в одном ряду с золотом, серебром и платиной. Большинство экспертов полагают, что серьезные трудности возникнут в первую очередь с металлами этой группы и что они способны «бросить вызов» развитию технологии. Действительно, недостаток некоторых из них ощущается уже сейчас. Производство серебра и золота уже не удовлетворяет нужд промышленности, поэтому в переработку вовлекаются отвалы и хвосты бывших горнодобывающих предприятий.
(more…)

Человеческое тело можно рассматривать как машину, топливом для которой является пища. К сожалению, наше тело не очень эффективная машина в сравнении с паровыми машинами или двигателями внутреннего сгорания. Например, если здоровый и работоспособный человек — мужчина или женщина — займется вращением педалей динамомашины, напоминающей велосипед, то самое большее, чего он сможет добиться,— это свечение стоваттной электрической лампочки в течение рабочего дня. Мускульная сила человека в действительности невелика, и ее ограниченность была очевидна уже для наших предков. Для того чтобы поддерживать жизнеспособность своих общин, возделывать поля, собирать урожай, возводить дамбы и строить церкви, наши предки нашли способы преумножить свою мускульную силу. Сначала они приручили тягловый скот, со временем изобрели паруса, водяные колеса, ветряные мельницы, паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и, наконец, электрические моторы.

Из приведенного выше обсуждения можно сделать вывод, что распространенность элемента в земной коре пропорциональна его запасам, доступным для человека. Добыча руд не будет ограничивать использование распространенных металлов, хотя на этом пути возможны временные трудности, связанные с попытками освоения новых типов руд. За исключением алюминия, ни с одним из распространенных металлов не возникнет серьезных экономических трудностей, но и для алюминия технологические проблемы могут быть решены.
(more…)

Магний является наиболее легким и стабильным из распространенных металлов. Будучи прочным, он необходим в производстве легких сплавов с высокой коррозионной стойкостью, особенно в сплавах с алюминием. Мировое производство металлического магния невелико по сравнению с производством железа или алюминия и составляет примерно 300 тыс. т (1981 г.) Однако магний используется обычно не в металлической форме, а в соединениях, в частности в виде оксида MgO, который обладает замечательными термоизоляционными и электроизоляционными свойствами. Главным источником магния являются моря, содержащие неистощимые запасы этого элемента (гл. 2); магний входит и в такие широкораспространенные в земной коре минералы осадочных пород, как доломит CaMg(C03)2 и магнезит MgC03. Если осадочная порода состоит преимущественно из доломита, ее также называют доломитом. Магнезит, кроме осадочных пород, встречается в корах выветривания и в гидротермальных месторождениях.
(more…)

В титане, как и в алюминии, малый удельный вес сочетается с высокой прочностью и коррозионной стойкостью. В некоторых случаях — в частности, при создании сверхзвуковых самолетов — титан наиболее отвечает технологическим требованиям. Этот металл с трудом обрабатывается и выплавляется из руд. Промышленное производство титана началось только после второй мировой войны, при этом потребление его в США составило в 1981 г. всего 29 тыс. т. Пока еще Het возможности оценить запасы титана с достаточной точностью, однако ясно, что они значительны.
(more…)

Марганец является исключительно важной добавкой в сталях, снижающей отрицательное действие малых количеств серы и кислорода. На каждую тонну производимой стали требуется приблизительно 7 кг марганца, при этом заменитель ему пока не найден.

Марганец, как и железо, имеет несколько степеней окисления, и его распределение во многом контролируется этой особенностью. Марганец легко накапливается при формировании хемогенных осадочных пород (образующихся при химическом осаждении), вулканогенно-осадочных комплексов и остаточных кор выветривания при изменении первоначальных пород. Как и в случае железа, наиболее окисленный марганец наименее растворим и поэтому концентрируется в остаточных корах выветривания и осадочных месторождениях.
(more…)

Железо — второй металл по распространенности в земной коре — является одним из «трех китов», поддерживающих цивилизацию; доля его потребления среди других металлов составляет 95 %. Значительная часть таких металлов, как никель, хром, молибден, вольфрам, ванадий, кобальт и марганец, добавляется к железу в качестве так называемых легирующих добавок для получения высокосортных сталей.
(more…)