ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Химические аспекты геологии, обогащения полезных ископаемых ископаемых, металлургии, технологии неорганических веществ, охраны окружающей среды из "Неорганическая химия" Основой материального и энергетического обеспечения человечества являются природные, главным образом, минеральные ресурсы Земли. Они служат основой для развития различных цивилизаций и государств. Источниками минерального сырья являются литосфера, гидросфера и атмосфера нашей планеты. С другой стороны, охрана этих трех сфер от истощения и загрязнения является другой актуальной проблемой нашего и, в особенности, будущего времени. [c.19] Земная кора на 99.5% состоит всего лишь из 12 элементов. Вот эти элементы с их процентным содержанием в земной коре О (50), 81 (26), А1 (7,5), Ре (4,7), Са(3,4), Ка (2,6), К (2,4), Мп (1,9), Н (0,9), Т1 (0,6), С1 (0,2), Р (0,1). Как видно, из всех цветных металлов только А1, Мп и Т1 попали в первую дюжину, остальные металлы в своем большинстве являются редкими элементами. При этом следует различать понятия редкий и рассеянный элемент. Рассеянными элементами обычно называют элементы, не образующие собственных минералов, а входящие в качестве примесей в чужие минералы и извлекаемые поэтому попутно с ними. К ним относятся, например, НЬ, Сз, С , 8с, Оа, 1п, Т1, Ое, Hf, V, 8е, Те, Ке. При этом они далеко не всегда являются самыми редкими элементами. К примеру, кларк меди составляет 1 10 %, а рубидия — в три раза больше — 3,1 10 %, тем не менее медь не относится к рассеянным элементам ввиду наличия собственных минералов, в то время как рубидий находится в природе только как изоморфная примесь к калий-СО держащим минералам. [c.20] По способу и условиям образования в природе горные породы делятся на магматические, метаморфические и осадочные. Магматические породы образованы из магмы — тугоплавкого силикатного и алюмосиликат-ного расплава — в недрах земли (эндогенный процесс) или на ее поверхности (экзогенный процесс). Эндогенные процессы протекают обычно в гидротермальных условиях, т. е. при повышенных температурах и давлениях в присутствии воды. К магматическим породам относятся граниты, сиениты, диориты, базальты, туфы и др. Все они содержат силикатные минералы с очень высоким содержанием 8102 (45-80%), а также минералы алюминия, магния, фосфора и других элементов. [c.21] Попадая на поверхность Земли, первичные и вторичные магматические породы подвергаются интенсивному и длительному воздействию атмосферы, осадков, микроорганизмов, ветра, перепадов температур и т. д. В результате они выветриваются, переносятся в водные бассейны, переосаждаются в илы, донные осадки и мигрируют вместе с природными водами. Из этих вод под действием силы тяжести, химических или биологических воздействий образуются осадочные породы и минералы, которые составляют около 10% массы литосферы, но покрывают 75% ее поверхности. К ним относят обломочные породы (пески, алевриты), глинистые (до 60 видов глин), а также хемогенные (соли), биохемогенные (угли, нефти), органогенные (известняки, мел). По химическому составу осадочные породы отличаются очень большим разнообразием. Например, к ним относят как чистые минералы (кварцевый песок 8102, галит КаС1), так и сложные алюмо-силикатные системы с переменным содержанием воды, углекислоты, углерода и других примесей. 75% всех полезных ископаемых, извлекаемых из земли, получается из осадочных пород. [c.22] Количественное содержание отдельных классов минералов в земной коре приводится в таблице 2.1. [c.22] Химические аспекты геологии.. [c.23] Наиболее часто встречающиеся формы существования различных элементов в земной коре представлены в таблице 2.2. В ней указаны те формы существования элементов, которые имеют наибольшее распространение. Например, большая часть железа находится в виде различных оксидов и гидроксидов, хотя сульфиды железа также очень распространены и являются самыми распространенными из всех остальных сульфидов. Из остальных элементов в наибольших количествах в виде сульфидов в земной коре встречаются 2п, РЬ, Си, Ag, 8Ь, В1, N1, Со, Мо и Hg. Считается, что большинство металлов выносится из магматических очагов в виде сульфидов, но затем на поверхности земли под действием кислорода воздуха и воды наиболее растворимые и гидролизуемые из них вначале окисляются до сульфатов, а затем до оксидов или гидроксидов. [c.23] Говоря о сырьевой базе сегодняшней химической и металлургической промышленности, нельзя не упомянуть о все возрастающей роли так называемых антропогенных источников сырья, к которым относят отходы различных производств. Содержание различных ценных элементов в шлаках, шламах, хвостохранилищах, отвальных породах зачастую превышает их содержание в природных месторождениях. Например, в фосфогипсе, отходе переработки апатитов и фосфоритов на фосфорные удобрения, содержится до 1% редкоземельных элементов (лантаноидов и иттрия), что сопоставимо с содержанием этих элементов в некоторых монацитах, из которых они обычно получаются. Переработка антропогенных источников сырья, а также разработка безотходных технологий, не образующих вредных отходов, становятся на повестку дня промышленности следующего столетия. [c.24] Гидросфера — прерывистая водная оболочка Земли — находится между литосферой и атмосферой. В нее входят океаны, моря, озера, реки и ледяной покров планеты. Вода и лед занимают 71% поверхности планеты. 94% свободной воды сосредоточено в Мировом океане, 4% — в подземных водах, 2% — в Арктике и Антарктике, а также в ледниках, 0,4% — в реках, озерах, болотах, почвенных водах. В атмосфере находится лишь 0,01% воды. Следует отметить, что общее содержание воды в литосфере в виде связанной (конституционной) воды приближается к ее содержанию в гидросфере. [c.24] Вода находится в постоянном кругообороте. Испаряясь с поверхности водоемов, она выпадает обратно на землю в виде атмосферных осадков, причем в среднем вся влага атмосферы полностью заменяется на новую за 9-10 дней. Атмосферные осадки являются основным источником пресной воды. Попадая в реки, вода выносит в океаны миллионы кубометров твердых и растворимых веществ, формируя новые осадочные породы и месторождения полезных ископаемых. [c.24] По химическому составу воздух состоит в основном из четырех газов. Их объемные, а значит и мольные проценты следующие N2 — 78,08, О2 — 20,95, Аг — 0,93, СО2 — 0,03. Однако, в следовых количествах там также присутствуют (млн ) Ne — 18, Не — 5, СН4 — 1,5, Кг — 1,1, Hg — 0,5, Хе — 0,1. Поэтому наша атмосфера является основным промышленным сырьем для получения азота, кислорода, аргона, неона, криптона и ксенона. [c.26] Давление пара растет с ростом температуры по экспоненте, и при одной и той же относительной влажности абсолютная влажность, т. е. содержание воды в воздухе, быстро растет с температурой. Поэтому содержание воды в воздухе не приводится в справочниках. Обычно эта величина колеблется в условиях средней полосы России в пределах 0,2-0,5% зимой и 1-5% летом. Знание абсолютной влажности важно при расчетах установок для осушки воздуха и минимальных расходов воздуха для сушки материалов. [c.27] Обогащение полезных ископаемых — это совокупность процессов первичной переработки твердого минерального сырья с целью увеличения в нем содержания полезного вещества. Обогащенное сырье обычно называется концентратом. [c.27] Еще в XVI в. Агрикола описал простейшие приемы отбора, измельчения, просеивания и гравитационного обогащения руд. Гравитационное обогащение золотоносных песков до сих пор является важнейшей стадией старательского промысла и золотодобывающей промышленности. [c.27] Однако, важнейшим и наиболее универсальным способом обогащения является флотационный способ, основанный на различной смачиваемости минералов, т. е. чисто коллоидно-химический метод. Впервые была предложена масляная флотация, на которую в 1860 г. английский горный инженер В. Хайнс получил патент. При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а кварц, полевые шпаты и другие алюмосиликаты, т. е. пустая порода, смачиваются водой и потому осаждаются. Отделив масляную и водную фазы, можно разделить тем самым гидрофильные и гидрофобные минералы. [c.28] Следующим видом флотации, предложенным А. Нибе-лиусом в 1892 г., была пленочная флотация, суть которой заключается в том, что на поверхность воды осторожно высыпается тонкоизмельченная руда. Гидрофильные минералы смачиваются водой и тонут, а гидрофобные частицы не могут преодолеть силы поверхностного натяжения воды и поэтому остаются на ее поверхности. [c.28] Химические реагенты, используемые при флотации, называются флотореагентами. Важнейшими из них являются собиратели (коллекторы), используемые для гид-рофобизации частиц минералов. Собиратели представляют собой органические веш ества, молекулы которых состоят из двух частей — неполярной (углеводородной, содержаш ей 10-20 атомов углерода) и полярной (карбоксильная или амино-группа). Поверхность более гидрофильных минералов имеет большее сродство к воде и поэтому не притягивает к себе полярную группировку собирателя, а на поверхности менее гидрофильных минералов закрепляется полярная группировка, причем неполярная группировка ориентируется в противоположную от частицы сторону и адсорбируется на поверхности пузырька воздуха. В результате частицы более гидрофобных минералов окружаются со всех сторон пузырьками воздуха и всплывают на поверхность, а более гидрофильные осаждаются на дно флотомашины. Неполярные жидкости (масла, керосин) также используют в качестве собирателей для гидрофобных веществ (уголь, самородная сера) или добавок, усиливающих гидрофобизацию частиц руды. [c.29] Вернуться к основной статье