Классификация запасов полезных ископаемых применительно к месторождениям цветных металлов. Руды тяжелых цветных металлов

Для удовлетворения потребностей в цветных металлах необходима, с одной стороны, развитая металлургическая промышленность, способная осуществлять производство цветных металлов в необходимом ассортименте и с требуемым качеством. С другой стороны, необходима сырьевая база, обеспечивающая металлургическую промышленность соответствующим сырьём и энергоносителями. Основным сырьём для получения цветных металлов являются руды.

Руда – минеральное образование с содержанием металлов или полезных минералов, обеспечивающая техническую возможность и экономическую целесообразность их извлечение. Минералы, содержащие извлекаемые (полезные) металлы называют рудными, остальные – пустая порода. Обычно руду называют по получаемому из неё основному металлу, например, медная, железная и т.д. Однако простых руд, содержащих только одно полезное ископаемое, в природе почти не существует.

Рудное месторождение, как правило, состоит из нескольких полезных минералов, в свою очередь, содержащих 2÷5, а иногда более 10 ценных элементов. В зависимости от химического состава рудных минералов руды называют самородными, сульфидными, окисленными. Под окисленными рудами подразумевают не только оксиды, но и кислородосодержащие минералы, например, силикаты, карбонаты, нитраты. По содержанию металлов руды делят на богатые, бедные и забалансовые (непромышленные).

Руды различают по принципу образования в земной коре — генезису: магматические, пегматические, гидротермальные и т.д.; по физическим характеристикам — форме рудных тел, крупности, текстуре; структурным особенностям и другим признакам. Минимальное содержание металла в добываемой руде не остается постоянным, а зависит от уровня развития техники в данной отрасли металлургии и потребности в данном металле. Так, до недавнего времени считалось, что минимальное содержание меди в руде должно быть выше 1%. Однако с развитием методов обогащения и потребностей этот минимум в настоящее время снижен до 0,5÷0,8 %.

По химическому составу руды подразделяют на следующие виды:

1. Самородные — основной металл присутствует в свободном состоянии;
2. Окисленные — основной металл находится в виде соединения с кислородом, карбоната, гидрата и др.
3. Сульфидные — основной металл находится в виде сульфидного соединения.

К типичным представителям руд первой группы (самородных) относятся золотосодержащие.

• россыпные — золото встречается в свободном виде среди обломков рыхлых отложений (песков) являющихся результатом разрушения первичных горных пород;
• коренные — золото находятся в свободном или связанном состоянии в твёрдых кристаллических породах, таких как кварц, гранит, порфир и др.

Из окисленных руд после процессов обогащения и металлургических переделов получают: никель, алюминий, титан, вольфрам, уран, ниобий, тантал и др.

Цветная металлургия – это не только комплекс мероприятий по получению цветных металлов (добыча, обогащение, металлургический передел, получение отливок чистых металов и сплавов на их основе), но и переработка лома цветных металлов.

Научно-технический прогресс не стоит на месте, и цветные металлы на сегодняшний день широко используются для разработки инновационных конструкционных материалов. Только отечественная металлургическая промышленность выпускает порядка 70 видов сплавов, используя разнообразное сырье.

В связи с низким содержанием необходимого компонента в руде и примесей других элементов, цветная металлургия является энергозатратным производством и имеет сложную структуру. Так, меди в руде содержится не более 5%, а цинка и свинца не более 5,5%. Колчеданы, добываемые на Урале, многокомпонентные, и в их составе находится порядка 30 химических элементов.

Цветные металлы подразделяются на шесть категорий, согласно своим физическим свойствам и предназначению:

1. Тяжелые. Имеют высокую плотность, соответственно, и вес. К ним относятся Cu, Ni, Pb, Zn, Sn.
2. Легкие. Имеют малый вес из-за незначительной удельной плотности. К ним относятся: Al, Mg, Ti, Na, Ka, Li.
3. Малые: Hg, Co, Bi, Cd, As, Sb.
4. Легирующие. В основном используются для получения сталей и сплавов с необходимыми качествами. Это W, Mo, Ta, Nb, V.
5. Благородные. Широко известны и используются для изготовления ювелирных украшений. Среди них Au, Ag, Pt.
6. Редкоземельные, рассеянные: Se, Zr, Ga, In, Tl, Ge.

Специфика отрасли

Руды цветных металлов, как было выше сказано, содержат малое количество добываемого элемента. Поэтому на тонну той же меди необходимо до 100 т руды. Из-за большой потребности в сырье цветная металлургия, по большей части, располагается вблизи своей сырьевой базы.

Цветные руды для своей переработки требуют большого количества топлива или электроэнергии. Энергетические затраты достигают половины общих затрат, связанных с выплавкой 1 т металла. В связи с этим металлургические предприятия располагаются в непосредственной близости от производителей электроэнергии.

Производство редких металлов в основном основано на восстановлении из соединений. Сырье поступает с промежуточных этапов обогащения руд. Из-за небольших объемов и трудности производства получением редких металлов занимаются лаборатории.

Состав отрасли

Виды цветной металлургии включают в себя отрасли, связанные с получением определенных видов металлов. Так, укрупнено можно выделить следующие отрасли:

• производство меди;
• производство алюминия;
• производство никеля и кобальта;
• производство олова;
• производство свинца и цинка;
• добыча золота.

Получение никеля тесно связано с местом добычи никелевых руд, которые расположены на Кольском полуострове и в Норильском районе Сибири. Многие отрасли цветной металлургии отличаются многоступенчатым металлургическим переделом промежуточных продуктов.

На этом основании эффективен комплексный подход. Это сырье для получения других сопутствующих металлов. Утилизация отходов сопровождается получением материалов, использующихся не только в других отраслях тяжелого машиностроения, но и в химической и строительной отраслях.

Металлургия тяжелых металлов

Получение меди

Основными этапами получения чистой меди являются выплавка черновой меди и ее дальнейшее рафинирование. Черновая медь добывается из руд, а низкая концентрация меди в уральских медных колчеданах и большие ее объемы не позволяют перенести производственные мощности с Урала. В качестве резерва выступают: медистые песчаники, медь-молибденовые, медь-никелевые руды.

Рафинирование меди и переплавка вторичного сырья производится на предприятиях, которые удалены от источников добычи и первичной плавки. Благоприятствует им низкая стоимость электричества, так как для получения тонны меди расходуется до 5 кВт энергии в час.

Утилизация сернистых газов с последующей переработкой послужила стартом для получения серной кислоты в химической промышленности. Из остатков апатитов производит фосфатные минеральные удобрения.

Получение свинца и цинка

Металлургия цветных металлов, таких как свинец и цинк, имеет сложную территориальную разобщенность. Добычу руды ведут на Северном Кавказе, в Забайкалье, Кузбассе и на Дальнем Востоке. А обогащение и металлургический передел проводится не только возле мест выемки руды, но и на других территориях с развитой металлургией.

Свинцовые и цинковые концентраты богаты на химическую элементную базу. Однако сырье имеет разное процентное содержание элементов, из-за чего не всегда цинк и свинец можно получить в чистом виде. Поэтому технологические процессы в районах различны:

1. В Забайкалье получают только концентраты.
2. На Дальнем Востоке получают свинец и цинковый концентрат.
3. На Кузбассе получают цинк и свинцовый концентрат.
4. На Северном Кавказе ведут передел.
5. На Урале производят цинк.

Металлургия легких металлов

Наиболее распространенным легким металлом является алюминий. Сплавы на его основе обладают свойствами, присущими конструкционным и специальным сталям.

Для получения алюминия сырьем являются бокситы, алуниты, нефелины. Производство разделено на две стадии:

1. На первой стадии получают глинозем и необходим большой объем сырья.
2. На второй стадии электролитическим методом производят алюминий, на что требуется недорогая энергия. Поэтому этапы производства находятся на разных территориях.

Получение алюминия и сплавов сосредоточено в промышленных центрах. Сюда же поставляется лом на вторичную переработку, что в итоге снижает себестоимость готовой продукции.

Рудные полезные ископаемые:

Черные металлы - железо, марганец, хром, титан, ванадий);

Цветные металлы - все остальные (алюминий, медь, олово, свинец, цинк);

Благородные – золото, платина, серебро;

Радиоактивные – радий, уран, торий.

Они обычно сопутствуют фундаментам и выступам (щитам) древних платформ, а также складчатым областям, где они образуют огромные по протяженности рудные пояса, связанные своим происхождением с глубинными разломами в земной коре (Альпийско-Гималайский, Тихоокеанский). Они служат сырьевыми базами горнодобывающей и металлургической промышленности, определяют хозяйственную специализацию стран и регионов.

Мировые запасы железных руд оцениваются около 200 млрд.т , из которых около 1/3 залегают на территории СНГ.

Крупными запасами обладают:

Железных руд в странах, млрд.т: РФ – 33, Бразилии – 21, Австралии – 18, Украине и Китае по 15, Канаде – 12, США и Индия – 7, и Казахстане и Швеции – 4, Венесуэла – 2. Содержание железа в промышленных рудах 16-70%.

Марганца - Китай, Украина, ЮАР, Бразилия, Австралия, Индия;

Хрома - ЮАР, Казахстан, Индия, Турция.

Алюминий самый распространенный в земной коре металл, содержание глинозема в бокситах 40-60%. Основные бокситоносные провинции: Карибско-Амазонская, Гвианского залива, Австралийская, Индийская, Средиземноморская. Запасы по странам: Гвинея – 42%, Австралия – 18,5%, Бразилия – 6,3%, Ямайка – 4,7%, Камерун -3,8% и Индия – 2,8%. Для тяжелых цветных металлов типично низкое их содержание в рудах (менее 1%), основные запасы сосредоточены в Северной Америке, Африке, Азии (Россия, Казахстан, Китай).

Один из самых распространенных и наиболее ценный цветных металлов и наиболее ценный это медь. Электротехническая промышленность является крупнейшим потребителем меди. Она использует медь для силовых кабелей, телеграфных и телефонных и проводов, а также в генераторах, электродвигателях и коммутаторах. Применяется медь ещё в автомобилестроении и строительстве. Она расходуется на производство бронзы, латуни и медно-никелевых сплавов.

В пяти регионах мира преимущественно распространены медные месторождения. Они находятся: в Скалистых горах США, Канадском щите, на западных склонах Анд, особенно в Перу и Чили; на Центрально-Африканском плато – в медном поясе Замбии и Демократической Республики Конго. Также в России, Узбекистане, Казахстане и Армении.

Оловянный пояс протяженностью 1600 км и шириной до 190 км от о.Банка (Индонезия) до крайнего юго-востока Китая, через Малайзию, Таиланд.

Мировые запасы сурьмы, оцениваемые в шесть миллионов тон. Они сосредоточены главным образом в Китае (52% мировых запасов), а также в Боливии, Киргизии и Таиланде (по 4,5%), ЮАР и Мексике, США, России - в Республике Саха (Якутия), Красноярском крае и Забайкалье.

Выявленные ресурсы ртути оценивались в 675 тыс. т. Главным образом – в Испании, Италии, Югославии, Киргизии, на Украине и в России. Крупнейшие производители ртути: Испания, Китай, Алжир и Мексика.

Крупнейшими запасами цветных металлов обладают:

Свинца – Китай, Австралия, США, Канада, Перу;

Цинка: в Китае – 13,5%, Австралии – 13%, США- 10%, Перу -10% и Ирландии – 3%.

Олова – Бразилия, Китай, Малайзия, Индонезия, Боливия;

Ванадия– ЮАР, Россия, Китай, США;

Вольфрама – Китай, Россия, Узбекистан, Р.Корея;

Кобальта – всего в 10,3 млн. т., большая часть в Конго (ДРК) и Замбии, а также в Канаде, Австралии, России, Казахстане, на Украине.

Молибдена - в Канада, США, Германия, Турция, Казахстан, Узбекистан, Таджикистан.

Запасы медных руд

Основным по значению районом медной промышленности является Уральский. Его сырьевой базой служат медноколчедановые руды Гайского, Кировоградского, Дегтярского, Красноуральского, Ревдинского, Блявинского месторождений, причем Гайское, Кировоградское, Дегтярское месторождения являются самыми важнейшими. Кроме этого медные руды добываются в Ревде, Левихе, Полевской, Медногорске и Карабаше.

В Северном районе медно-никелевые руды разрабатываются в Мончегорске, в Восточно-Сибирском наиболе крупными являются Нортльское и Удаканское месторождения.

Запасы алюминиевых руд

Необходимый для производства алюминия глинозем большей частью вырабатывают в европейских районах и на Урале. В качестве исходного сырья большей частью используются бокситы следующего ряда месторождений: Бокситогорского, Североуральского, Северо-Онежского, в меньшей мере используются нефелины Кольского полуострова, Красноярского края и других районов.

Наиболее крупные запасы бокситов на Урале расположены в Североуральском басейне в районе Каменска-Уральского.

На территории Северо-западного экономического района расположены крупнейшие Тихвинское и Онежское месторождение бокситов, кроме того этот район обладает значительным количеством апатито-нефелиновых руд. В Северном районе имеются месторождения в Мончегорске, а также тимшерское и Хибинское месторождения.

В Восточной Сибири месторождения алюминия расположены в раоне нижнего течения реки Ангары.

Запасы полиметаллических руд

Свинцово-цинковая промышленность основывается на комплексной переработке разных по составу полиметаллических руд. В рудах Лениногорского и зыряновского месторождений цинка больше чем свинца, а в Ачинском и Текелийском свинец преобладает над цинком. На Урале цинк содержится в медных рудах. В Западной Сибири руда Салаирского и Золотушенского месторождений состоит преимущественно из цинка. Кроме этого полиметаллические руды распространены на Северном Кавкаже (Садон), в Забайкалье (Нерчинск), на Дальнем Востоке (Дальнегорск)

В Восточной Сибире наиболее известны месторождения Шерловая гора, Борзя и Нерчинское.

Запасы никелевых руд

Россия - одна из немногих стран в которых развито производство никеля. Основные месторождения сульфидных медно-никелевых руд сосредоточены в Северо-Западном экономическом район на Кольском полуострове (Мончегорск, Печенга-никель) и в Восточной Сибири (Норильск) где разрабатывается крупнейшее Талнахское месторождение. Другой вид окисленных никелевых руд разрабатывается на Урале (Режское, Уфалейское, Орское месторождения)

Основные запасы никеля на Урале сосредоточены в Орско-Халиловском районе, где руды разрабатываются открытым способом. Значительные запасы никелевых руд сосредоточены в Буруткальском месторождении которое в настоящее время интенсивно разрабатывается.

Запасы оловянных руд

Месторождения оловянных руд - кассеритов расположены в Читинской области, Якутии, на Дальнем Востоке и в Магаданской области.

Запасы титано-магниевых руд

Магниевое сырье (магнезит, доломит, карналлит и др.) широко распространено на Урале, в Восточной Сибири и в других районах

Месторождения титановых руд (титано-магнетиты и ильмениты) имеются на Урале, Кольском полуострове и Западной Сибири. В Западно-Сибирском экономическом районе основные месторождения титано-циркониевых руд сосредоточены в Томской области.

Россия располагает крупными запасами руд цветных металлов. Отличительной их особенностью является чрезвычайно низкий процент содержащегося в них металла. Поэтому руды почти всех цветных металлов подвергаются обогащению. Основные запасы размещаются на территории Урала, Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока и других районов страны.

Месторождения медных руд. Медь является важнейшим цветным металлом. Она отличается малым содержанием металла в руде (1-2%) и залегает часто в сочетании с цинком, свинцом, золотом, серебром. Крупные месторождения медных руд разведаны на Урале, Восточной Сибири, Северном Кавказе.

На Урале наиболее крупные месторождения - Дегтярское, Красноуральскос, Кировоградское, Ревдинское - расположены в Свердловской области. В Челябинской области находится Карабашское месторождение, в Оренбургской - Гайское, Блявинское.

Месторождения меди имеются в Восточной Сибири в Красноярском крае: Норильское, Талнахское, Октябрьское. В Читинской области расположено уникальное Удоканское месторождение, на Северном Кавказе - Урупское и Худесское месторождения (Ставропольский край).

Месторождения полиметаллических руд. Полиметаллические свинцово-цинковые руды России сосредоточены в Западной Сибири (Салаирская группа), Восточной Сибири (Нерчинская группа, Горев-ское месторождение в Красноярском крае, в Республике Тыва), на Дальнем Востоке (Тетюхинская группа).

Месторождения никеля и кобальта. Главные месторождения руд никеля размещены на территории Мурманской (Каула), Оренбургской (Буруктальское) и Челябинской (Черемшанское) областей, Красноярского края (Норильское, Талнахское).

Основная масса производимого в стране кобальта осуществляется переработкой комплексных руд.

Месторождения олова. Главный район размещения - Дальний Восток. Наиболее крупные месторождения - в районах хребтов Малый Хинган и Сихотэ-Алинь, Южном Приморье и бассейне р.Яны.

Месторождения легких металлов. Ведущая роль в промышленном производстве принадлежит алюминию. Для его получения используются три основные вида исходного сырья - бокситы, нефелины и алуниты.

Бокситы представляют собой осадочную породу, которая содержит глинозем, кремний и закись железа. Содержание глинозема в бокситах колеблется в пределах 40-70%. Месторождения бокситов разведаны на Урале (в Свердловской области - Североуральское, в Челябинской области - Южно-Уральское), на Северо-Западе (в Ленинградской области - Тихвинское), на Севере (в Архангельской области - Се-веро-Онежское), а также в Западной Сибири (в Кемеровской области), Восточной Сибири (в Красноярском крае и Республике Бурятия).

Месторождения благородных металлов. Основные месторождения золота встречаются в коренных породах в виде кварцево-золотоносных жил 1 и в россыпях. Они расположены на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке. Добыча серебра производится из свинцово-цинковых руд преимущественно в районах Сибири.

Месторождения нерудных полезных ископаемых

Нерудные полезные ископаемые представлены месторождениями фосфоритов, апатитов, калийных и каменных солей, известняками мергелями, глинами, песчаниками, серой, а также графитом, асбестом, слюдой, мрамором, кварцем, плавиковым шпатом и др.

Фосфориты и апатиты являются исходным сырьем, из которого вырабатываются фосфорные удобрения. Крупнейшее месторождение апатитов - Хибинское - расположено на Кольском полуострове в районе г.Кировска. Балансовые запасы этого месторождения оцениваются в 2,7 млрд.т. Добываемые здесь апатитовые руды поставляются как сырье основным суперфосфатным заводам страны, а также служат сырьевой базой для получения глинозема, так как содержат большое количество нефелина.

Основные месторождения фосфоритов расположены в европейской части страны. Наиболее крупное из них расположено в Кировской области (Вятско-Камское месторождение), в Московской (Егорьевское), в Курской (Курско-Щигровское), в Брянской (Полпинское), в Ленинградской области (Кингисеппское месторождение). Отдельные месторождения фосфоритов имеются также в Башкортостане и в Чувашии.

Калийные соли служат исходным сырьем для производства калийных удобрений. Крупнейшее месторождение калийных солей - Верхнекамское, расположено на Урале в Пермской области, где содержится основная часть всех запасов калийных солей России. Балансовые запасы его оцениваются в 21,7 млрд.т.

Для получения серной кислоты используются сера и серный колчедан. Значительные запасы серы и самородной серы расположены в Самарской области, а также на Северном Кавказе (Республика Дагестан) и на Дальнем Востоке (Хабаровский край). Основным районом залежей и добычи серного колчедана является Урал.

Запасы поваренной соли выявлены на Урале (месторождения Верхнекамское в Пермской области, Илецкое в Оренбургской области), в Нижнем Поволжье (Баскунчакскос и Эльтонское), в Восточной Сибири (Усольское в Иркутской области), на Дальнем Востоке (Олскмин-ское в Республике Саха).

Месторождения слюды имеются на севере в Республике Карелия и в Мурманской области, на Урале, в северных районах Сибири, а также на Дальнем Востоке (Республика Саха).

Алмазы - это минерал, состоящий из чистого кристаллического углерода, образуются в изверженных породах, кимберлитах. Крупнейшие месторождения алмазов сосредоточены в Республике Саха (Якутия) в средней части бассейна рек Лены и Вилюй, по верхнему течению р.Алдан и бассейнах р.Алдан и Оленек. Имеются запасы алмазов в бассейне р.Вишеры в Пермской области. Наибольшее промышленное значение имеют кимберлитовые трубки "Мир", "Айхал", "Удачная", расположенные в среднем течении р.Вилюй. Крупные месторождения алмазов разведаны и подготовлены для открытой разработки в Архангельской области. Выявленные месторождения расположены в 90 км севернее Архангельска и включают пять алмазных кимберлитовых трубок.