3.1. Минеральный и химический состав залежей полезных ископаемых

Тела полезных ископаемых сложены минеральными агрегатами. В рудах и некоторой части нерудных месторождений выделяются минералы-носители ценных элементов, которые называются рудными, или ценными минералами, и сопутствующие им так называемые жильные минералы. Соотношение между рудными и жильными минералами изменяются для руд разных металлов и месторождений в очень широких пределах. Так, в золотоносных жилах кварца количество золота составляет тысячные доли процента по отношению к массе кварца. Наоборот, богатые руды железа целиком состоят из рудных минералов (магнетит, гематит). Содержание металлов в различных рудных минералах в свою очередь зависит от химического состава и изменяется достаточно широко.

Поскольку вещественный состав металлических и неметаллических полезных ископаемых различный, для них применяется своя терминология. Полезные металлы, составляющие ценность металлических полезных ископаемых, образуют рудные минералы (магнетит и гематит в железной руде, галенит и сфалерит в свинцово-цинковой руде и т. д). Ценные компоненты неметаллических и горючих полезных ископаемых могут быть представлены веществами твердыми, жидкими и газами. Термин «руда» для таких полезных ископаемых обычно не принят; их именуют по названию самого вещества, как, например, слюда, асбест или нефть.

Минералы, слагающие месторождения рудных и нерудных полезных ископаемых, разделяются также по их происхождению на гипогенные, образовавшиеся в глубинных условиях, и гипергенные, возникшие на поверхности Земли или вблизи нее.

Минеральные массы, слагающие месторождения полезных ископаемых, как правило, бывают неоднородны по своему составу. Кроме минералов, содержащих ценные металлы или являющихся неметаллическим полезным ископаемым, присутствуют сопровождающие минералы — спутники, не имеющие практического применения. Эти минералы в постмагматических месторождениях, имеющих очень часто форму жил, называются жильными, а в металлических месторождениях остальных генетических типов — нерудными.

Распространен также термин пустая порода, служащий для обозначения имеющего цены материала в неметаллических и горючих полезных ископаемых. Например, прослои сланцев и песчаников в угольных пластах являются пустой породой.

Сопутствующие или жильные минералы, не используемые горнорудной промышленностью, а также и про слои пустой породы должны быть удалены из полезного ископаемого. Достигается это частично путем рудоразборки, а главным образом в процессе обогащения минерального сырья.

Относительное количество рудных и сопровождающих минералов может быть разнообразным. Встречаются руды, на 90—95% сложенные рудными минералами (так называемые сплошные руды). Примером их могут быть магнетитовые руды горы Магнититовой или серноколчеданные медьсодержащие руды Дегтярского месторождения на Урале. В других случаях содержание рудных и нерудных минералов может быть примерно одинаковое, например в рудах свинцово-цинковых месторождений Алтая. И, наконец, встречаются руды, в которых количество рудных минералов не превышает нескольких процентов (месторождение меднопорфировых руд Коунрад и др.). В месторождениях благородных металлов, например золота, количество вкраплений золота в рудной массе определяется всего лишь долями процента.

Помимо основных промышленных элементов, в рудах нередко имеются так называемые вредные примеси. Например, в железных рудах к числу вредных примесей относятся – сера, фосфор и мышьяк. Сера обусловливает ломкость металла в горячем состоянии, а фосфор - ломкость и хрупкость его в холодном состоянии. Мышьяк придает стали хладноломкость и красноломкость, а также плохую свариваемость. Содержание указанных элементов в руде не должно превышать 0,1%, в противном случае качество руды снижается. Для выплавки высококачественных чугунов содержание мышьяка в рудах совершенно недопустимо.

К числу нежелательных примесей в железных рудах относятся также цинк и свинец. Возгоны свинца и цинка, образующиеся в процессе плавки руды, разрушают кладку доменных печей. Поэтому содержание цинка и свинца в железной руде не должно превышать 0,2%.

Но, с другой стороны, в железных рудах присутствует ряд ценных примесей. Полезной примесью является марганец, который улучшает свойства чугуна и стали, увеличивая их твердость и вязкость, и парализует вредное влияние серы. С серой марганец дает химическое соединение — алабандин, удаляющееся в шлак.

Что касается руд цветных металлов, то в них при современной технологии производства не существует вредных примесей. Все составляющие их части могут быть использованы промышленностью. Перед технологами и обогатителями страны поставлена задача комплексного использования руд цветных металлов с извлечением из них всех полезных составляющих. Многие элементы, характеризующиеся низкими кларками, в природных условиях не образуют самостоятельных минералов, а скрываются в виде изоморфных примесей в более распространенных минералах (гафний — в минералах циркония, рений — в молибдените, кадмий — в сфалерите и т. п.).

Для полезных ископаемых, которые пользуются целиком (например, блоки гранита в качестве строительного камня), разделение на ценные и жильные минералы, естественно, не производится).

По составу преобладающей части рудных минералов выделяются следующие типы руд:

1) окисные — в форме окислов и гидроокислов, характерные для месторождений железа, марганца, олова, урана, хрома, алюминия;

2) силикатные — наиболее типичные для неметаллических полезных ископаемых (слюда, асбест, тальк и др.);

3) сернистые — в виде сульфидов, арсенидов, антимонидов, реже в форме соединений висмута, теллура и селена, к которым принадлежит большинство руд цветных металлов (медь, цинк, свинец, никель, сурьма и др.);

4) карбонатные — свойственные некоторым месторождениям железа, марганца, магния, свинца, цинка и меди;

5) сульфатные — к которым относятся месторождения бария_, стронция и др. элементов;

6) фосфатные — образующие месторождения фосфора и связанных с ними соединений;

7) галоидные — типичные для месторождений солей и флюорита;

8) самородные — сложенные самородными металлами и сплавами, известные для золота, платины, меди.

По составу всей массы руды, включающей как рудные, так и нерудные минералы, различаются руды: кремнистые, силикатные, карбонатные, сульфатные, сульфидные, окисные, фосфатные, галоидные и органогенные (битумные).

Минеральный состав углей определяется соотношением фюзена_, дюрена, кларена и витрена. Фюзен относится к матовым ингредиентам угля с волокнистым строением. Дюрен принадлежит к тем же составляющим угля, но имеет плотное строение. Кларен представляет собой блестящий или полуматовый ингредиент угля массивного или слоистого сложения. Витрен также относится к отчетливо блестящей составляющей угля, для которой характерна поперечная трещиноватость и раковистый излом.

Для определения технических свойств и химического состава углей применяют так называемые технический и элементарный анализы. При помощи технического анализа угли разделяются по содержанию в них золы, влаги, кокса и летучих горючих веществ. Горючая масса угля определяется вычитанием из его состава золы и влаги. Содержание золы в разных типах углей колеблется от 1,5 до 25%. Элементарный анализ определяет содержание в горючей массе угля: углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы. Содержание углерода в углях обычно лежит в пределах от 60 до 96%, водорода — от 2 до 12%. Для углей предложено несколько классификаций по природным типам. Например, для углей Донецкого бассейна выделяются марки: длиннопламенная (Д) с выходом летучих на горючую массу более 42%, газовая (Г) с выходом летучих от 35 до 44%, паровично-жирная (ПЖ) с выходом летучих от 26 до 35%, коксовая (К) с выходом летучих от 18 до 26% и тощая (Т) с выходом летучих менее 17%.

В состав нефти входят углеводороды, составляющие их основную массу, а также кислородные, сернистые и азотистые органические соединения. Нефти по содержанию в них основного углеводородного компонента разделяются на три класса: метановые, с содержанием парафина или алкана более 50%, нафтеновые, с содержанием нафтена более 50%, аромарические, с содержанием соответствующего углеводорода в количестве более 50%.|

В составе горючих газов преобладают метан в смеси с этаном, пропаном и бутаном, с примесью углекислого газа, азота и сероводорода.

На основании минерального и химического состава, определяющего промышленную ценность и технологические свойства минерального сырья полезные ископаемые разделяются на природные типы или сорта.

Для рудных и нерудных месторождений нет единой группировки минерального сырья по природным сортам. Можно говорить о разделении их по степени концентрации рудных минералов, выделяя руды богатые (массивные, сплошные) и убогие (вкрапленные), по составу преобладающих соединений (силикатные, кремнистые, сульфидные, окисные и др.), по генезису (первичные неизмененные, вторичные измененные и др.).

Горючие газы подразделяют по преобладающим в их составе компонентам, выделяя, например, пропан-метановые, сероводород-метановые и др..

Само собой разумеется, что при решении вопросов комплексного использования различных компонентов, входящих в состав рудоминерального сырья, необходимо всестороннее знание состава и качества минеральной массы полезного ископаемого. В связи с этим необходимо остановиться на вопросе об ассоциациях химических элементов и минералов в месторождениях полезных ископаемых.