Классификация полезных ископаемых
Полезные ископаемые — это природные минеральные образования в земной коре неорганического и органического происхождения, физические свойства и химический состав , которых позволяют использовать их в сфере материального производства. В настоящее время более 200 видов минерального сырья применяется в промышленности и сельском хозяйстве. По физическим свойствам различают полезные ископаемые твердые (рудные, нерудные, уголь, торф), жидкие (нефть, минерализованные воды) и газообразные (газы природные горючие и инертные).
Месторождением полезного ископаемого называется скопление минерального вещества в земной коре, которое в качественном и количественном отношениях пригодно для использования в народном хозяйстве. Месторождения, разработка которых при существующем уровне техники экономически целесообразна, называются промышленными; месторождения, разработка которых при тех же условиях невыгодна, называются непромышленными. По мере развития техники добычи и обогащения полезных ископаемых непромышленные месторождения могут переходить в категорию промышленных.
Объектами деятельности горно-обогатительных предприятий являются твердые полезные ископаемые группы А:
- А1 — Угли;
- A3 — Металлические полезные ископаемые;
- А4 — Естественные материалы и камни;
- А5 — Неметаллические полезные ископаемые.
Группа А1 — Угли — это твердые горючие вещества органического происхождения.
Ископаемые угли имеют различные физические и химические свойства, что обусловлено различием в исходном растительном материале, глубине химических превращений и внутримолекулярных перестроек растительных остатков. В зависимости от стадии метаморфизма различают: бурый уголь, каменный уголь и антрацит, отличающиеся химическим составом, физическими свойствами и показателями качества.
Бурые угли делят на две группы: лигниты и собственно бурые угли. Лигниты состоят из остатков древесины и имеют волокнистое строение. Собственно бурые угли не имеют ясно выраженных растительных остатков. Цвет этих углей различный — от темно-бурого до черного. Содержание углерода — 68—80 %, гигроскопической влаги — 25—30 %, выход летучих веществ — более 45 %, плотность — 800—1250 кг/м3. Бурый уголь, находясь на воздухе, рассыпается в мелочь.
Каменный уголь имеет черный цвет, теплоту сгорания 31—37 кДж/кг, плотность 1250—1500 кг/м ; содержит 3—4 % гигроскопической влаги, 80—92 % углерода, 11—45 % летучих веществ.
Антрацит имеет черную со стекловидным блеском поверхность, острые края при изломе, теплоту сгорания 35—38 кДж/кг, содержит летучих веществ до 6 %.
Уголь не является однородным веществом, а состоит из нескольких петрографических разновидностей:
дюрен —- матовый, твердый, не имеющий слоистости уголь, встречается в виде мощных пачек;
кларен — блестящий уголь с выраженной полосчатой текстурой, встречается в виде мощных пачек или даже целых пластов;
витрен — блестящий уголь, напоминающий кларен, но отличающийся небольшими размерами включений, отсутствием включений других разновидностей и большей плотностью
фюзен — матовый уголь волокнистого строения, по внешнему виду напоминает измельченный древесный уголь, встречается в виде небольших линз на плоскостях напластования.
Разновидности угля имеют следующую зольность:
- витрен и кларен — до 2 %;
- дюрен — 6 — 12 %;
- фюзен — 15 — 25 %.
Кларен и витрен хорошо коксуются, дюрен слабо, а фюзен не коксуется. Наиболее прочной разновидностью является дюрен, а наиболее хрупкой — фюзен.
Знание петрографического состава углей необходимо для определения оптимальных пределов дробления, рационального предела их обогащения и способов технологической переработки. Угли состоят из органической (горючей) массы и негорючих компонентов (минеральных примесей и влаги). В состав органической массы входят следующие химические элементы: углерод (С), водород (И), кислород (О), азот (N), сера (S), фосфор (Р). Самый ценный элемент в углях — углерод, содержание которого возрастает с увеличением стадии метаморфизма. К минеральным примесям относятся: глинистый сланец (Al203-2Si02-2H20), песчанистый сланец (SiOj), пирит (FeSi), сульфаты (CaS04), карбонаты (MgC03, FeCO3 и др).
Минеральные примеси, перешедшие в уголь из растительных организмов, называются связанными, а примеси, попавшие в период накопления растительных остатков, — наносными. Минеральные примеси, которые попали в уголь при его добыче, называются свободными. При обогащении могут быть удалены только свободные минеральные примеси.
Промышленная классификация углей предусматривает деление углей на различные марки и группы в зависимости от их физико-химических свойств и возможности использования для технологических или энергетических целей.
Угли каждого бассейна разделяют на марки и группы, причем угли одноименных марок и групп различных бассейнов имеют неодинаковые пределы классификационных параметров. Поэтому угли разных бассейнов, характеризуемые одинаковыми классификационными параметрами, при технологическом использовании могут давать различный по физико-механическим свойствам продукт.
Все угли условно делят на две технологические группы:
- коксующиеся;
- энергетические.
Группа A3 — Металлические полезные ископаемые — руды черных, цветных, редких и благородных металлов.
Руда представляет собой агрегат минералов, из которого технологически возможно и экономически целесообразно извлекать металл или его соединения. Таковы, например, руды железа, марганца, свинца, цинка, молибдена, вольфрама и др. По качеству минерального сырья различают богатые (высокосортные), рядовые (средние по качеству) и бедные (низкосортные) руды.
Минералами называются природные химические соединения, образовавшиеся в результате естественных химических реакций, более или менее однородные химически и физически. В зависимости от химического состава минералы группируются по классам, из которых важнейшее значение имеют: самородные элементы; сульфиды (соединения металлов с серой); оксиды (соединения металлов и некоторых других элементов с кислородом); силикаты соединения металлов с кремнием и кислородом) и алюмосиликаты (силикаты, содержащие алюминий).
Различают коренные и россыпные месторождения полезных ископаемых. В коренных месторождениях руда залегает в общем массиве горных пород в месте своего первоначального образования. При этом полезные минералы находятся в массиве горных пород в виде вкрапленных зерен (включений) той или иной величины, часто в тесном прорастании с минералами пустой породы.
Россыпные месторождения образуются в результате разрушения коренных руд под воздействием воды, кислорода воздуха, температуры и других природных факторов.
В россыпях концентрируются минералы, устойчивые к воздействию природных факторов. Эти минералы, как правило, находятся в виде обособленных зерен, однако часто сцементированы глиной или другим материалом
По вещественному составу различают руды черных, цветных, редких, благородных и радиоактивных металлов.
Руды разделяются также на монометаллические, содержащие только один металл, и сложные, полиметаллические, содержащие несколько металлов (например, руды, содержащие медь и цинк, свинец и цинк, молибден и вольфрам).
По размеру вкрапленности зерен полезных минералов различают руды с весьма крупной вкрапленностью (более 20 мм), крупновкрапленные (более 2 мм), мелковкрапленные (2—0,2 мм) и тонковкрапленные (менее 0,2 мм).
По физическим свойствам руды делят по плотности, влажности и др. По плотности различают руды тяжелые — плотностью выше 3500 кг/м, средние — 2500—3500 кг/м, легкие — ниже 2500 кг/м3.
По влажности различают руды сильно влажные, влажные и сухие.
В зависимости от физических свойств и химического состава руды подразделяют на трудно- и легкообогатимые.
Требования, предъявляемые промышленностью к рудному сырью, определены ГОСТами и техническими условиями, согласно которым рудное сырье разделяется по сортам в зависимости от содержания в нем полезных компонентов, вредных примесей и характера рудного агрегата. Имеются ограничения по содержанию влаги и гранулометрическому составу.
Промышленные кондиции на руду — это система показателей, в которой приняты минимально допустимые содержания металла в руде и запасы металла в данном месторождении.
Минимальным промышленным содержанием считается такое содержание ценного компонента, стоимость которого при извлечении его из недр и обогащении обеспечивает возврат всех затрат на эти процессы. Например, минимальное промышленное содержание меди в руде должно быть не менее 0,5 % (в зависимости от типа руды и способа переработки), свинца — 1 %, цинка— 1,5 %, вольфрама — 0,15 %.
Кондициями также определяется бортовое содержание металла в руде, которое необходимо для оконтуривания промышленных балансовых запасов месторождения.
Бортовое содержание — это наименьшее содержание металла в краевых пробах. Верхним пределом бортового содержания является минимальное промышленное содержание, нижний предел бортового содержания должен несколько превышать содержание металла в хвостах обогатительных фабрик. .1
Группа А4 — Естественные строительные материалы и камни и группа А5 — Неметаллические полезные ископаемые — используются для химической промышленности (сера, калийные соли, барит и др.), сельского хозяйства (апатит, фосфорит и др.), абразивной (алмаз, корунд, пемза и др.) и ювелирной промышленности и промышленности точных приборов (алмаз, рубин, изумруд и др.).
Они служат наполнителями для бумажной, резиновой, пищевой и других отраслей промышленности (тальк, каолин, мел, глины и др.), изоляционными материалами (асбест, слюда и др.), естественными огне- и кислотоупорными материалами (магнезит, кислотоупорные глины, амфиболы и др.), каменными строительными и дорожными материалами (известняк, кварцит, гравий, песок), сырьем для вяжущих строительных керамических и огнеупорных материалов (мергель, гипс, каолин, полевой шпат, кварц, графит и др.).
Количественная оценка полезных ископаемых выражается их запасами (балансовыми и забалансовыми).
Балансовыми являются запасы полезных ископаемых, использование которых технически возможно и экономически целесообразно.
Забалансовыми — запасы полезных ископаемых, использование которых при данном уровне техники экономически нецелесообразно (малая мощность, глубокое залегание, низкое содержание ценных компонентов и др.).