Из кого полезного ископаемого получают металлы

Обновлено: 07.07.2024

образовательная – углубить и расширить знании о полезных ископаемых,
обеспечить усвоение новых понятий руда, рудные и
нерудные полезные ископаемые, металлы и их свойства ;
развивающая – развивать умение выбирать наиболее оптимальное и точное
решение;
воспитывающая – воспитание любви к неповторимости родного края,
бережного отношения к природным богатствам родного
края.

Бандероль, мел, уголь, галит (соль), коллекция рудных полезных ископаемых, коллекция нерудных полезных ископаемых, компас, магнит, физическая карта Ростовской области, предметы изготовленные из чёрных и цветных металлов, гвоздь, деревянная палочка, стакан с горячей водой.

Ведущая дидактическая цель урока: изучение нового материала.

Форма урока: комбинированная.

Тренинг-настрой (слова произносятся негромко, но быстро):

Громко прозвенел звонок –

Наши ушки на макушке,

Глазки широко открыты.

Ни минуты не теряем.

2. Тестовая работа (проверка домашнего задания) (на партах читые листы и листы с заданиями):

1. Какие утверждения верны?

а) Мантия – это верхняя оболочка Земли.

б) Ядро состоит в основном из железа.

в) Горные породы состоят из минералов.

г) Гранит – это минерал.

2. Выберите правильный ответ:

а) ядро и земная кора; б) ядро, мантия и земная кора;
в) мантия и земная кора; г) только земная кора.

3. Какая из перечисленных горных пород относится к осадочным:

а) гранит, б) известняк, в) кварцит, г) мрамор.

а) Земная кора находится в центре нашей планеты.

б) Земная кора состоит из горных пород.

в) Земная кора вместе с верхним слоем мантии сложена из подвижных
плит.

г) Горные породы всегда образованы множеством минералов.

Ядро Земли состоит из:

а) одного слоя; б) двух слоёв;
в) трёх слоёв; г) четырёх слоёв.

3. К метаморфическим горным породам относятся:

а) торф, б) кварцит, в) базальт, г) глина.

Ребята меняются выполненными тестами друг с другом, учитель сообщает правильные ответы, выставляются оценки.
«5» ставится за все правильные ответы,

«3» - за 3 или 4 верных ответа,

Урок продолжается интригой: на столе учителя – бандероль (вариация чёрного ящика). Учитель предлагает отгадать три загадки, чтобы увидеть содержимое бандероли.

1) Белый, как сахар.
Пока руки им не испачкаешь,

ума-разума не наберёшься.
(мел)

2) Чёрен, как ворон,

а греет, как Солнце.

3) Что сперва в воде родится,

А потом воды боится.

При попытке ребят обобщить эти объекты, наверняка будут выдвинуты три предположения:

минералы, горные породы, полезные ископаемые.

Отсюда совершенно логично вытекает одна из целей урока:
разобраться с этими понятиями, выяснить, какой из предложенных вариантов обобщения является самым точным.
А ещё познакомиться с некоторыми представителями металлов, узнать их свойства и узнать какие полезные ископаемые есть в нашем краю.

- Что называют горными породами?

- Чем горные породы отличаются друг от друга?

- Что такое минерал?

- Как называются горные породы и минералы, которые использует человек?

После обсуждения получается следующая схема на доске, которую дети заносят себе в тетради:

- Как же более точно назвать обобщающим словом мел, поваренную соль и каменный уголь?
(Полезные ископаемые.)

Рассказ учителя с демонстрацией образцов полезных ископаемых и их свойств.

1. Полезные ископаемые (запись определения).

Полезные ископаемые – это все горные породы или отдельные минералы, которые использует человек.

а) Рудные полезные ископаемые, или металлические.

Из рудных полезных ископаемых получают металлы.

- Какие металлы вы знаете?

(Железо, алюминий, медь, цинк, олово и т.д.)

б) Руда (запись определения).

Руда – это минерал или горная порода, из которого в промышленных условиях получают одно или несколько металлов.

Различают руды чёрных и цветных металлов.

в) Руды чёрных металлов.

Демонстрация из коллекции.

Это магнитный железняк, красный железняк, бурый железняк.

Запись в тетради характеристики их свойств.

Из этих руд чаще всего выплавляют чёрные металлы – железо и его сплавы (чугун и сталь).

Таблица на доске:

Руды чёрных металлов.

72% железа → магнитный железняк

70% железа → красный железняк

64% железа → бурый железняк

Запись в тетрадях и на доске:

Железо Чугун Сталь

г) Руды цветных металлов.

Демонстрация из коллекции.
Это медный колчедан, боксит, цинковая обманка, свинцовый блеск.

Из этих руд выплавляют цветные металлы (медь, алюминий, цинк, свинец).

Запись в тетради характеристики их свойств, месторождения.

Руды чёрных и цветных металлов относят к рудным, или металлическим, полезным ископаемым. Их месторождения связаны с магматическими горными породами.

Руды цветных металлов

Медный колчедан → Медь

Боксит → Алюминий Цветные металлы

Цинковая обманка → Цинк

Свинцовый блеск → Свинец

д) Металлы, их свойства.

(Объяснение учителя с изображением схем.)

- Как можно различить предметы, сделанные из чёрных и цветных металлов?

(По действию на них магнита.)

Действие магнита на кнопки, скрепки, булавки, швейные иглы и т.п.

чугун, серебро, золото,

сталь) медь, цинк)

притягиваются не притягиваются

т.к. содержат железо

О свойствах металлов учащиеся читают самостоятельно на стр. 111 учебника и заполняют таблицу.

Металлы сплющиваются, куются

Металлам можно придать любую форму., сделать разнообразные предметы

Металлы можно вытянуть в тонкую проволоку.

Прочные и тонкие проволоки, нити.

Переход из твёрдого состояния в жидкое

Расплавленные металлы можно смешивать, получать различные сплавы.

Металлы хорошо проводят тепло

Быстрый разогрев содержимого в металлической ёмкости

Беседа по окончании работы учащихся.

- Какими свойствами обладают металлы?

- Для чего используются металлы?

2. Характеристика нерудных, или неметаллических, полезных ископаемых.

- Назовите нерудные полезные ископаемые. Для этого вам необходимо совершить мысленную прогулку по классу и назвать предметы, изготовленные из нерудных полезных ископаемых.
(Могут быть названы мел, известь, кирпичи, бетонные плиты и т.п.).

Демонстрация нерудных полезных ископаемых: поваренная соль, калийная соль, нефть, торф, уголь.

Характеристика их свойств; способ образования; как используются в народном хозяйстве.

- Месторождения этих ископаемых связаны с какими горными породами?

Нерудные полезные ископаемые можно разделить на две группы: твёрдые (соль, апатиты) и горючие (нефть, уголь, торф, газ.)

Схему учащиеся заносят в тетрадь.

Нерудные полезные

соль поваренная, газ, уголь, нефть,

Раз – подняться на носки и улыбнуться,

Два – руки вверх и потянуться,

Три – согнуться, разогнуться,

Четыре – снова всё начать,

Пять – поглубже всем вздохнуть,

Шесть – на пояс руки ставим,

Семь – повороты туловища начинаем,

Восемь – теперь приседаем,

Девять – потягиваемся и отдыхаем,

Десять – урок наш продолжаем.

Какие полезные ископаемые есть в нашем краю.

Демонстрируются местные горные породы.

Каменный уголь, известняк, глина, песчаник, нефть, природный газ и др.

Ребята определяют их происхождение и высказывают предположения об историческом прошлом территории.

Было время, когда наш край покрывался водами древних морей. За миллионы лет море то заливало нашу землю, то отступало. Новое наступление моря уничтожало растительный покров. Ветви, стволы поваленных деревьев заносились глинистыми и ракушечными осадками, где подвергались слабому тлению, что, в конечном счёте, превращало эти растительные остатки в уголь. А на поверхности от нашествия моря остались сланцево-известковые отложения и песчаники.

Посмотрим, ребята, чем же богата Ростовская область. (Работа с картой Ростовской области.)

Перечисляются месторождения полезных ископаемых и те географические объекты, где они расположены. Одновременно закрепляется материал о свойствах и видах горных пород. Если остаётся время, учитель беседует с классом о профессиях мастеров, постигающих красоту и силу камня (геолог, металлург, ювелир и т.д.).

В Ростовской области широко развита горнодобывающая и газовая промышленность. Работаю предприятия по добыче и переработке каменного угля, горючего газа, флюсовых и конверторных известняков, формовочных песков, огнеупорных и тугоплавких глин, каменных строительных материалов, строительных песков, глинистых пород для кирпичного производства и т.д. Действует ряд водозаборов подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения, добываются минеральные воды для розлива.

В последние годы открыты месторождения и перспективные участки нетрадиционных видов минерального сырья (бентониты, глаукониты, кремнистые породы) многоцелевого назначения в качестве экологически чистых природных сорбентов (очистителей), естественных мелиорантов (улучшителей влагообмена почвы), минеральных удобрений и др.

1) Добычу угля производят 5 угледобывающих предприятий (г. Миллерово, г.Каменск, г. Гуково, г. Шахты, г. Красный Сулин, г. Зверево и др.). На этих предприятиях числятся 18 действующих шахт.

2) В области разведано 21 месторождение природного газа. (Патроновское. Дубовское, Марковское, Тишкинское месторождения).

3) На территории области разрабатывается уже полвека Жирновское месторождение флюсовых и конверторных известняков. Известняки являются экологически чистым и высококачественным сырьём для многих отраслей производства (в чёрной и цветной металлургии, в производстве цементов, бетонов, строительного щебня, извести, соды и др.).

4) В бассейне реки Кундрючьей залегают тугоплавкие и огнеупорные глины. Слои глины от 7-9 м до 20-22 м шириной. Глины могут быть использованы для производства грубой керамики (керамические трубы, плитка для наружной облицовки, тугоплавкий кирпич) и для изготовления фарфора.

5) В Ростовской области есть 5 месторождений формовочных песков ( Разработку осуществляют в г. Миллерово). Пески пригодны для стального и чугунного литья.

6) На территории области имеются большие ресурсы цементного сырья высокого качества. В основном они сосредоточены в Миллеровском, Тарасовском, Тацинском, Неклиновском, Матвеево-Курганском районах.

Известняки, мел, мергели используются для производства высших сортов цемента, извести, наполнителя лаков и красок.

7) Залежи кварцитов есть в Тарасовском районе. Используется в металлургии.

1) Бентонитовые глины выявлены на территории Тарасовского, Миллеровского и Верхнедонского районов области. В сельском хозяйстве глины могут использоваться в природном виде для «сухой» мелиорации земель, увеличения плодородия почв, восстановления земель, для подкормки сельскохозяйственных животных, для увеличения срока действия органических удобрений и предохранения их от «окаменения».

2) По рекам Тузлов, Аюта, Северский Донец, Чир выявлены месторождения глауконитовых песков. Основными направлениями использования глауконитов:
- экологически чистые минеральные удобрения,
- восстановление плодородия почв, влагоудержание,
- кормовые добавки в рационе животных,
- очистка питьевых вод и водоумягчение.

3) В области разведано 7 месторождений кремнистого сырья. Его используют в цементной промышленности, при производстве кирпичей, растворимого (жидкого) стекла, для очистки вод.

4) В области есть около 100 месторождений строительных камней, используемых для производства щебня, бутового камня, пильного камня. Это песчаники и известняки.

5) Разрабатывается 62 месторождения песков. Они используются в строительных растворах, при изготовлении бетонов, силикатного кирпича.

6) Большие залежи глины есть в нашей области. Используются для производства глиняного кирпича.

На поверхности нашего края можно увидеть образования новых форм рельефа: насыпи, курганы, терриконы, карьеры. Эти формы образовались в результате хозяйственной деятельности человека. Терриконы – это отвалы пустой породы, которая подымается из шахт во время добычи каменного угля. Террикон иногда достигает 50-метровой высоты и имеет правильную конусообразную форму. В результате такой деятельности земли становятся непригодными для жизни и нуждаются в восстановлении путём выравнивания, лесонасаждения, сооружения прудов и др. Терриконы не только портят ландшафт, но и занимают много плодородно земли. Чтобы восстановить эту бесплодную землю, проводят так называемую рекультивацию: или просто разравнивают бульдозером, засыпая пустой породой близ расположенный овраг (балку), или же делают склоны более пологими, насыпают слой плодородной земли, вносят удобрения, высаживают травы, кустарники или деревья. Особенно большие работы проводятся в Белокалитвинском, Красносулинском, Октябрьском районах, в городах Шахты и Новошахтинск.

Терриконы совсем не безобидны. Они распространяют вокруг себя тучи пыли, которая загрязняет воздух. Бывает, что терриконы загораются, распространяя едкий дым. А стекающая с них после дождей загрязнённая вода отравляет почву и водоёмы.

Люди борются с терриконами. В нашем районе породу с терриконов используют для строительства дорог и засыпают овраги и балки. В других районах научились извлекать из «пустой породы» терриконов ценные вещества. Так что в некоторых местах созданные людьми горы постепенно исчезают. К сожалению, пока не везде…

Перечень полезных ископаемых был бы неполным, если не упомянуть целебные грязи (недалеко от городов Азова и Новочеркасска)

На территории Ростовской области минеральные подземные воды распространены повсеместно, всего выявлено 24 типа минеральных вод, употребляемых в качестве питьевых лечебных и лечебно-столовых. Все выявленные типы минеральных подземных вод разделяются на две основные группы: воды без специфических компонентов и свойств и воды с биологически активными компонентами.

Лечебные свойства минеральных вод первой группы определяются их ионно-солевым составом и невысоким значением общей минерализации. Наиболее широкое распространение на территории области имеют «Воды минеральные, лечебные и лечебно-столовые». Организован промышленный розлив таких вод под названиями: «Аксинья», «Аксу», «Аксайская», «Прима Дона», «Мечетинская», «Ростовская».

Минеральные воды второй группы в основном бромные и йодно-бромные с высоким значением общей минерализации. Встречаются они на глубинах 300 и более метров. Такие воды могут иметь двойное применение: при многократном разбавлении они могут использоваться как питьевые, лечебно-столовые или лечебные. В неразбавленном виде или при небольшом разбавлении они могут служить прекрасным средством лечения многих заболеваний, используются в основном для наружных процедур.

В настоящее время в области разведано 7 месторождений минеральных подземных вод с большими запасами, ещё 6 участков выявлено при поисковых работах.

Основные месторождения: г. Ростов-на-Дону

Лабораторная работа №7

Ознакомление с местными полезными ископаемыми и их физическими свойствами.

Ребята рассматривают образцы и определяют их физические свойства.

2) В бассейнах рек Кундрючьей и Северского Донца по берегам рек и балок есть отвесные обрывы высотой до 30 метров – это обнажения каменноугольных пород. Эти отложения представлены песчаниками, сланцами, известняками и углями.
Выходы таких песчаников образуют уникальные ландшафтные группы, сочетаясь с извилистыми долинами рек, байрачными и пойменными лесами. Урочища «Ближние скалы (Горная)» и «Зайцевка» много лет служат местами проведения туристских слётов, активного отдыха, тренировочными полигонами альпинистов и скалолазов не только Ростовской, но и соседних областей.

3) Живописные обнажения известняков и известняков-ракушечников распространены на побережье Азовского моря и на правом берегу реки Дон севернее Ростова-на-Дону и Мёртвый Донец. На протяжении многих лет они служат учебным полигоном для студентов-геологов Ростовского университета, позволяющим ознакомиться с толщами осадочных пород и фауной отложений.

4) На реке Тузлов наблюдается обнажение меловых пород. Породы представлены там чистым белым мелом, мелоподобными мергелями и мелоподобными известняками. Общая мощность пород по данным бурения – около 80 метров. Меловые отложения также используются для проведения геологических экскурсий студентами Ростовского университета.

Проверка знаний (фронтальный опрос) (при наличии времени):

- Что называют полезными ископаемыми?

- Из каких минералов состоит гранит?

- Объясните, почему гранитные горы постепенно разрушаются?

- Какое влияние на горные породы оказывают солнечные лучи, вода, растения, ветер?

- Как называется процесс разрушения горных пород? Дайте ему определение.

- Объясните, почему щебень, гальку, песок и глину называют обломочными породами. Как они образуются?

- Как человек использует горные породы?

- Что нового мы узнали сегодня на уроке?

( Полезные ископаемые, руды чёрных и цветных металлов, свойства металлов, полезные ископаемые нашего края.)

При наличии времени: чтение сказки о каменном угле.

Узнайте по описанию горную породу:
а) Масляная жидкость тёмно-бурого цвета с резким запахом.

б) Бесцветный газ, легче воздуха, с еле уловимым запахом.

в) Лёгкий, тёмно-коричневого цвета, состоит из остатков полусгнивших растений.

г) Твёрдый, но хрупкий чёрный камень, часто с блеском.

д) Белая, похожа на камень, при ударе рассыпается, растворима в воде, солёная на вкус.

а – нефть, б – природный газ, в – торф, г – каменный уголь, д – поваренная соль.

Горная добыча металлов

Горное дело подразумевает использование недр нашей Земли. Люди добывают из нее различные полезные ископаемые, которые необходимы для использования в качестве топлива или сырья. Эта область возникла еще в глубокой древности и развивалось согласно социально-экономической ситуации на земле. Люди совершенствовали орудия, с помощью которых можно было добывать полезные ископаемые, методы обнаружения месторождений, а также придумывали все новое применение найденных материалов. Площадь исследования источников сырья постоянно увеличивалась и распространялась на разные страны. С каждым периодом люди усовершенствовали свои навыки, орудия, развивая тем самым местность, на которой они проживали, а также их социально-экономический статус.

Одним из важных и необходимых полезных ископаемых является металл, который входит в состав руд. Металлы обладают несколькими свойствами: они твердые и плотные (за исключением ртути), являются проводниками электричества и тепла, а также звука. Температура плавления и кипения твердых металлов довольно высока (от 28 до 3000 ºС и выше). Имея такой полезный набор свойств, они находят широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Их используют для изготовления электрических кабелей, ювелирных изделий, посуды, различных деталей в строительстве, а также в авиационной и автомобильной промышленности. И это не полный список сфер, где люди используют металл. Главным преимуществом таких изделий являются прочность, а также его способность принимать любую форму под воздействием давящего на него инструмента.

Строение металлов

Все металлы состоят из частиц, между которыми существует химическая связь. Количество электронов между ними очень мало и на внешних оболочках они имеют очень слабую связь с ядром. Атомы этого материала расположены в определенном порядке и образуют собой кристаллическую решетку. Если через каждый атом мысленно провести линию, то в итоге мы получим набор правильных геометрических фигур. Но что касается расстояния между ними, то оно не одинаково, и зависит это от самого металла, его температуры, а также давления.

Типы металлов

Согласно их промышленному употреблению, металлы делятся на черные и цветные. Как это видно из названия, различаются они по цвету. Но кроме цветовых оттенков они имеют другие отличительные свойства: черные металлы более твердые и плотные, цветные же пластичнее и мягки по своей структуре. К первой группе относятся железо, его сплавы, а также марганец и иногда хром. Они используются в промышленности более чем на 90%, в отличие от цветных. Из черных металлов в основном изготавливают чугун и сталь. Для их изготовления используется сплав железа и углерода, но в разных пропорциях. Сталь содержит меньше углерода, чем чугун, не более 2,14 %. Но это процентное соотношение может варьироваться. Иногда нужно произвести сталь с содержанием углерода меньше, чем 1%. В таком случае на производстве данную смесь кипятят до тех пор, пока углерод не испарится до нужного количества.

К цветным относятся все остальные нежелезные металлы. К таковым относятся медь, алюминий, никель, свинец, цинк, олово и многие другие. Кроме того, цветные металлы подразделяются на две группы: легкие и тяжелые. Производство и тех, и других подразумевает затрату энергии. На легкие ее требуется гораздо больше. К легким обычно относят магний, алюминий, титан, а к тяжелым – свинец, олово, медь, никель, цинк. Так как способ производства данных материалов различается, то и промышленность было решено поделить на тяжелую и легкую металлургию. Причем заводы первой отрасли располагаются непосредственно около источника добычи подобного сырья, а второй – находятся у источников недорогой энергии.

Месторождения руд в России

Наша страна занимает первое место по запасам железной руды. В России существует множество месторождений этого сырья. Таковыми областями являются Курская аномалия, которая является самым мощным в мире железорудным бассейном, Карельское и Костомукшское месторождения, гора Магнитная (Челябинская область), Кузбасс, Красноярский край и др. В данных районах в основном добывают ископаемые для черной металлургии. Что касается цветной, то их месторождения сосредоточены на Уральском районе, Северный Кавказ, Дальний восток, Западная и Восточная Сибирь. Как правило, базы по переработки подобного сырья расположены вблизи от каждого месторождения.

Способы добычи руд

Для изготовления металла используются различного типа руды. Для каждого вида такого сырья в природе существуют разные руды. Есть руда медно-никелевая, железная, свинцово-цинковая и другие. Кроме того, например, из железной руды добывается не только железо, но и другие металлы, так как в ней могут содержаться их примеси.

Так как металлы добываются в природе из руд, то для установления их нахождения используются несколько способов добычи: открытый(карьерный) и подземный (шахтный). Иногда можно встретить комбинированный подход – открыто-подземный. Открытые горные работы ведутся на поверхности земли под открытым небом. Прежде чем приступить к самой добыче, производится подготовка горных пород к выемке. При данном процессе происходит отделение этих пород от массивов, а затем происходит рыхление. Если добыча осуществляется из скал, то в ход идут буро-взрывные работы. Для взрыва используются грамониты, гранулированные аммиачно-селитренные гранулиты и водонаполненные ВВ. Затем добытую массу грузят в транспортные средства с помощью различных подъемно-транспортных механизмов и транспортируют, а используемая земля рекультивируется.

Подземные горные работы осуществляются без нарушения поверхности земли. Они проводятся в ее недрах. Несмотря на популярность использования открытых работам, подземная добыча остается важным способом нахождения полезных ископаемых. Сначала месторождение вскрывают, затем, как и при открытых работах происходит подготовка ископаемых к выемке. После всего этого осуществляются очистные работы, которые заключаются в выемке сырья валовым способом, либо по отдельности, что называется селективной выемкой. Таким образом полезные ископаемые добываются из недр земли.

Кроме тяжелой техники в современном мире для добычи металлов используются компьютерные технологии, с помощью которых становится возможным планировать, проектировать все виды будущих работ.

Обработка металла

Когда местонахождение устанавливается, добытые руды подвергаются обогащению. Это способ разделения образований на металлы и минералы. Затем полезные ископаемые сортируются по качеству. После процесса обогащения, из руды извлекается металл при помощи электролитического и химического восстановления. Далее металлы обрабатываются и нередко шлифуются до блеска.

Все побочные мероприятия с сырьем проводятся на специальных металлургических комбинатах. Таковых предприятий в России очень много. Существуют главные комбинаты, а также их филиалы, расположенные как вблизи основного завода, так и вдалеке, в других регионах. Каждая крупная промышленность разделена на несколько цехов, в которых с металлом производят различные действия. Сначала его обрабатывают и прессуют в большие слитки. В другом цехе его прокатывают до размера меньше. После того, если металл идет, например, на изготовление проволоки, его прокатывают до такого диаметра, чтобы он соответствовал заказанным требованиям. Затем его отправляют в специальные лаборатории для исследования качества. В этих лабораториях специалисты исследует химический состав продукта с помощью спектрального оборудования. Материал проверяют на прочность, испытывают на растяжение, пластичность, разрушение, на изгиб, перегиб, осадку, оправку и многое другое. Если обнаружен брак, то металл такого рода не используется. Для деталей, проволоки, запчастей и прочего используют только качественный продукт без примесей. Далее этот материал отправляется в другие цеха на изготовление всего возможного, где он может понадобиться. Так как в России большие запасы железной руды, то обработанный материал распространяется не только по нашей стране, но и по другим странам. Этот продукт очень популярен, ведь его используют в изготовлении большинства станков, оборудований, машин и прочего.

Современная ситуация на рынке металлургии

Если обратиться к конкретным предприятиям, то можно заметить, что их работа не всегда стабильно направлена лишь в одну сторону. Многое зависит от запасов руды и от потребности людей. Так, например, в местах, где большие запасы руд исчерпаны, нередко предприятиям приходится закрываться из-за отсутствия нужды в них.

Кроме того, бывают случаи, когда какой-либо завод решают перепрофилировать. Так, например, планировали сделать с Надвоицким алюминиевым заводом. Но, из-за нестабильной ситуации на рынке алюминиевой фольги, данный проект был отложен.

Ситуация на рынке по мимо всего прочего влияет не только на объем производства продукции, но и на себестоимость изготавливаемых материалов. Примером может послужить предприятие «Березитовый рудник», расположенный в Амурской области. На данный момент заводы вынуждены снижать себестоимость золотодобычи, но, при этом им удается сохранить свою финансовую устойчивость. Кроме того, в планах данного предприятия расширение своего производства. Данная компания желает заняться резкой металла посредством лазерных оборудований.

Что касается добычи некоторых видов металлов, например, золота, то в нынешнем году, в России добыча данного сырья увеличилась в разы. Главными районами с богатым запасом желтого металла названы Красноярский край и Кемеровский регион. Данный материал был получен не только путем добычи, но и во время изготовления других металлов, посредством переработки лома и отходов.

Таким, образом, добыча металла является самой важной отраслью в нашем мире. Этот материал используется с давних времен и не прекращает быть популярным, ведь изделия из металла окружают каждого из нас. Поэтому горное дело является ведущей областью в изготовлении многих продукции.

Добыча металла

Используя недра нашей планеты, горняки добывают полезные ископаемые. Они нужны для того, чтобы использовать их как топливо или сырье. Уже в древние времена появились первые разработчики земли. Так чем дальше продвигалось развитие человечества, тем более обширными и глубокими становились рудники. Благодаря полезным ископаемым люди могли совершенствовать свои орудия труда, которые, в свою очередь, позволяли еще глубже опускаться под землю, а также добывать другие ископаемые.

Изменялись методы, которые позволяли обнаружить месторождение ископаемых. Придумывались возможности использовать в обычной жизни то, что уже было добыто. При этом постоянно увеличивались площади исследований. Каждая страна все больше и больше выделяла средств, чтобы обнаружить ископаемые. Шли столетия, и навыки людей росли, орудия развивались, помогая продвигаться социально-экономическому статусу.

Самым важным полезным ископаемым можно назвать металл. Он добывается из руды. У этого вещества несколько полезных свойств:

Он твердый,
Он плотный, исключение составляет только ртуть,
Он проводник электричества,
Проводник тепла,
Проводник звука,
Обладает высокой температурой кипения и плавления, она достигает трех тысяч градусов по Цельсию.

Учитывая все эти свойства, металл широко используется человеком. Например, из них изготавливают электрические кабели, ювелирные изделия, посуду, детали для строительства, авиации, автомобилей. И это еще не все, где его применяют. Главное, что находят в металле – это прочность. Еще интересен тот момент, что если на него оказать давление, то он при большой температуре примет форму давящего предмета. Такое свойство металла очень ценно при образовании из него различных предметов.

Химические свойства и удельный вес цветных металлов

Наименование цветного металла	Химическое обозначение	Атомный вес	Температура плавления, °C	Удельный вес, г/куб.см
Цинк (Zinc)	Zn	65,37	419,5	7,13
Алюминий (Aluminium)	Al	26,9815	659	2,69808
Свинец (Lead)	Pb	207,19	327,4	11,337
Олово (Tin)	Sn	118,69	231,9	7,29
Медь (Сopper)	Cu	63,54	1083	8,96
Титан (Titanium)	Ti	47,90	1668	4,505
Никель (Nickel)	Ni	58,71	1455	8,91
Магний (Magnesium)	Mg	24	650	1,74
Ванадий (Vanadium)	V	6	1900	6,11
Вольфрам (Wolframium)	W	184	3422	19,3
Хром (Chromium)	Cr	51,996	1765	7,19
Молибден (Molybdaenum)	Mo	92	2622	10,22
Серебро (Argentum)	Ag	107,9	1000	10,5
Тантал (Tantal)	Ta	180	3269	16,65
Золото (Aurum)	Au	197	1095	19,32
Платина (Platina)	Pt	194,8	1760	21,45

Как устроен металл

Каждый металл в своей структуре имеет элементы, связанные между собой химической связью. Между данными частицами электроны практически отсутствуют, к тому же у них с центром атом внешне слабое взаимодействие. При этом атомы металла соединены в правильную решетку. Так, что в случае проведения мысленной линии через ядра элементов, можно получить идеальный порядок, который подвластен геометрии, при этом между отдельными атомами расстояние у разных представителей металла разное. Это связано с тем, какая у них температура или давление.

На какие типы делятся металлы

Можно выделить две основные группы, на которые делятся металлы. Это связано с тем, где их применяют, то есть речь идет о черных и цветных металлах. Само название уже говорит о том, что отличаются данные типы металлов своим цветом. Но есть и другие свойства, которые служат отличительной чертой между этими двумя группами. Например, черный металл обычно отличается твердостью и плотностью, что же касается цветных металлов, то они отличаются пластичностью и мягкостью. Черный металл включает железо, к которому относят и сплавы, марганец, в эту группу еще входит хром. Практически на все свои сто процентов, если быть точнее, то на девяносто, они используются в промышленности. Из них можно изготовить чугунные и стальные производные. Для того чтобы изготовить эти составляющие применяют сплав углерода и железа, только используют разное соотношение. В стали меньше углерода, чем в чугуне. Если говорить в процентном соотношении, то не больше, чем 2,14 процента. Правда, данное соотношение процентов может меняться от сплава к сплаву. Например, бывает такая сталь, в которой углерода меньше, чем один процент. Для этого следует так кипятить смесь металла, пока углерод не испарится, достигнув необходимого процента.

Что же касается цветных металлов, то к ним относится очень много добываемой руды. Можно сказать, что это оставшиеся нежелезные металлы, речь идет о меди, алюминии, никеле, свинце, цинке, олове и множестве других. При этом этот тип металлов делится еще на две составляющие. Мы говорим как о легком, так и о тяжелом металле. При изготовлении как первой, так и второй группы затрагивается большое количество энергии. Если работа ведется с легкими металлами, то на них ее расходуется больше. Легкие металлы касаются магния, алюминия, титана, а тяжелые связаны со свинцом, оловом, медью, никелем, цинком. Как уже было отмечено, процесс производства цветных металлов имеет двойную специализацию, которая отличается одна от другой в сфере промышленности. Именно поэтому промышленность решили разделить на две части. Это тяжелая и легкая металлургия. При этом в первом случае заводы находятся поближе к сырью, а во втором поближе к источнику дешевой энергии.

Где в России ведется добыча металла

Интересное можно сделать замечание, по всему миру запасов железной руды больше всего у России. Так как именно на ее огромной площади больше всего месторождений. Например, можно упомянуть

Курскую аномалию, здесь очень много железной руды, можно сказать, что это рекордсмен по добыче железной руды.
Еще можно сказать о Карельском и
Костомукшском месторождении,
Магнитной горе, которая располагается в Челябинской области,
Кузнецком бассейне,
Красноярском крае и многих других.

В перечисленных месторождениях находится железо. Цветная металлургия получает запасы с месторождений, расположенных на:

Урале,
Северном Кавказе,
Дальнем востоке,
Западной и Восточной Сибири.

Неподалеку от месторождений и источника энергии расположились и заводы по переработке железной руды.

Как добывают руду?

Для того чтобы изготовить металл, требуется самые разные руды. Под землей их существует много видов. Например, можно сказать о:

Медно-никелевой,
Железной,
Свинцово-цинковой и других.

К тому же каждая руда содержит примеси, например, железная. Из нее добывают не только железо, но также и другой металл, так как там много примесей других металлов.

Как мы уже поняли, добыча металла ведется из руды, поэтому для процесса добычи нужно применять несколько методов. Речь может идти о двух таких методах, во-первых, об открытом или карьерном и, во-вторых, о подземном или шахтном. Также существует комбинированный метод, то есть открыто-подземный. Что касается первого вида добычи руды, то она ведется прямо под открытым небом на поверхности. Для этого следует сначала подготовить все необходимое, чтобы доставать горную породу. Во время этого процесса в первую очередь от доставаемой породы отделяют земляной массив, потом породу рыхлят, чтобы извлечь руду, отделив ее от всего остального. Возможна добыча из скал, в этом случае применяется буро-взрывная работа.

Для того чтобы взорвать скалу берут гранулит, гранулированный аммиачно-селитренный гранулит и водонаполненный ВВ. Добыв руду, все грузят в транспорт, используя подъемно-транспортный механизм. Потом ненужная земля отвозится на поля, где она культивируется.

Что же касается подземной работы, то верхняя часть земли не трогается. На ней можно осуществлять постройки, засаживать поля. Но капают глубоко под землей. Хотя открытый метод очень популярен, но львиную долю полезных ископаемых добывают именно под землей. Для этого месторождение нужно для начала вскрыть, потом их вынуть, этот процесс похож на открытый метод. Затем наступает очистная работа, она в том заключается, чтобы вынуть сырье валовым методом, можно это делать и по отдельности, то есть используется селективная выемка. Именно так железную руду и другие ископаемые можно добыть из-под земли.

Для добычи руды пользуются тяжелой техникой, но это не все в современном мире, так как для обнаружения залежей пользуются компьютерными технологиями, которые позволяют обнаружить, спланировать, спроектировать будущие работы.

Как обрабатывается металл

Если уже было найдено месторасположение руды, необходимо добытую руду обогатить. В этом процессе происходит деление на части того, что добыли. Отдельно идет металл, а отдельно минерал. Теперь можно отсортировать добытую руду по качеству. Обогащение приводит к следующему действию, химическому и электролитическому воздействию. Затем металл нужно обработать и отшлифовать так, чтобы он блестел.

Россия обладает большим количеством предприятий, которые объединены в металлургические комбинаты. Именно там проводятся с металлической рудой все мероприятия, являющиеся побочными. Помимо основных комбинатов, можно сказать об их филиалах, которые располагаются неподалеку от основного предприятия, они могут находиться и в других регионах, то есть далеко. Каждый завод имеет несколько цехов, где металл подвергается самым немыслимым действиям.

Во-первых, его нужно обработать.
Во-вторых, отпрессовать в слитки, большие по размерам.
В-третьих, металл в очередном цехе прокатывается до меньших размеров.
В-четвертых, доводится металл до нужной площади на срезе, если, например, заказчику нужна проволока определенного диаметра, то металл прокатывается до этого размера.
В-пятых, готовое изделие отправляется в лабораторию на исследование соответствия качества. Используется спектральное оборудование, которое позволяет определить химический состав продукции.
В-шестых, идет проверка на прочность. Также нужно испытать, на какого рода растяжение он способен, насколько он пластичен, подвержен разрушению, как сильно его можно изогнуть, перегнуть так, чтобы он не сломался, какова его осадка, оправка, а также прочие вещи.
В-седьмых, при обнаружении брака металл выходит из производства. Так как для металлических деталей, различных запасных частей и проволоки используется только качественная производная металла, в котором нет никаких посторонних, даже металла другого типа, примесей.
В-восьмых, металл готов к тому, чтобы из него изготовить нужную продукцию, поэтому он направляется в соответствующие цеха.

Россия обладает очень большими залежами железной руды. Это означает, что ей не нужно столько, поэтому многое идет на экспорт в другие страны. Металл является популярным ископаемым, так как из него можно изготовить практически все, в том числе, станки, оборудование, машины и многое другое.

Как развивается ситуация на металлургическом рынке

Говоря о конкретном предприятии, можно прийти к выводу, что не все они остаются вечными гигантами. Так как если запасы руды в определенном месте подходят к концу, то подобный завод по обработке металла закрывается, так как в нем более нет нужды. Также завод могут перепрофилировать на другой вид деятельности.

Многое связано с ситуацией рынка, объемы производства металлической продукции тоже зависят от того, каков спрос на рынке. Это влияет и на то, во сколько обходится обработка металла, производство новой продукции. Учитывая, что количество потребляемого металла растет, так как находят новые рудники в других странах, поэтому, например, завод «Березитовый рудник» вынужден был снизить стоимость золота, которая необходима на добычу его из залежей. Но устойчивость на международном рынке пока остается стабильной. Упомянутый завод готов к расширению своего предприятия. Так как хочется им применить лазерное оборудование.

Говоря о добыче золота, хочется сказать, что в России она увеличилась в разы. Больше всего его можно получить в Красноярском крае и Кемеровском регионе. Причем используют подобный металл не только в результате его добычи, но и при переработке лома, отходной части, очищения от примесей других металлов.

Подводя итоги, хочется сказать, что металл служит хорошим подспорьем в современном мире, так как практически все изготавливается из него. А значит, его добыча будет актуальна еще долгие годы.

Сюжеты по теме

Площадь Мирового океана почти в два раза больше земной суши. Нетрудно догадаться, сколько разнообразных полезных ископаемых кроется под дном океанов и морей. Учитывая тот факт, что многие крупные месторождения на суше уже давно разведаны, а некоторые из них практически полностью истощены, ученые все чаще и чаще стали задумываться о разработке соответствующих технологий по добыче минералов с морского дна. Речь идет о металлах, фосфатах, а также и гидратах для получения энергии.

Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

Металлические элементы встречаются в земной коре, в почве и воде в виде простых и сложных веществ. Получение металлов в промышленности основано на химическом составе сырья и свойствах компонентов.

Понятие о металлургии

Металлургия — получение металлов из руд — один из древнейших видов человеческой деятельности. Еще во втором тысячелетии до н. э. в Египте умели выплавлять железо из железной руды. Так называемый железный век пришел на смену бронзовому, тот, в свою очередь, наступил после каменного.

Получают металлы из рудных полезных ископаемых. Например, халькопирит или медный колчедан — сырье для производства железа, меди и серы (Рис. 1). Химическая формула минерала CuFeS₂. Металлы в составе других руд находятся в виде оксидов или солей неорганических кислот, химически связанных катионов.

Рис. 1. Халькопирит

Суть металлургического процесса заключается в восстановлении положительных ионов до свободных атомов металла. Используют в качестве источников электронов углерод и его соединения, водород, металлы. В процессе восстановления катионы получают недостающие электроны. Происходит восстановление электронных оболочек металла. Схема процесса:

Ме +n + ne - → Me, где

Ме +n — металл в окисленной форме;
+n — степень окисления;
ne - — количество присоединяемых электронов;
Ме — металл в восстановленной форме.

Способы получения металлов

В зависимости от того, кокой восстановитель используют в металлургическом процессе различают: пиро - , гидро, электро - и биометаллургию.

Наиболее распространенные способы получения металлов: пирометаллургический и электрометаллургический. Большинство реакций восстановления протекают при высоких температурах (Рис. 2). Так как металлическая связь обладает повышенной прочностью, то выделение металлов в чистом виде из природных соединений проводят при высоких температурах.

Рис. 2. Металлургическое производство

Пирометаллургический способ

Пирометаллургия — получение металлов из руд при высоких температурах при участии восстановителей. В переводе с греческого «пирос» означает «огненный». Используют в качестве восстановителей кокс, диоксид углерода, водород. Применяют активные металлы для получения менее активных.

Пирометаллургия подразделяется на

карботермия,
водородотермия,
металлотермию.

Карботермия: перевод сульфида металла путем обжига в оксид и дальнейшим восстановлением углем до чистого состояния.

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2 SO2

Руды, состоящие из оксидов и сульфидов железа, подвергают карботермии. Проводят восстановление коксом или диоксидом углерода (угарным газом). Получают сплавы железа — чугун и сталь. Первый содержит больше углерода, а также оксидов серы, фосфора и кремния. Углерод снижает твердость и другие характерные для металлов качества.

Химические реакции, лежащие в основе выплавки чугуна:

Сталь выплавляют в специальных печах — электрических, конвертерных, мартеновских (Рис. 3). При продувании обогащенного кислородом воздуха выгорает избыточный углерод, его содержание уменьшается до 2% и ниже. Этот способ является более экономически применим, т.к. при помощи него получают сталь и чугун, которые широко используются в современной промышленности.

Рис. 3. Пирометаллургия

Восстановлением углем можно получить железо, медь, цинк, кадмий, германий, олово, свинец и другие металлы. В качестве сырья используют медную (Cu₂O), оловянную (SnO₂)_, марганцевую (MnO₂) руды.

Схема получение железа и хрома	(Cr₂Fe)O₄ + 4C(кокс) = Fe + 2Cr + 4CO↑
Реакция, лежащая в основе выплавки меди	Cu₂O + C (кокс) = 2Cu + CO↑
Схема производство олова	SnO₂ + 2C (кокс) = Sn + 2CO↑
Процесс выплавки марганца	MnO₂ + C(кокс) = Mn + CO₂↑
Схема получения свинца	2PbO + C → Pb + CO↑

Металлы можно извлечь из сульфидных руд. Сначала проводят обжиг, затем — восстановление полученного оксида углем. Схемы обжига цинковой обманки и получение цинка:

2ZnS +3O₂ = 2ZnO + 2SO₂↑;
ZnO + C = Zn + CO↑.

Карбонаты тоже прокаливают с углем для получения оксидов и последующего восстановления углем. Схемы обжига сидерита и восстановления оксида железа:

Водородотермия — производство металлов восстановлением водородом

Достоинством этого металлургического метода является получение очень чистых металлов. Восстановление меди из оксида CuO — пример восстановительных свойств водорода из школьного курса неорганической химии. Схема протекания реакции (Рис 4):

Рис. 4. Восстановление меди водородом

Водородом восстанавливают из оксидов тугоплавкие металлы молибден и вольфрам.

Металлотермия

Проводят восстановление одного металла другим, более химически активным. Этот способ применяют для получения металлов из оксидов и галогенидов.

В зависимости от природы металла-восстановителя различают алюминотермию, или алюмотермию, — восстановление алюминием и магнийтермию — восстановление магнием.

Схема получение марганца	3MnO₂ + 4Al = 3Mn + 2Al₂O₃
Процесс выплавки хрома	Cr₂O₃ + 2Al → 2Cr + Al₂O₃
Схема получение кальция	4CaO+ 2Al= 2Ca+ (CaAl₂)O₄

Силикотермия — восстановление металлов кремнием. Процесс протекает согласно схеме: 2MgO + Si → 2Mg + SiO₂.

Гидрометаллургический способ

Гидрометаллургия — способ получения благородных, цветных, редких металлов. Например, оксид меди сначала переводят в сульфат с помощью серной кислоты. Медь вытесняют из раствора железом. Протекает следующая реакция замещения: CuSO₄ + Fe = Cu + FeSO₄. Либо медь извлекают из раствора электролизом. Пропускают электрический ток, ионы Cu 2+ осаждаются на катоде.

Преимущество гидрометаллургического способа — возможность получать металлы из бедных руд. Еще один плюс метода — снижение газообразных выбросов в атмосферу. Большое количество вредных газов и сажи поступает в воздух при обжиге руды и пирометаллургии.

Электролиз

Электролиз расплавов оксидов, солей и гидроксидов проводят для получения металлов, расположенных в ряду активности от лития до марганца. Электролиз водных растворов служит для производства менее активных металлов (Рис. 5).

Рис. 5. В цехе электролиза

Электролиз расплавов

Катодные (восстановительные) процессы. На катоде происходит восстановление катионов металлов и водорода или молекул воды.

Для растворов кислот: К(-) Н + + 2 е - ⟶H₂ 0 ↑.
Для растворов солей или щелочей: К(-) M n+ , H₂O.

Характер восстановительного процесса зависит от значения стандартного потенциала металла:

Li, Cs, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al

Катионы этих металлов не восстанавливаются, восстановлению подвергаются молекулы воды 2 H₂O +2 е - ⟶H₂ + ОН -

Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Pb

Катионы этих металлов восстанавливаются одновременно с молекулами воды, поэтому на катоде одновременно выделяются и H_{2 и металл}

Bi, Cu, Ag, Hg, Pt, Au

Катионы этих металлов легко и полностью восстанавливаются на катоде

Схема электролиза расплава хлорида натрия: 2NaCl (эл. ток) → 2Na + Cl₂↑.

Схема электролиза сульфата марганца в растворе: 2MnSO₄ + 2H₂O (эл. ток) → 2Mn + O₂↑+2H₂SO₄.

Способ термического разложения

Железо с диоксидом углерода при повышенных давлении и температуре образует пентакарбонил Fe(CO)₅. Эту жидкую субстанцию перегоняют для очистки от примесей, затем нагревают. Карбонил разлагается с образованием порошка железа. Дальнейшее нагревание в вакууме или атмосфере водорода приводит к получению очень чистого железа. Схема процесса: Fe(CO)₅ → Fe + 5CO↑.

Биометаллургия

Способ, основанный на биохимических процессах с участием микроорганизмов. Метод получил распространение на Западе, так как позволяет меньше загрязнять окружающую среду. Биометаллургия служит для получения меди, серебра, никеля, свинца, урана, рения и ряда других металлов.

Кроме собственно добычи металла из природных соединений (руд), металлургия включает в себя вторичную переработку сплавов и металлических изделий. Минеральные ресурсы Земли огромны, но конечны, а переплавка бывших в употреблении изделий бывает выгоднее и проще. Иногда обработку металлов тоже относят к металлургии, поэтому можно сказать, что это действительно одна из самых крупных областей промышленности.

Общие сведения о металлических полезных ископаемых

Из руд месторождений металлических полезных ископаемых извлекают различные металлы, обладающие многими ценными свойствами, определяющими области их применения. Важнейшие из них — ковкость, прочности, электропроводность, химическая стойкость, жаропрочность и др. Для получения веществ требуемого качества используют сплавы металлов, а у некоторых металлов — их свойства.

Например, радиоактивность урана позволяет применять его как исключительно высококалорийное топливо; приятная окраска, повышенная химическая стойкость и легкость обработки—свойства золота. Многие металлы и их соединения в большом количестве используются отраслями народного хозяйства. Например, руды железа широко применяются в производстве минеральных красок, корректирующих добавок при производстве цемента, получении тяжелых суспензий и др.; соединения марганца — в медицинской промышленности, сельском хозяйстве (как добавки к удобрениям); руды хрома или их концентраты — при получении огнеупорных изделий, а также при производстве красок и химических препаратов; соединения кобальта — для производства красок, в керамической и стекольной отраслях промышленности и др.

В некоторых случаях соединения того или иного металла используются чаще, чем собственно металл. Так, двуокись титана имеет большее применение, чем металлический титан. Ограниченно используются металлические натрий, калий, стронций, в то время как их соединения имеют большое значение. В связи с этим последние элементы рассматриваются в разделе неметаллических полезных ископаемых. Ведущие отрасли народного хозяйства, осуществляющие добычу и переработку руд металлов, — черная и цветная металлургия. В цветной металлургии кроме руд цветных металлов используются также благородные и многие виды редких и рассеянных элементов. При получении алюминия из нефелина производят попутно существенное количество цемента и некоторых других продуктов. Например, в Красноярском крае производство цемента предприятиями цветной металлургии превышает производство цемента предприятиями промышленности строительных материалов. В черной металлургии производится добыча и перерабатываются не только руды черных металлов, но и ряд «припасов», необходимых для их переработки, — магнезита, огнеупорных глин, песчаников и кварцитов для производства огнеупоров (т. е. динасового сырья) и т. д.

На некоторых рудниках с комплексными рудами попутно получают продукцию, характерную для других отраслей, например на Ковдорском железном руднике — апатитовый: концентрат, на рудниках Цветной металлургии — барит и соединения: серы. Наоборот, на некоторых предприятиях других отраслей промышленности попутно получают сырье для извлечения металлов (например, нефелин на Хибинских апатитовых рудниках, который затем используется для производства алюминия). По мере развития, техники и технологии повышается комплексное использование сырья, производство начинает работать без отходов. Примером могут служить медноколчеданные руды Урала, из которых получают до- 17 отдельных видов продукции, включая медь, серу, цинк, свинец, ряд редких и рассеянных элементов.

Читайте также: