Месторождения металлов в мире

Обновлено: 18.05.2024

Кроме золота и платины, есть еще несколько невероятно дорогих металлов намного ценнее. Среди них есть один металл, который по темпам роста превзошел даже биткойн в 2021 году. Еще один стоит дороже золота в 7 раз и добывается в объеме всего 30 тонн в год, в то время как другой — всего 3. Рассказываем об этих и других редких и дорогих металлах.

Читайте «Хайтек» в

Иридий

Иридий — химический элемент с атомным номером 77 в периодической системе химических элементов. Это один из самых редких металлов в земной коре, его годовое производство составляет всего три тонны. Плотность иридия сравнима с осмием. Кроме того, он является наиболее коррозионно-стойким металлическим элементом, устойчивым к воздействиям воздуху, воде, солям и кислотам.

История открытия этого вещества несколько прозаична. Iridium был открыт вместе с осмием во время проведения процедуры получения платины аффинажным способом. Ученый, совершивший это открытие, Теннант, был восхищен красотой картины, которую создают соли Iridium — «радуги». Так и родилось название этого химического элемента.

Чистый металл не токсичен, но способен вступать в реакции с образованием ядовитых веществ, например, фторид IrF6.

Иридий — один из самых редких драгоценных металлов, который встречается как побочный продукт при добыче платины и палладия, — с начала этого года подорожал уже на 131%, сообщает Bloomberg. Это намного больше, чем биткоин, стоимость которого с января выросла на 85%.

Сейчас иридий стоит в три раза дороже золота — по $6 000 за унцию. Он используется для производства премиальных свечей зажигания и в электронике. Стоимость металла растет из-за перебоев с поставками в прошлом году и высокого спроса.

Из-за резкого подорожания иридий стал привлекательным активом для инвесторов, отмечает агентство. Однако купить его не так просто — металл не торгуется на бирже или через биржевые фонды. Инвесторам приходится обращаться напрямую к производителям и покупать иридий в слитках или перекупать его по более высокой цене.

Вместе с иридием вырос спрос и на другие редкие металлы платиновой группы.

Как и другие МПГ, иридий добывается как побочный продукт производства никеля. Крупнейшие месторождения иридия находятся в Южной Африке и России.

Из-за своей твердости иридий трудно превратить в пригодные для использования детали. Однако те характеристики, которые затрудняют работу с ним, и делают его ценной добавкой для упрочнения сплавов. Несмотря на то, что это каталитический металл, из-за его высокой температуры плавления и устойчивости к коррозии иридий является предпочтительным материалом для тиглей.

При обнаружении в природе химический элемент Ir сопровождается своими природными изотопами. Это стабильные 191 и 193. Однако есть целая сеть синтезированных изотопов, имеющих короткий период полураспада. Из них самый примечательный относительно стабильный (время жизни 241 год) Иридий 192, имеет изомер Ir 192 с периодом полураспада 74 суток.

Первый из них может выступать в качестве источника электроэнергии. Второй используется как индикатор качества сварных швов. Гамма-дефектоскопы оснащаются как раз изотопом 192.

Поскольку прочность металла соизмерима с его компаньоном Осмием, материал может заменить последний практически во всех областях. Его используют для изготовления термопар, топливных баков, термоэлектрических генераторов.

Сплав платины и Ir даже без меди известен высокой прочностью, разговоры о том, что ранее его использовали для изготовления перьев для ручек — правда, но аналогичные изделия делались из сплава платины с осмием. В отличие от последнего, иридий с удовольствием используется для сплавов с платиной ювелирами. Он хоть и тугоплавкий, все же позволяет добиваться получения необходимых форм, ставить клеймо.

Коренные месторождения осмистого иридия расположены в основном в перидотитовых серпентинитах складчатых областей (в ЮАР, Канаде, России, США, на Новой Гвинее).

Родий

Родий относительно неизвестен людям вне сферы металлургии.

Родий (Rh) — элемент девятой группы (в старой системе — побочной подгруппы восьмой группы) пятого периода периодической системы химических элементов, атомный номер — 45. Простое вещество родий — твердый переходный металл серебристо-белого цвета. Благородный металл платиновой группы.

Открыт в Англии в 1803 году Уильямом Гайдом Волластоном в ходе работ с самородной платиной. В 1804 году Уильям Волластон доложил Королевскому обществу, что в платиновой руде из Южной Америки он обнаружил новые ранее неизвестные металлы — палладий и родий. Стремясь очистить выделенную из руды «сырую» платину от примесей золота и ртути, он растворял ее в царской водке, а затем осаждал из раствора нашатырем. Оставшийся раствор имел розовый оттенок, что было невозможно объяснить присутствием известных тогда примесей. Добавление в этот раствор цинка привело к выпадению черного осадка, в состав которого вошли другие металлы, такие как медь, свинец, палладий и родий. Разбавленная азотная кислота растворила все, кроме палладия и родия.

Сейчас цена родия составляет 68 573 рублей за грамм.

Отчасти причина высокой цены металла — его редкость. Годовое производство родия составляет около 30 тонн. Для сравнения, золотодобывающие компании ежегодно выкапывают от 2 500 до 3 000 тонн драгоценного металла. В условиях ужесточения правил выбросов в крупнейших странах, включая Китай и Индию, добытчики металлов платиновой группы (МПГ) ожидают хороших времен для родия.

Стоит отметить, что родий подвержен самым большим ценовым колебаниям из всех благородных металлов — цена на него за последние полвека менялась в сотни раз. В феврале 2006 года цены на родий достигли рекордного значения $3 500 за тройскую унцию . В январе 2008 года цены на родий установили новый рекорд — $7 000 за унцию. После пика в $10 100 за унцию цена на родий упала до $900 на конец ноября 2008 в связи с кризисом в автомобилестроении. 19 ноября 2009 года цена металла поднялась до $2 600 долларов за унцию.

По состоянию на сентябрь 2015 года средняя цена на родий составляет $756,67 за унцию .

Наименьшая цена за последние годы на родий наблюдалась в августе 2016 года и составляла $625 за унцию, после чего цена на металл стабильно растёт. В конце января 2020 цена достигла рекордных $10 165 унцию . 20 февраля 2021 года цена за унцию преодолела отметку $20 тыс. В конце марта родий достиг рекордных $29,8 тыс. за унцию.

Родий используется в каталитических нейтрализаторах, являющихся частью выхлопных систем автомобилей. По данным S&P Global Platts, почти 80% спроса на родий и палладий приходится на мировую автомобильную промышленность. 80% всего родия добывается на территории Южной Африки. Также в качестве катализатора родий используется в различных реакциях, например, при получении уксусной кислоты из метилового спирта. А сплав родия с платиной — очень эффективный катализатор для производства азотной кислоты окислением аммиака воздухом, его применению нет экономически оправданной альтернативы.

Также родиевые детекторы применяются в ядерных реакторах для измерения нейтронного потока.

При производстве изделий из стекла (сплав платина-родий применяется при изготовлении фильер для вытягивания стеклонитей), а также жидкокристаллических экранов. В связи с ростом производства жидкокристаллических устройств потребление родия быстро растет: в 2003 в производстве стекла было использовано 0,81 тонны, в 2005 — 1,55 тонны родия.

Металлический родий используется для производства зеркал для мощных лазерных систем, подвергающихся сильному нагреву (например, фтороводородных лазеров), а также для производства дифракционных решеток к приборам для анализа вещества — спектрометрам.

Тигли из платино-родиевых сплавов используются в лабораторных исследованиях, а также для выращивания некоторых драгоценных камней и электрооптических кристаллов.

Крупнейшим добытчиком родия является Южно-Африканская Республика — на нее приходится 80% добычи. Также этот драгоценный металл добывают в Зимбабве, Северной Америке, России и других странах.

Палладий

Палладий — химический элемент с атомным номером 46. Принадлежит к 10-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к побочной подгруппе VIII группы, или к группе VIIIB), находится в пятом периоде таблицы. Атомная масса элемента 106,42(1) а. е. м. Обозначается символом Pd.

Элемент относится к переходным металлам и к благородным металлам платиновой группы (легкие платиноиды). Простое вещество палладий при нормальных условиях — пластичный металл серебристо-белого цвета.

Сейчас цена палладия только растет и составляет 6 415 рублей за грамм.

Палладий — самый дорогой из четырех основных драгоценных металлов: золота, серебра и платины. Он встречается реже, чем платина, и в больших количествах используется в каталитических нейтрализаторах.

Российская горнодобывающая компания «Норникель» — крупнейший добытчик палладия в мире, объем производства которого в 2019 году составил 86 метрических тонн.

Больше всего палладий нужен в автомобильной промышленности. Как и платина, этот металл применяется в каталитических нейтрализаторах (катализаторах), которые превращают вредные для человека углеводороды, окиси азота и другие химические соединения, содержащиеся в выхлопных газах, в сравнительно безвредные оксид углерода и водяной пар. Фактически палладий и платина действуют как губка, впитывая углеводороды. Палладий способен поглотить выхлопы, в 900 раз превышающие его собственный вес.

Платину используют в катализаторах автомобилей с дизелем, палладий — в бензиновых. Основной спрос в Европе с 1990-х был именно на дизельные — как на более экологичные.

Соответственно, платиновые автокатализаторы были более востребованы, чем палладиевые, что отражалось на рыночной цене металлов: платина стоила около тысячи долларов за унцию, палладий — порядка 200.

Из палладия и его сплавов изготавливают медицинские инструменты, детали кардиостимуляторов, зубные протезы. В некоторых странах незначительное количество палладия используется для получения цитостатических препаратов — в виде комплексных соединений, аналогично цис-платине. Бета-активный палладий-103 используется для брахитерапии в лечении онкозаболеваний.

Крупнейшее месторождение палладия находится в России (Норильск, Талнах). Также известны месторождения в Трансваале (ЮАР), Канаде, Аляске, Австралии, Колумбии. Поставки палладия в мире в 2007 году составили 267 тонн (в том числе Россия — 141 тонна, ЮАР — 86 тонн, США и Канада — 31 тонна, прочие страны — 9 тонн).

Золото

Золото (Au от лат. Aurum) — элемент 11 группы, шестого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 79. Простое вещество золото — благородный металл жёлтого цвета.

Отчасти долговечность, отчасти традиции, золото — один из самых универсальных товаров. В первую очередь используется в ювелирных изделиях, но также имеет важное применение в электронике и авиакосмической промышленности из-за своей прочности и проводимости. Проще говоря, золото используется повсюду.

В современном мире золото используется не только в качестве драгоценного металла для обеспечения валюты и создания дорогостоящих ювелирных изделий. Золота также является важным сырьем, которое используется во многих промышленных отраслях. При этом спрос на промышленное золото составляет несколько сотен тонн в год.

Основным потребителем золота является электронная промышленность, использующая его в электронных компонентах для компьютеров и мобильных телефонов. И, по прогнозам, потребление золота электронным сектором будет только расти, это происходит за счет роста индустрии электронных компонентов.

Далее по потреблению золота идет стоматология, многие зубные протезы и коронки содержат этот материал, однако сейчас для стоматологического золота на рынке наоборот идет на спад. Это вызвано тем, что сейчас используются более надежные и современные материалы, качество которых превосходит изделия из золота.

На третьем месте по использованию золота расположилась химическая промышленность, оно используется для нанесения защитных покрытий на химическое оборудования, что препятствует образованию коррозии. А также во многих химических реакциях используется в качестве катализатора веществ.

На последнем месте идет применение золота в мелкой промышленности и бытовом потреблении: нанесение защитных покрытий, золочение часовых корпусов, изготовление тканей с золотыми нитями, создания специальных сортов стекла и т.д.

Применение золота очень обширно. Области его использования захватывают и двигатели космических аппаратов, и золотые украшения, любая электроника, ткани, стекло, химия, медицина и многое другое. Золото как драгоценный металл сохраняет свое инвестиционное, промышленное, ювелирное и медицинское назначение на протяжении уже нескольких тысячелетий. Подобная тенденция вряд ли прервется в будущем, свойства желтого металла будут использоваться учеными всегда, расширяя границы его современного применения.

Сейчас цена золота составляет 4 208 рублей за грамм.

Конечно, стереотип о золоте как о престижном и ценном металле возник не на пустом месте. Когда испанские исследователи впервые отправились в «Новый Свет» — Америку, они встретили туземную культуру, которая жила совершенно другой жизнью и говорила на разных языках. Но у обеих культур было одно общее; оба высоко ценили золото. Почти каждое общество использовало его в качестве валюты и символа богатства, престижа или власти, и современный мир не исключение. Будь то обручальные кольца, награды или даже деньги, немногие вещества занимают в нашей жизни такое важное место, как золото.

До 1970-х годов Южная Африка была доминирующим производителем золота, но с тех пор производство снизилось. На пике своего развития в 1970 году на ее территории было произведено 32 млн унций золота, что составило две трети мировой добычи металла. Сегодня Китай, Австралия и Россия входят в тройку лидеров по его добыче.

Платина

Платина — химический элемент 10-й группы, 6-го периода периодической системы химических элементов с атомным номером 78; блестящий благородный металл серебристо-белого цвета.

Платина в основном используется в каталитических нейтрализаторах для автомобилей с дизельным двигателем — 45% платины, проданной в 2014 году, пошло на автомобильную промышленность.

Всем известно, что платина применяется для создания ювелирных украшений, ведь металл отличается высокими показателями твердости и пластичности. Кроме того, платиновые изделия радуют своими внешними данными: серебристый цвет и характерный блеск делают украшения очень востребованными среди покупателей.

До середины прошлого века всего лишь несколько процентов добываемого драгоценного металла отводилась для сферы медицины. Но сегодня ситуация изменилась, и спрос на платину растет в геометрической прогрессии. Скорее всего, это связано с развитием исследований, которые выявили преимущества платины над другими металлами.

На сегодняшний момент платина необходима в следующих сферах жизни:

космическая индустрия;
медицина;
электротехника;
стекольная промышленность;
производство самолетов и кораблей;
химическая промышленность.

Применение платине нашлось и в банковском деле. Этот благородный металл является предметом инвестирования: из него отливают слитки.

Платина нужна при производстве азотной кислоты и других химических веществ. В этом случае элемент выступает в качестве катализатора, ускоряющего слишком медленные реакции. Для этого используют не чистую платину, а ее сплав с родием. В противном случае производство веществ было бы слишком дорогим.

Также металл играет роль катализатора в нефтепереработке. С его помощью из нефти получают бензин. И если для создания азотной кислоты платину используют в виде сетки, то для использования в обработке нефти из нее делают порошок. Конечно, можно использовать и другие катализаторы, например, алюминий или молибден, но платина более долговечная и эффективная.

Использование платины в электротехнике обусловлено стабильными электрическими и механическими свойствами. Материал хорошо проводит ток, а также отличается приличным показателем теплопроводности. Обычно платиновые сплавы используют для изготовления контактов, а соединение платины с кобальтом позволяет создавать мощные магниты.

Применение платины в медицинской отрасли помогает сохранить жизни тысячи больным. Дело в том, что аналогов этому материалу просто нет. Изделия из других металлов не устойчивы к окислению, поэтому для такой реакции не пригодны.

В полевых условиях инструменты из платины стерилизуют в пламени спиртовой горелки.

Также платину часто используют для создания имплантов для людей с нарушениями слуха. Кроме того, существует мнение, что этот материал помогает бороться с раком. На основе этого металла изготовлены многие препараты, помогающие людям преодолеть онкологию.

Сейчас цена золота составляет 2 827 рублей за грамм.

Платина традиционно продавалась по более высокой цене, чем золото, и в сочетании с ее редкостью по сравнению с золотом, «платина» как прилагательное стало ассоциироваться с более высоким уровнем престижа, чем золото. Несмотря на проблемы с платиной и золотом, которое сейчас торгуется выше нее, эта репутация осталась.

Всего в мире производится в среднем около 2 500 тонн золота в год. Самое большое количество золота в мире добывается в ЮАР. Далее следуют Китай, Австралия, США, Перу, Россия (занимающая шестое место), Канада, Мали, Узбекистан, Гана. В 2010 году в мире более 450 тонн золота было использовано в технических целях.

Тройская унция (англ. troy ounce) — единица измерения массы, равная 31,1034768 грамма

Руды редких металлов и элементов: виды и характеристики, способы добычи, применение

Редкометаллические руды – это геологические породы, имеющие в своём составе редкие металлы (группа в 60 элементов, мало встречающихся в природе) в чистом виде или в качестве примесей других химических элементов. Причём концентрация металлов в рудах должна быть такой, чтобы разработка месторождений была рентабельной.

Виды и характеристики

Сами редкие металлы разделены на пять больших групп:

Лёгкие: бериллий, литий, рубидий, стронций, цезий.
Радиоактивные: актиний, радий, торий, уран и трансурановые элементы.
Рассеянные металлы: галлий, гафний, германий, индий, рений, селен, таллий, теллур.
Редкоземельные: иттрий, лантан и лантаноиды, скандий.
Тугоплавкие металлы: ванадий, вольфрам, молибден, ниобий, тантал, цирконий.

Данное подразделение весьма условно, так как с совершенствованием геологоразведки и развитием промышленности, некоторые металлы уходят из разряда редких элементов. Само понятие «редкости» говорит об их незначительном использовании. Однако новые прогрессивные технологии коренным образом меняют ситуацию.

Источниками получения редких металлов могут служить месторождения, высокоминерализованные воды, рапа солёных озёр, россыпи, а также побочная продукция или отходы основных производств. Редкометаллические руды можно подразделить на непосредственно богатые редкими элементами, и руды других элементов, в которых редкие минералы присутствуют как примеси. Среди комплексных руд можно выделить:

вольфраммолибденовые,
титан-ниобий-тантал-редкоземельные,
уран-ванадиевые,
литий-цезиевые,
цирконий-ниобиевые.

Примерами непосредственно руд редких металлов являются:

Литиевые руды – это сподумен, амблигонит, лепидолит, циннвальдит, петалит.
Бериллиевые руды – берилл, бертрандит, фенакит.
Титановые руды – ильменит, рутил, ильменорутил, перовскит, сфен.
Циркониевые руды – бадделит, циркон.

Способы добычи

Открытый

Так как значительные запасы редких металлов сосредоточены в земной коре, подверженной выветриванию и россыпях, то наиболее распространённым способом их добычи является открытый способ. Для освоения россыпных месторождений часто применяется драга – плавучий горно-обогатительный комплекс.

В случае карьерных залежей производится комплекс геологоразведочных, вскрышных, землеройных и транспортных работ с последующим обогащением. Естественно, это связано с большими затратами и вредным влиянием на окружающую среду.

Закрытый

Шахтный способ добычи не утрачивает своих позиций в списке методов извлечения таких полезных ископаемых, какими являются руды редких металлов. Обычно его применяют, когда возникает необходимость изъятия дорогостоящих пород из земных недр, залегающих на глубинах до полукилометра и более.

В противном случае добыча будет нерентабельна, так как не покроет расходы на строительство шахты и эксплуатацию дорогостоящего оборудования.

Технология обогащения

Сырьё, из которого извлекаются редкие металлы и элементы обычно содержат в себе десятые, а то и тысячные доли процента необходимых материалов.

Подготовительный процесс

Дробление и измельчение позволяют отделить добываемые минералы от пустой породы. В результате получается продукт приемлемой для дальнейшей переработки формы с заданной концентрацией добываемого металла.

В случае трудностями с обогащением (урановые руды или ряд других полезных ископаемых) применяют гидрометаллургические способы извлечения металлов. Для ряда ценных минералов крупноразмерной фракции используется ручная разработка руды на транспортёре.

Основной процесс

Основной процесс обогащения представляет собой механические, физические и химические процессы, целью которых является получение концентрата (продукта обогащения руды, обладающего повышенной концентрацией необходимого минерала) и отходов.

В случае переработки руд редких металлов применяют следующие виды обогащения:

Дробление с последующей обработке на грохоте основано на разной степени твёрдости полезных и пустых пород.
Скольжение нужных минералов по наклонной плоскости со скоростью отличной от неиспользуемых материалов.
Гравитационное обогащение – принцип действия этого метода базируется на разной скорости падения зёрен минералов в газообразной или жидкой среде.
Флотационное обогащение, – в основу которого положено изменение смачиваемости поверхности под воздействием флотореагентов.
Магнитное обогащение разделяет материалы по их магнитным свойствам.
Электростатическое обогащение основано на использовании различии электрических свойств минералов.

Вспомогательный процесс

Технологические процессы, способствующие проведению основных процессов переработки, носят название «вспомогательных».

Непосредственно из руд получить редкие металлы не представляется возможным. На выходе целого ряда сложных процессов основной переработки имеются лишь оксиды и соли. Конечных потребителей это, естественно, не устраивает, так как им требуются металлы высокой степени очистки.

Для решения этой проблемы применяют методы обогащения, суть которых заключается: в разложении, создании соединений нужной чистоты, получении технически чистого металла или сплавов с его наличием в их составе, рафинировании металла, получении слитков или изделий с одновременным формированием нужной физико-химической структуры. В основе этих методов лежат гидрометаллургические, химические и пирометаллургические процессы.

Сфера применения

Производство и потребление редких металлов и элементов растёт с каждым годом. Особую потребность в них испытывают самые перспективные отрасли науки и техники.

Радиоэлектроника

Саму основу полупроводниковых приборов составляют такие химические элементы, как галлий, германий, индий, селен, теллур. В современных мобильных устройствах насчитывается порядка двух десятков редкоземельных металлов. Стоящие на каждом рабочем столе дисплеи мониторов содержат в своём составе европий, иттрий, тербий. На базе ниобия созданы сверхпроводящие материалы. Создание современной электронной лампы невозможно без бериллия, вольфрама, молибдена, циркония и тория.

Приборостроение

Очень широкое применение редкие металлы находят в приборостроении. Это, прежде всего рубидий и цезий – наиболее востребованные материалы при производстве фотоэлементов. Кроме того из редких металлов изготавливают сверхмощные магниты, электровакуумную технику, люминесцентные лампы, солнечные батареи. Множество современных технических средств содержит в своём составе драгоценные материалы: платину, золото, серебро, иридий, палладий, родий. Радиоактивные металлы широко используются в изготовлении приборов для научных исследований и медицины.

Атомная техника

Использование явления радиоактивности в своё время послужило основой создания ядерной энергетики. Реакторы современных атомных электростанций, ледоколов, атомных подводных лодок работают на уране. Кроме того в атомной технике достаточно широко используются: бериллий, цирконий, гафний, ниобий, тантал, ванадий и литий. И это – далеко не предел. Современные исследования термоядерных реакций, а в перспективе и создание новых атомных установок в самых различных отраслях потребуют всё большего привлечения редких минералов и элементов.

Машиностроение

Современное машиностроение имеет в своём арсенале более 60 металлов и тысячи сплавов. Значительную часть из них составляют редкие металлы. Очень часто они выступают в качестве важных добавок в составе сплавов. Именно благодаря таким добавкам, создаются высокопрочные соединения, устойчивые к высоким температурам, химическому и механическому воздействию, коррозии.

Сфера применения редких металлов в машиностроении всеобъемлюща. Они встречаются всюду: начиная от нано технологий – до изготовления космических аппаратов и гигантских судов.

Химическая промышленность

Химическая отрасль немыслима без использования редких металлов и их соединений. Они повсюду: в технологическом оборудовании, среди контрольно-измерительных приборов и непосредственно в самих химических процессах. С помощью катализаторов из редких металлов сегодня мы получаем сахар, спирт, щавелевую кислоту, производим разнообразные виды топлив и технологическое сырьё.

Металлургия

Именно металлургия служит основным проводником редких металлов во все отрасли мирового хозяйства. Ведь лишь благодаря самим металлургическим процессам и получаются готовые изделия этих химических элементов. Но это далеко не всё. Важную роль играют эти минералы и в производстве чёрной и цветной металлургии, позволяя получать металлы и сплавы с заранее заданными свойствами.

Месторождения в России и мире

Редкометальные месторождения разнообразны по своей природе и встречаются во многих странах мира. Так, крупнокристаллические породы – пегматиты, богатые бериллом, литием и танталом, цезием и рубидием залегают на территориях следующих месторождений:

Берник-Лейк – Канада.
Бикита – Зимбабве.
Карибиб – Намибия.
Гринбушес – Австралия.
Коктогай – Китай.

Накопленные в россыпях танталитовые минералы до сих пор добываются наполовину ручным старательским способом на африканском континенте: в Бурунди, Конго, Нигерии и Руанде.

Карбонатиты – продукты кристаллизации глубинных слоёв, ставшие главными источниками ниобия и редкоземельного сырья, были обнаружены и освоены в Бразилии (Араша) и на территории США (Маунтин-Пасс). Позже к ним присоединились: Сент-Оноре в Канаде, Томторское месторождение в Якутии (Россия), Сейс-Логос в Бразилии.

Также разведаны богатейшие месторождения карбонатитов в Китае (Баюнь-Обо) и в Австралии (Маунт-Уэлд). Последнее отличается высочайшей концентрацией полезных ископаемых.

На территории России расположено достаточно крупное месторождение лопарита на Кольском полуострове. Также имеются залежи редкометальных щелочных гранитов в Катугинском (г. Тува) и Улук-Танзекском (Читинская область) месторождениях.

В целом можно констатировать, что количество мировых месторождений (число которых постоянно растёт) редких металлов вполне способно обеспечить их потребность на многовековую перспективу.

Мировые запасы

Мировые запасы редких металлов (по данным 2012 года) оцениваются следующим образом:

Китай – 55 млн. т.
СНГ – 19 млн. т.
США – 13 млн. т.
Индия – 3,1 млн. т.
Австралия – 1,6 млн. т.
Бразилия – 0,36 млн. т
Малайзия – 0,3 млн. т.

Страны, добывающие руды редких металлов

История добычи руд редких металлов такова, что до 90-ых голов прошлого века лидерами являлись:

США – 17 тыс. т.
СССР – 8,5 тыс. т.
Китай – 6 тыс. т.

Затем ситуация изменилась и безусловным лидером становится Китай, производящий 120 тыс. т редких элементов в 2007-2008 годах. Но, начиная со второго десятилетия XXI-го века, власти Китая значительно ограничили добычу этого вида полезных ископаемых, что привело к росту цен и увеличению добычи в странах-конкурентах.

В том числе и в России, принявшей широкую программу освоения столь востребованных полезных ископаемых, предусматривающую общую добычу их в 2020 году на сумму в 145 млрд. рублей.

Полиметаллы: свойства, добыча и переработка, применение

Самое значение слова «поли» можно расшифровать как множество. Полиметаллы – встречающиеся в земной коре руды, содержащие в своём составе целый набор металлов, основными из которых являются цинк и свинец. Именно поэтому полиметаллические руды, как правило, формируются на основе галенита – сульфида, служащего источником свинца и сфалерита – сульфида цинка. Но, кроме того, в полиметаллах присутствуют драгоценные, цветные и лёгкие металлы, такие как:

серебро и золото;
медь, кадмий, олово;
галлий, висмут, индий.

Добыча полиметаллических руд

В шахтах

Большая часть полиметаллических руд добывается подземным способом. Это объясняется глубиной их залегания и возможностью добычи более высокосортного сырья там, где это представляется возможным.

Несмотря на дороговизну данного метода, обусловленную необходимостью вскрытия поверхности, осуществления подготовительных работ по строительству подземных и надземных сооружений, а также транспортировкой полезных ископаемых с целью их дальнейшей переработки, этот способ даёт наиболее эффективные результаты, с лихвой покрывающие все затраты. Кроме того, в значительной степени сохраняется природная структура окружающего ландшафта, что немаловажно в плане экологии.

В карьерах

Альтернативой шахтному способу добычи полиметаллов выступает открытый метод, не требующий глубокого проникновения в толщу земной коры. Но при этом в работу вовлекаются значительные территории и большое количество специальной техники.

Проводятся посредством взрывов и рыхления вскрышные работы, сопровождающиеся перемещением пустой породы в отвалы, а полученная полезная масса транспортируется к месту дальнейшей обработки с целью получения нужных минералов должного уровня концентрации.

Недостатком данного метода является извлечение полезных ископаемых с неглубоко залегающих массивов, а также необходимость проведения значительного количества восстановительных мероприятий по природному благоустройству использованных территорий.

Получение при переработке концентратов

Руда, прошедшая процесс обогащения до нужной степени содержания полезного вещества и получившая наиболее удобную для дальнейшей переработки форму, носит название концентрата.

Свинца

Концентраты свинца (содержание этого химического элемента в них доходит до 70%), получившиеся в результате флотации (разделение частиц минералов на границе сред, обычно воды и газа, в результате прилипания и ухода) подвергаются пирометаллургическому воздействию. Суть его заключается:

в агломерирующем обжиге, предназначенном для перевода свинца из сульфида в оксид с дальнейшим окомкованием материала;
шахтной плавке в печах при температуре в 1100-1200 0 C, с целью получения металлического свинца и ошлакования пустой породы.
в огневом рафинировании чернового свинца – удалении лишних материалов с помощью специальных технологий, совмещаемых с процессом подогрева.

Существует также гидрометаллургический способ получения свинца из концентратов, но вследствие своей сложности и дороговизны, этот технологический процесс не нашёл широкого практического применения.

Цинка и меди

Получение цинка из концентрата возможно как пирометаллургическим, так и гидрометаллургическим способами. Последний метод более эффективен и включат в себя:

обжиг, предназначенный для получения оксида и удаления серы;
выщелачивание – создание цинкового раствора с оставлением остальных элементов в нерастворимом остатке – кеке;
очистку от примесей;
электролиз с осаждением цинка на катодах.

Получение меди из концентрата включает в себя те же пирометрические процессы: обжиг, плавка, конвертирование, огневое рафинирование с последующим электролизом.

Других компонентов

Надо отметить, что другие компоненты, представляющие определённую ценность благодаря наличию в них нужного металла или других элементов, получают опять же с помощью предварительной или промежуточной флотации совместно с рядом металлургических процессов. Как, например, никель.

А также, в процессе самой описанной технологии, как промежуточные удаляемые материалы, от которых необходимо избавиться, что получить чистый продукт. Интересно отметить, что такими удаляемыми примесями при получении свинца, являются серебро и золото.

Хранение и транспортировка

Транспортировка и хранение, как самих полиметаллических руд, так и готовых изделий из них особой трудности не представляет.

При расположении материала на открытых площадках, площадь поверхности предварительно асфальтируется или бетонируется. Саму территорию размещения руд и концентратов отдаляют от других пылеобразующих материалов на расстояние 120 м и размечают для раздельного хранения разнородного сырья. Для защиты от пересортицы устанавливают специальные бетонные или деревянные щиты.

Так как медно-никелевые сульфидные руды имеют свойство окисляться и самовозгораться, то для их хранения необходимо предусматривать выполнение противопожарных мероприятий. Кроме того, необходимо учитывать фактор смерзаемости руд цветных металлов, при понижении температуры ниже 0 0 C.

Перевозка полиметаллических руд, а также их концентратов производится насыпью или в таре с помощью крытых вагонов-хопперов или на специализированных судах-рудовозах.

Извлекаемые из полиметаллических руд металлы находят широкое применение во всех отраслях народного хозяйства.

Так свинец широко используется в качестве защитного материала в химическом и кабельном производстве, а также в сфере обороны. Из него изготавливают аккумуляторы, элементы электрооборудования, некоторые части бытовых приборов.

Цинк незаменим в производстве химических источников тока, а также в полиграфии. С его помощью восстанавливают благородные металлы и защищают сталь от коррозии.

Говорить о применении меди, олова, золота и серебра можно бесконечно. Первая пара металлов широко востребована в электротехнической отрасли. А драгоценные металлы всегда составляли основу производства ювелирных изделий. Также необходимо отметить использование полиметаллов в сфере компьютерных и космических технологий.

Основная мировая добыча полиметаллов ведётся на территории Канады, США, Мексики, Бразилии; Ирландии, России, Казахстана; Индии и Австралии.

В нашем государстве наиболее значительные запасы этого вида полезных ископаемых обнаружены в следующих районах:

Садон – Северный Кавказ.
Салаирское месторождение в Западной Сибири.
Горевское месторождение, Нерчинский Завод, Хапчеранга на территории Восточной Сибири.
Дальнегорское месторождение Дальнего Востока.

Богатые месторождения свинца обнаружены Красноярском крае (Горевское) и в республике Бурятия (Озёрное и Холоднинское). Цинковые залежи наиболее значительно представлены в Алтайском крае, Башкирии, Бурятии; на территории Оренбургской и Читинской областей.

22,7 млн. тонн полиметаллических руд составляют природное богатство минеральных ресурсов России.

Мировые запасы цинка оцениваются следующими показателями:

Россия – 46 млн. тонн.
Австралия – 40 млн. тонн.
Казахстан – 34 млн. тонн.
Канада – 23 млн. тонн.
Индия – 18 млн. тонн.
Китай – 16 млн. тонн.
ЮАР – 12 млн. тонн.

Свинцовые залежи на планете распределены таким образом:

Австралия – 15,6 млн. тонн.
Казахстан – 15 млн. тонн.
Россия – 14 млн. тонн.
США – 12 млн. тонн.
Канада – 10 млн. тонн.
Китай – 8 млн. тонн.

Мировые геологические запасы меди равняются 860 млн. тонн; разведанные – 450 млн. тонн. Общемировые запасы олова – 8,3 млн. тонн, из них разведанные – 3,8 млн. тонн. Разведанные мировые запасы золота оцениваются в 55 тыс. тонн, но это лишь то, что поддаётся извлечению. На самом деле золота в природе значительно больше, но пребывает оно в очень низкой концентрации.

Лидерами по запасам серебра являются:

Перу – 110 тыс. тонн.
Польша – 110 тыс. тонн.
Австралия – 89 тыс. тонн.
Китай – 41 тыс. тонн.
Мексика – 37 тыс. тонн.

Однако следует учесть, что только часть этих полезных ископаемых составляют полиметаллические руды!

Страны, добывающие полиметаллы

Общемировые показатели добычи свинца составляют 2,5 млн. тонн в год (Китай, Мексика, Австралия, США, Перу). Цинка – 4,5 млн. тонн (Китай, Перу, Австралия, Индия, США, Канада).

Рейтинг золотодобывающих стран мира (2019 год):

Китай – 420 тонн.
Австралия – 330 тонн.
Россия – 310 тонн.
США – 200 тонн.
Канада – 180 тонн.
Индонезия – 160 тонн.
Перу – 130 тонн.
Гана – 130 тонн.
Мексика – 110 тонн.
Узбекистан – 100 тонн.

Лидерами добычи серебра на мировом рынке по показателям 2018 года являлись:

Мексика – 6,1 тыс. тонн.
Перу – 4,3 тыс. тонн.
Китай – 3,6 тыс. тонн.
Польша – 1,3 тыс. тонн.
Чили – 1,3 тыс. тонн.
Австралия – 1,2 тыс. тонн.
США – 0,9 тыс. тонн.

Весь мир – 14,49 тыс. тонн в год.
Чили – 5,38 тыс. тонн ежегодно.
США – 1,16 тыс. тонн каждый год.
Перу – 1 тыс. тонн годовой добычи.

Ведущими мировыми державами по добыче олова являются Китай, Индонезия, Перу, Боливия, Бразилия. Значительные объёмы переработки импортных концентратов имеет на своей территории Малайзия.

Необходимо отметить общемировые тенденции добычи и производства полиметаллов, характеризующиеся разобщённостью месторождений и мест их дальнейшего обогащения и переработки, а также значительной материалоёмкостью и энергоёмкостью технологий. Очень важным фактором также становится вторичная переработка отработанного сырья и использованных материалов.

С сожалением приходится отметить, что Россия, обладающая значительными запасами полиметаллических руд, не входит в список десяти ведущих стран мира по производству свинца и цинка. Что свидетельствует о нереализованном потенциале и открывающихся перспективах его дальнейшего использования.

Черные и цветные металлы и их руды

Человек использует так или иначе все минералы и породы Земли. Черные и цветные металлы, как полезные ископаемые входят в состав земной коры в виде руды. По данным ученого А. Виноградова в залежах земной коры преобладают следующие элементы (содержание их дано в процентах): магний (2,2), калий (2,5), натрий (2,8), кальций (3,7), железо (5,5), алюминий (8,5), кремний (27), кислород (48). Эти элементы входят в состав силикатов и алюмосиликатов, слагающих земную кору.

Железо

Железо – распространенный элемент. Его количество в земной коре исчисляется несколькими процентами, однако добывается железо из богатых руд с содержанием не менее 25 процентов металла.

Железные руды

Типы месторождений железа самые разнообразные. Наибольшее значение имеют так называемые железистые кварциты – тонкополосчатые породы, в которых черные полосы – железные минералы магнетит – магнитный железняк и меньше гематит – красный железняк – переслаиваются лентами светлого кварца.

Такие месторождения заключают много миллиардов тонн железных руд и известны главным образом в древнейших толщах возрастом два и более миллиарда лет! Они развиты в древних кристаллических щитах и платформах. Широко распространены они в Северной и Южной Америке, на западе Австралии, в Африке, в Индии.

Запасы железных руд этого типа практически безграничны – более 30 триллионов тонн, поистине астрономическая цифра! Предполагается, что железистые кварциты образовались при действии железобактерий в древних бассейнах за счет железа, поступавшего в растворах с окрестных возвышенностей, а может быть, и в горячих глубинных растворах. Отложение осадочных железных руд происходит в озерах, морях – современных «природных лабораториях». В последние годы открыты выделения железных конкреций (желваков) на дне океанов. Они заключают огромные запасы не только железа, но и сопутствующих ему марганца, никеля и других элементов.

К типам месторождений железа относятся и, так называемые, контактовые или скарновые месторождения, которые располагаются на границе гранитных пород и известняков и образованы за счет растворов, приносившихся из магматического тела.

Залежи этого типа сложены богатыми рудами. Кажется, немногочисленны железные минералы. Главные из них: магнетит, гематит, а также различные разновидности бурых железняков, сидерита (карбонат железа). Эти минералы дают большое разнообразие типов месторождений.

Марганец

С железом сходен по условиям образования и по техническому применению марганец.

Осадочные руды

Он обычно сопутствует железу в осадочных рудах и древних метаморфических месторождениях. Он, как и железо, основа черной металлургии, применяется для производства качественных сталей.

К черным металлам принадлежит и хром. Главный его минерал – хромит – образует черные сплошные массы и вкрапления кристаллов в ультраосновных породах.

Хромитовые месторождения

Хромитовые месторождения, как и заключающие их массивы ультраосновных пород, встречаются в зонах глубинных разломов. Рудоносная магма поступала из подкоровых глубин, из мантии. Месторождения хромитов известны в Юго-Западной Африке, на Филиппинах, на Кубе, на Урале.

Применяется хром в металлургическом производстве для придания стали особенной твердости, в хромировании поверхностей металлов и в производстве красок, он придает соединениям зеленую окраску.

Титан

К этой же технической группе принадлежит титан. Он добывается из основных магматических пород в виде ильменита и из россыпей, наземных и очень широко распространенных на морских пляжах и шельфах (Бразилия, Австралия, Индия), где источником его служат титаномагнетит, ильменит и рутил. Титан применяется при производстве особых сортов стали. Это термоустойчивый, легкий металл.

Ванадий

Важен также и ванадий – частый спутник титана в месторождениях и в россыпях, используемый для изготовления особо прочных сортов сталей, применяемых в производстве брони и снарядов, в автомобилестроении, в атомной энергетике. Здесь все большую роль приобретают новые комбинации элементов в сплавах.

Например, сплав ванадия с титаном, ниобием, вольфрамом, цирконием, алюминием применяется в производстве ракет и в атомной технике. А композиционные новые материалы тоже готовят из минерального сырья.

Никель и кобальт

Никель и кобальт, тоже элементы семейства железа, встречаются чаще в основных и ультраосновных породах, особенно никель.

Никелевые руды

Он образует крупные месторождения в Юго-Западной Африке, на Кольском полуострове и в районе Норильска. Это – магматические месторождения. Сульфиды никеля кристаллизовались из магматического расплава, поступавшего из мантии или из горячих водных растворов. Особый тип представляют остаточные месторождения никеля, образующиеся в результате выветривания никеленосных основных пород, например базальтов, габброидов.

При этом возникают окисленные минералы никеля в виде рыхлых зеленоватых масс. Эти же остаточные никелевые руды обогащены железом, что позволяет их использовать для изготовления железоникелевых сплавов. Такие месторождения встречаются на Урале, но особенно широко распространены они в тропической зоне – на островах Индонезии, на Филиппинах, где интенсивно происходит окисление пород на поверхности.

Цветные металлы

Важное значение для промышленности имеют цветные металлы. Многие из них геохимически относят к группе халькофильных, родственных меди (халькос – медь): медь, свинец, цинк, молибден, висмут. В природе эти металлы образуют соединения с серой, сульфиды.

Отлагались минералы цветных металлов большей частью из горячих водных растворов; главными из них являются для меди халькопирит – золотистый минерал, борнит – лиловатый минерал, постоянный спутник халькопирита, а также черный сажистый халькозин, который встречается в верхней части многих медных месторождений.

Медные руды

Месторождения меди весьма разнообразны. В последние годы очень большое значение приобрели бедные вкрапленные руды так называемого порфирового типа, которые залегают часто в вулканических жерлах. Они были образованы из горячих растворов, поступавших из глубоких магматических очагов. Запасы таких руд огромны, особенно в Южной и Северной Америке. Большое значение имеют также пластовые залежи медных руд, образованные при вулканических извержениях на дне морей. Это так называемый колчеданный тип, в котором медный колчедан – халькопирит – встречается совместно с железным колчеданом – пиритом.

Эти месторождения долгое время служили главным источником руд на Урале. Наконец, велика роль так называемых медистых песчаников, содержащих минералы меди. К этому типу относятся месторождения в Читинской области, а за рубежом крупнейшие месторождения Катанги в Африке.

Свинец и цинк

Свои особенности имеют месторождения свинца и цинка, этих неразрывно связанных между собой металлов. Главным минералом свинца является свинцовый блеск, или галенит, минерал серебристо-белого цвета в кристаллах кубической формы.

Свинцовые руды

Из свинцовых концентратов извлекают серебро, висмут, сурьма. Последние образуют в свинцовом блеске лишь незначительную примесь, однако при огромном масштабе выплавки свинцовых руд они составляют очень важную добавку к добыче этих ценных элементов из их собственных минералов.

Главный минерал цинка – сфалерит (цинковая обманка). Обманкой его называют потому, что он имеет скорее алмазный блеск, а не металлический, как у руды. Цвет у него различный: от коричневого до черного и кремового. Эти два минерала, галенит и сфалерит, как было сказано, постоянно встречаются совместно.

Цинковые концентраты

Из цинковых концентратов добывают германий, индий, кадмий и галлий. Они образуют очень незначительную примесь в цинковых обманках, где в кристаллической решетке замещают атомы цинка, становясь на их место. И, несмотря на ничтожное содержание, именно извлечение этих малых примесей из цинковых обманок является главным источником их получения.

Они имеют большую ценность! Например, кадмий применяется при производстве ядерных реакторов, аккумуляторов, низкоплавких сплавов. Галлий благодаря его низкоплавкости (температура плавления всего 30 градусов Цельсия) используется как заменитель ртути в термометрах.

Кадмий с оловом и висмутом дает сплав Вуда с температурой плавления 70 градусов. Индий, добавленный к серебру, придает последнему большой блеск, а в сплаве с медью защищает корпуса судов от коррозии в морской воде. Германий употребляется при производстве полупроводников.

Сульфидная руда

Часто вместе со свинцом и цинком в рудах встречаются серебро, висмут, мышьяк, медь, поэтому свинцово-цинковые месторождения называют полиметаллическими. Эти месторождения образуются из горячих водных растворов и особенно часто встречаются в виде залежей и жил среди известняков, которые замещены сульфидной рудой.

Олово и вольфрам

Олово и вольфрам относятся к более редким металлам и представляют особую группу (в практике их теперь относят к группе «цветных»). Применение цветных металлов очень широко: в машиностроении, других областях техники, в военном деле. Представим на минуту, что истощились ресурсы такого металла, как олово, сразу бы встала вся жизнь: ведь сплавы олова идут на подшипники, необходимые в любом механизме, без сплавов олова нельзя было бы производить автомобили, электровозы, станки, упало бы производство консервов (олово – металл консервных банок).

Казалось бы, такой малозаметный металл, как олово, является крайне необходимым звеном всей техники.

Минералы редких металлов

Эти металлы встречаются в виде кислородных соединений: олово – в окисле, касситерите, или оловянном камне, вольфрам – в солях вольфрамовой кислоты: вольфрамите и шеелите.

Минералы этих элементов часто находят в кварцевых жилах среди гранитов или вблизи них. Блестящие черные или коричневые кристаллы вольфрамита резко выделяются на фоне белого кварца. Иногда они встречаются и в других типах месторождений: шеелит на контактах гранитов с известняками в скарнах, касситерит – в сульфидных жилах.

Кислородные соединения образуют многие так называемые редкие металлы: литий, рубидий, цезий, бериллий, необий, тантал – они часто встречаются в пегматитовых жилах. Особенно богаты ими древние докембрийские пегматиты (Африка, Бразилия, Канада).

Алюминий

Важное значение приобретают в настоящее время легкие металлы – алюминий и его еще более легкие собратья – магний и бериллий. Эти металлы – конкуренты всесильного железа, призванные во многих областях его заменить. Эти металлы и их сплавы широко используются в технике, особенно в самолетостроении, ракетостроении, в производстве буровых труб – всюду, где нужен легкий металл.

Сырье для алюминия – бокситы

Алюминий, как известно, очень широко распространен в земной коре, и его в будущем можно будет получать из любых алюмосиликатных горных пород, богатых этим элементом. Пока же традиционным сырьем для алюминия являются бокситы.

Они состоят из водных соединений глинозема, образующихся как осадочным путем при отложении в морских бассейнах, так и при выветривании алюмосиликатных горных пород. В последнее время разработан метод получения алюминия из древних кристаллических сланцев, образованных при метаморфизме глинистых отложений, а также из щелочных магматических пород.

Таким образом, проблема источников получения алюминия никогда не встанет перед человеком: этого металла с избытком хватит для всех последующих поколений. Дело только за технологией его извлечения и электроэнергией для создания мощных энергоемких производств.

Бериллий

Иное дело бериллий. Это относительно редкий металл. Он входит в состав берилла и других минералов, которые встречаются в высокотемпературных месторождениях, в пегматитах, а также в жилах, образующихся из горячих водных растворов. Этот ценный металл применяется в специальных сплавах для изготовления рентгеновских трубок.

Германий

Возрастает комплексное использование полезных ископаемых. Например, из угля извлекаются редкие элементы, главным образом крайне ценный германий.

Селен

Такой элемент, как селен, не часто встречается в самостоятельных минералах, но присутствует в пирите и других сульфидах в виде ничтожной примеси, занимая место серы; он используется для создания полупроводников, оптических приборов, в частности биноклей, телеграфной аппаратуры, бесцветного стекла.

Читайте также: