Введение
Порода, содержащая ценные металлы, минералы и элементы.
Руда – это природная порода или осадочная горная масса, содержащая один или несколько ценных минералов, концентрация которых превышает фоновый уровень, как правило, металлы, которые могут быть добыты, переработаны и проданы с прибылью. Содержание полезного компонента в руде определяет концентрацию желаемого материала, который она содержит. Ценность содержащихся в породе металлов или минералов необходимо сопоставлять со стоимостью их извлечения, чтобы определить, достаточно ли высокое ее качество для рентабельной добычи и, следовательно, считать ее рудой. Сложная руда содержит более одного ценного минерала. Рудные тела формируются в результате различных геологических процессов, обычно называемых рудообразованием, и могут быть классифицированы по типу месторождения. Руда извлекается из земной коры посредством горнодобывающих работ и перерабатывается или обогащается, часто путем плавления, для извлечения ценных металлов или минералов.
Ганг и хвостохранилища
В большинстве случаев руда состоит не из одного минерала, а смешана с другими ценными минералами и нежелательными или бесполезными породами и минералами. Часть руды, которая не представляет экономической ценности и не может быть избегнута при добыче, называется пустой породой. Обогащение полезных ископаемых включает в себя первоначальное извлечение, для отделения руды от пустой породы, и концентрацию, для разделения целевых минералов. Это отличается от минеральных ресурсов тем, что представляет собой минеральное месторождение, содержащее достаточно высокую концентрацию для экономической целесообразности разработки. Большинство месторождений руды получают названия по месту их расположения, в честь первооткрывателей (например, никелевые жилы Камбальды названы в честь бурильщиков), или по прихоти, в честь исторических личностей, известных людей, города или поселка, откуда родом владелец, из мифологии (например, имя бога или богини) или по кодовому наименованию компании-разведчика (например, MKD 5 было внутренним названием месторождения никель-сульфидов Маунт-Кит).
Классификация
Рудовые месторождения классифицируются по различным критериям, разработанным в ходе изучения экономической геологии или рудообразования. Ниже представлена общая классификация основных типов рудных месторождений:
Порфировые месторождения меди
Это основные источники медной руды. Порфировые месторождения меди формируются вдоль зон конвергенции и, как считается, образуются в результате частичного плавления субдуцированных океанических плит и последующей концентрации Cu, обусловленной окислением. Это крупные, округлые, рассеянные месторождения, содержащие в среднем 0,8% меди по массе. Месторождения типа долины Миссисипи (MVT) осаждаются из относительно холодных, придонных рассолов в карбонатных отложениях. Они являются источниками свинцово-цинковой сульфидной руды. Это второй по распространенности источник медной руды после порфировых месторождений меди, обеспечивающий 20% мирового производства меди, а также серебра и кобальта. Орогенные золотые месторождения являются основным источником золота, причем 75% добычи золота приходится на орогенные месторождения. Формирование происходит на поздних стадиях горообразования (см. орогения), когда метаморфизм выталкивает содержащие золото флюиды в трещины и разломы, где они осаждаются. Они часто тесно связаны с кварцевыми жилами. Полосатые железные формации (BIF) содержат самую высокую концентрацию какого-либо отдельного металла. Их образование произошло в ранней истории Земли, когда состав атмосферы значительно отличался от современного. Предполагается, что богатая железом вода поднималась вверх, где окислялась до Fe(III) в присутствии раннего фотосинтезирующего планктона, выделяющего кислород. Затем это железо осаждалось и отлагалось на дне океана. Полосатость, вероятно, является результатом изменения численности планктона. Медь, связанная с осадочными породами, образуется в результате осаждения богатого медью окисленного рассола в осадочные породы. Они являются источником меди, главным образом в виде минералов сульфида меди. Россыпные месторождения являются результатом выветривания, переноса и последующей концентрации ценного минерала водой или ветром. Обычно они содержат золото (Au), платиноиды (PGE), сульфидные минералы, олово (Sn), вольфрам (W) и редкоземельные элементы (REE). Россыпное месторождение считается аллювиальным, если оно образовалось рекой, коллювиальным – под действием силы тяжести, и элювиальным – вблизи материнской породы. Они формируются в результате сочетания диагенетических и осадочных процессов со скоростью около сантиметра в год в течение нескольких миллионов лет. Средний диаметр полиметаллических конкреций составляет от 3 до 10 см и характеризуется повышенным содержанием железа, марганца, тяжелых металлов и редкоземельных элементов по сравнению с земной корой и окружающими осадками. Предлагаемая добыча этих конкреций с помощью дистанционно управляемых океанских тралов вызвала ряд экологических опасений.
Экстракция
Добыча рудных месторождений обычно осуществляется по следующим этапам. Разведка для определения местоположения руды. Этап поисковых работ обычно включает картографирование, геофизические методы исследования (аэрогеофизические и/или наземные исследования), геохимическую выборку и предварительное бурение. После обнаружения месторождения проводится детальная разведка для определения его размеров и экономической ценности посредством дальнейшего картографирования и отбора проб, включая целевое алмазное бурение для пересечения потенциального рудного тела. На этом этапе разведки определяется содержание полезного компонента в руде, её тоннаж и экономическая целесообразность разработки месторождения. Методы добычи обычно подразделяются на открытые, такие как открытые карьеры или полосные разработки, и подземные, такие как обрушение блоков, камерно-столбовая выемка и камерная система. Рекультивация, после прекращения эксплуатации шахты, делает землю, на которой она располагалась, пригодной для дальнейшего использования. Дополнительные элементы, содержащиеся в руде и потенциально оказывающие негативное воздействие на здоровье организмов, включают железо, свинец, уран, цинк, кремний, титан, серу, азот, платину и хром. Воздействие этих элементов может вызывать респираторные и сердечно-сосудистые заболевания, а также неврологические расстройства. При загрязнении воды она может переносить эти соединения на значительные расстояния от хвостохранилища, существенно увеличивая зону поражения.
История
Металлургия началась с непосредственной обработки самородных металлов, таких как золото, свинец и медь. Например, россыпные месторождения были первым источником самородного золота. Эти металлы было легче всего обрабатывать, что требовало относительно ограниченной добычи и простых технологий плавки. Производство свинца из галенита могло происходить в тот же период. Это привело к непрерывному расширению поисков редкоземельных элементов и разработке новых способов их извлечения.
Торговля
Руды (металлы) торгуются на международном уровне и составляют значительную часть международной торговли сырьем как по стоимости, так и по объему. Это связано с неравномерным распределением рудных ресурсов по миру и их удаленностью от центров наибольшего спроса и перерабатывающих мощностей. Большинство базовых металлов (медь, свинец, цинк, никель) торгуются на международном уровне на Лондонской бирже металлов, при этом более мелкие запасы и биржи металлов находятся под контролем COMEX и NYMEX в Соединенных Штатах, а также Шанхайской фьючерсной биржи в Китае. Мировой рынок хрома в настоящее время доминируют США и Китай. Торговля железной рудой осуществляется напрямую между производителями и потребителями, однако основные цены устанавливаются ежеквартально между крупнейшими горнодобывающими компаниями и основными потребителями, что задает тон для более мелких участников. Другие, менее значимые, товары не имеют международных клиринговых центров и эталонных цен, при этом большинство цен согласовываются между поставщиками и потребителями напрямую. Это обычно делает определение цены на руды такого рода непрозрачным и сложным. К таким металлам относятся литий, ниобий, тантал, висмут, сурьма и редкоземельные элементы. Большинство из этих товаров также контролируются одним или двумя крупными поставщиками, обладающими более чем 60% мировых запасов. В настоящее время Китай является лидером в мировом производстве редкоземельных элементов. По данным Всемирного банка, Китай был крупнейшим импортером руд и металлов в 2005 году, за ним следовали США и Япония.
Важные рудные минералы
Для детальных петрографических описаний рудных минералов см. Таблицы для определения распространенных непрозрачных минералов Спрай и Гедлинских (1987). Ниже приведены основные экономически важные рудные минералы и их месторождения, сгруппированные по основным элементам. Тип Минерал Символ/формула Применение Источник(и) Справочный металл Рудные минералы Алюминий Al Сплавы, проводящие материалы, легкие конструкции Гиббсит (Al(OH)3) и гидроксид оксида алюминия, встречающиеся в латеритах. Также боксит и барит. Кобальт Co Сплавы, химические катализаторы, твердый сплав Смальтит (CoAs2) в жилах с кобальтитом, серебром, никелем и кальцитом; кобальтит (CoAsS) в жилах со смальтитом, серебром, никелем и кальцитом; карроллит (CuCo2S4) и линнеит (Co3S4) как компоненты медной руды; и линнеит Медь Cu Сплавы, высокая электропроводность, коррозионная стойкость Сульфидные минералы, включая халькопирит (CuFeS2; основной рудный минерал) в сульфидных месторождениях или порфировых медных месторождениях; ковеллит (CuS); халькоцит (Cu2S; вторичный с другими сульфидными минералами) с самородной медью и купритом, а также борнит (Cu5FeS4; вторичный с другими сульфидными минералами). Окисленные минералы, включая малахит (Cu2CO3(OH)2) в окисленной зоне медных месторождений; куприт (Cu2O; вторичный минерал); и азурит (Cu3(CO3)2(OH)2; вторичный). Железо Fe Промышленное использование, строительство, сталь Гематит (Fe2O3; основной источник) в полосатых железных формациях, жилах и магматических породах; магнетит (Fe3O4) в магматических и метаморфических породах; гётит (FeO(OH); вторичный по отношению к гематиту); лимонит (FeO(OH)nH2O; вторичный по отношению к гематиту). Свинец Pb Сплавы, пигменты, аккумуляторы, коррозионная стойкость, радиационная защита Галенит (PbS) в жилах с другими сульфидными материалами и в пегматитах; церуссит (PbCO3) в окисленных свинцовых зонах вместе с галенитом. Литий Li Производство металла, аккумуляторы, керамика Сподумен (LiAlSi2O6) в пегматитах. Ртуть Hg Научные приборы, электротехника, краски, растворители, фармацевтика Киноварь (HgS) в осадочных трещинах с другими сульфидными минералами. Редкоземельные элементы La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, Y Постоянные магниты, аккумуляторы, обработка стекла, нефтедобывающая промышленность, микроэлектроника, сплавы, ядерные приложения, защита от коррозии (La и Ce наиболее широко применимы). Бастнезит (REECO3F; для Ce, La, Pr, Nd) в карбонатитах; монацит (REEPO4; для La, Ce, Pr, Nd) в россыпях; ксенотим (YPO4; для Y) в пегматитах; эудиалит (Na15Ca6(Fe,Mn)3Zr3SiO(O,OH,H2O)3(Si3O9)2(Si9O27)2(OH,Cl)2) в магматических породах; алланит ((REE,Ca,Y)2(Al,Fe2+,Fe3+)3(SiO4)3(OH)) в пегматитах и карбонатитах. Серебро Ag Ювелирные изделия, стекло, фотоэлектрические применения, аккумуляторы Сульфидные месторождения; аргентит (Ag2S; вторичный по отношению к медно-свинцово-цинковым рудам). Олово Sn Припой, бронза, консервные банки, олово Касситерит (SnO2) в россыпях и магматических месторождениях. Вольфрам W Нити накаливания, электроника, освещение Вольфрамит ((Fe,Mn)WO4) и схелит (CaWO4) в скарнах и в порфирах вместе с сульфидными минералами. Уран U Ядерное топливо, боеприпасы, радиационная защита Уранинит (UO2) в уранинитовых россыпях; карнотит (K2(UO2)2(VO4)2 3H2O) в россыпях. Ванадий V Сплавы, катализаторы, окрашивание стекла, аккумуляторы Патронит (VS4) с сульфидными минералами; роскоэлит (K(V,Al,Mg)2 AlSi3O10(OH)2) в эпитермальных золотых месторождениях. Цинк Zn Защита от коррозии, сплавы, различные промышленные соединения Сфалерит ((Zn,Fe)S) с другими сульфидными минералами в жильных месторождениях; смитионит (ZnCO3) в окисленной зоне цинксодержащих сульфидных месторождений. Нерудные рудные минералы Флюорит CaF2 Сталелитейная промышленность, оптическое оборудование Гидротермальные жилы и пегматиты. Графит C Смазка, промышленные формы, краска Пегматиты и метаморфические породы. Алмаз C Резка, ювелирные изделия Кимберлиты. Полевой шпат Fsp Керамика, стеклоделие, глазури Ортоклаз (KAlSi3O8) и альбит (NaAlSi3O8) повсеместно распространены в земной коре.