Тема урока: Полезные ископаемые. Руды черных металлов.
Цель урока : Формировать у детей целостный взгляд на мир, определять в нём место человека.
Задачи урока:
1. Дать учащимся не только теоретические знания о человеке, обществе и природе, но и развивать их творческое мышление, умение самостоятельно раскрывать смысл вещей и явлений, делать определённые выводы.
2. Ознакомить с разнообразием полезных ископаемых и некоторыми их свойствами, способами их добычи. Объяснить, что относится к рудам черных металлов и как их используют в быту. Сформировать понятия о рудах черных металлов, наиболее распространенных среди полезных ископаемых рудного происхождения.
3. Воспитывать любовь к знаниям.
Оборудование, наглядность, ТСО: Учебник «Познание мира», тетрадь, иллюстрации, коллекция полезных ископаемых, схемы, карта полезных ископаемых Казахстана, контурная карта полезных ископаемых Казахстана.
Тип урока: Урок усвоения новых знаний.
Методы преподавания: Информационно-сообщающий, объяснительный, инструктивный, стимулирующий, побуждающий.
Методы учения: Исполнительский, репродуктивный, практический, частично-поисковый, поисковый.
Этапы и структура урока.
Базовые знания: Понятия о руде. Руды черных и цветных металлов. Руды черных металлов: магнитный железняк, красный и коричневый железняк. Группа черных металлов - железо и его сплавы: сталь и чугун. Основные месторождения железной руды в Казахстане.
Опорные знания: Общие понятия о полезных ископаемых, полученные учениками в 3-м классе.
I . Организационный момент.
Психологический настрой
Каждый день - всегда, везде,
На занятиях, в игре
Смело, чётко говорим,
Но тихохонько сидим.
Ну-ка. проверяй, дружок,
Ты готов начать урок?
Всё ль на месте,
Всё в порядке,
Ручка, книга и тетрадка?
Все ли правильно сидят,
Все ль внимательно глядят?
Сообщение темы и цели урока.
Эпиграфом урока я выбрала слова замечательного ученого А.Е.Ферсмана: “Нет во всем мире земли, где бы хранилось столько богатств, где бы так могучи были силы недр…”
Как вы понимаете слово недра? (То, что внутри земли)
О каком богатстве недр говорится? (О полезных ископаемых)
Как вы понимаете значение слов «польза», «копать»?
Польза - хорошие, положительные последствия, выгода.
Копать - 1) разрыхлять, отваливать, отделяя и приподнимая;
2) отваливая землю, делать углубления;
3) отваливая землю, доставать, извлекать.
Теперь примените свои знания для пояснения смысла темы нашего урока.
(открывается написанное на доске название «Полезные ископаемые»)
Для человека в мире существует множество полезных предметов. Например, дерево
Можем ли его назвать полезным ископаемым? Почему?
Что вы предлагаете отнести к полезным ископаемым?
Всегда ли их надо « выкапывать» из недр земли?
Назовите полезные ископаемые, которые лежат прямо у нас под ногами (глина, песок).
Сформулируйте понятие «полезные ископаемые».
II . Практическая работа.
А) Возьмите в руки изделия из чугуна, стали, алюминия, свинца, олова, серебра и т.д. К каждому из них поднесите магнит. Некоторые из них притягиваются магнитом, некоторые нет.
Притягивающиеся магнитом – это черные металлы, не притягивающиеся – цветные металлы.
Из чего человек получает металлы? (Из руды)
2) Работа с учебником: с.29
Чтение определения, что такое руда.
Учитель показывает коллекцию полезных ископаемых и предлагает детям назвать, какие из них узнали.
Расскажите, как можно использовать знакомые вам полезные ископаемые в экономике страны.
Далее учащиеся выполняют практическую работу Изученные свойства полезных ископаемых заносятся учащимися в таблицу самостоятельно по мере их определения. Практическую работу лучше организовать в группах.
Свойства полезных ископаемых.
Название
Состояние
Плотность
Цвет
Горючесть
Железная руда
Твёрдая
Плотная
Чёрный
-
Нефть
Жидкая
-
Коричневая
Известняк
Твёрдый
Плотный
Белый
-
Глина
Твёрдая
Рыхлая
Красно-коричневый
-
Твёрдый
Плотный
Чёрный
Рассмотрите внимательно таблицу. Какими свойствами могут обладать разные полезные ископаемые?
III . Знакомство с новым материалом.
А) Понятие о полезных ископаемых.
Вся поверхность Земли состоит из горных пород. Камушки на берегу реки, мел, которым мы пишем в классе, уголь – все это горные породы. Все горные породы, полезные для человека, так и называют полезные ископаемые. Почему ископаемые?
Потому что многие из них находятся под землей, закрыты от нашего взгляда, их надо извлечь («ископать», говорили в старину) из-под земли.
Полезные ископаемые - это природные богатства, которые люди добывают из глубин земли или с её поверхности и используют в хозяйстве.
Например:
В строительстве (песок, глина, гранит, известняк).
Как топливо (нефть, газ, каменный уголь, торф).
Для приготовления пищи (каменная соль).
Б) Добыча полезных ископаемых.
Рассмотрите карту Казахстана. Многочисленные значки различной конфигурации и цвета означают места добычи разных полезных ископаемых.
Места, где находятся полезные ископаемые в количествах, достаточных для разработки, называют месторождениями полезных ископаемых.(вывесить на доску, а у детей на партах )
В) Знакомство с полезными ископаемыми
Казахстан занимает третье место после России и Украины в СНГ по запасам железной руды (16,6 млрд т). Месторождения находятся в основном в Северном Казахстане, где сконцентрировано 85% разведанных запасов железной руды. Особое значение имеют Качарское и Соколовско-Сарбайское месторождения.
Сарбайское месторождение железа было открыто в 1948 году летчиком М. Сургутановым. Во время перелета над месторождением он обратил внимание на резкое отклонение стрелки компаса под влиянием магнитной аномалии. Вскоре было открыто редкое месторождение железа. Руды этих месторождений высокого качества и содержат 50-60% чистого железа. Руды осадочного происхождения встречаются в месторождениях Аятское и Лисаковское в Костанайской области и добываются открытым способом на глубине 30 метров. Содержание чистого железа в руде 37-40%. Небольшие месторождения железной руды имеются в Карагандинской (Кентобе, Каратас) и Северо-Казахстанской (Атансор) областях.
Сообщение детей (показывают на карте)
Марганец . (темный пурпурный)К наиболее крупным месторождениям марганца относятся Атасуское и Жездинское, расположенные в Центральном Казахстане. В местных рудах содержание марганца достигает 27%. Месторождения марганца были также обнаружены в Сарыарке (в частности, в Улытау), Каратау и Мангыстау.
Хром. 99% месторождений хрома встречается в Мугоджарских горах. Большой известностью пользуются Кемпирсайская и Донская группы месторождений, содержащих высококачественные руды. Месторождения хромитов открыты также в Костанайской и Воcточно-Казахстанской областях.
Казахстан вышел на второе место в мире по запасам и годовой добыче хромитовых руд (темный зеленый). Эти руды являются обязательным компонентом при выплавке нержавеющей стали. Хром экспортируется в 40 стран мира. 97% хромитов в СНГ добывается в Казахстане.
Никель (зеленый). Значительные запасы никеля сосредоточены в Мугоджарах. Более 40 крупных месторождений никеля находятся в БурыкталеКемпирсайского массива в Актю-бинской области» Большие запасы высококачественного никеля разведаны в месторождениях Аккарга и Актау в Ко-станайской, Карагандинской и Восточно-Казахстанской областях.
Алюминий (светлый желтый). Основное алюминиевое сырье Казахстана - бокситы. Главные месторождения расположены на северо-востоке Сарыарки (окрестности Астаны) и в Тургайском прогибе (Амангельдинская группа). В них запасы бокситов незначительны. Поэтому изыскивается возможность использовать другие источники сырья, в составе которых содержится глинозем. Казахстан занимает одно из первых мест в СНГ по производству алюминия.
Медь (зеленый). Казахстан обладает богатейшими запасами медной руды. Основные промышленные типы руд - медистые песчаники (71%) и медно-порфировые (24%). Самым крупным месторождением руды медистых песчаников является Жезказган. Жезказганские рудные месторождения по своему потенциалу занимают первое место в СНГ и второе место в мире. Казахстан по добыче меди занимает седьмое место в мире. 92% меди экспортируется в зарубежные страны.
Крупные месторождения руды медно-порфирового типа - Коунырат, Бозшаколь. Они разрабатываются открытым способом, но руды отличаются невысоким содержанием металла.
Полиметаллы . Полиметаллические руды содержат ценные компоненты - свинец и цинк, а также медные соединения, золото, серебро и другие металлы. Богатейшие месторождения свинца и цинка - Риддерское, Зыряновское и другие - находятся на Рудном Алтае. В местных рудах много металлов. Полиметаллические месторождения имеются в Текели - в Жунгарском Алатау, в Ачисае и Мыргалымсае - в горах Каратау. В последние годы разведаны богатые месторождения свинца в Центральном Казахстане (Кызылеспе, Каскаайгыр и др.).
Золото . В Казахстане имеется 190 месторождений золота. Золото добывается на востоке республики - на Алтае, в районе Калбинского хребта, на северо-западе - в Жетыгаринском районе Костанайской области. Золотоносные месторождения на северной окраине Центрального Казахстана (Степняк, Аксу, Майкаин) представлены кварцевыми жилами, вторичными кварцитами и россыпями. Месторождения в районе Калбинского хребта тоже содержат кварцевые жилы и россыпи. Небольшие кварцевожильные месторождения есть в Жунгарском и Заилийском Алатау.
Редкие металлы . К этой группе относятся вольфрам, молибден, ванадий, висмут, сурьма и др. По количеству и промышленному значению месторождений Центральный Казахстан занимает первое место в СНГ. Некоторые редкие металлы (кадмий, индий, висмут, селен, ртуть и др.) имеются также в полиметаллических месторождениях Жунгарии и Алтая.
Железная руда - это полезное ископаемое, из которого получают железо.
К железным рудам относятся красный железняк, магнитный железняк, бурый железняк.
Красный железняк (гематит) содержит 70% железа. Он красного цвета, имеет полуметаллический блеск, оставляет на керамической плитке вишнево-красную черту, твердый (оставляет царапину на стекле), тяжелее воды. Это основная руда для получения железа.
Магнитный железняк (магнетит) содержит до 73% железа. Он черного цвета, имеет металлический блеск, тверже стекла, оставляет на керамической плитке черту черного цвета, тяжелее воды. Эта руда имеет очень большое значение для народного хозяйства.
Бурый железняк (лимонит) содержит до 60 % железа. Цвет бурого железняка различный - бурый, желтый, черный; он мягче стекла, на керамической плитке оставляет черту бурого цвета, тяжелее воды. Эта руда наиболее распространена на поверхности Земли.
Из железной руды выплавляют чугун, сталь, железо. А из них в свою очередь изготавливают предметы быта: ножи, ножницы, детали машин, вагонов, тракторов, железнодорожные рельсы.
В некоторых местах железная руда залегает неглубоко, в таких месторождениях ее добывают открытым способом. Сначала пласт взрывают, а потом в образовавшемся карьере огромные экскаваторы черпают руду и грузят ее в машины или железнодорожные вагоны.
В других местах руда залегает глубоко, тогда для ее добычи роют глубокие шахты.
На физической карте месторождения железной руды обозначают черным треугольником.
По запасам железной руды Казахстан занимает среди других стран мира одно из первых мест. Более 85 % всего запаса железной руды республики сосредоточено в Костанайской области.
Самое крупное Соколовско-Сарбайское месторождение было открыто с помощью самолета (что повлияло на магнитную стрелку прибора самолета?). Другие месторождения железной руды имеются в Сарыарке, на севере Арала.
Учитель рассказывает, как добывают железную руду в рудниках и в карьерах открытым способом.
В нашей стране добывают железную руду в основном открытым способом, так как этот способ добычи является выгодным.
Показывает наиболее крупные месторождения железных руд на карте.
Из железной руды получают чугун и сталь. Они не встречаются в природе в чистом виде. Металл находится в смеси с другими веществами. Сначала в доменных печах выплавляют из руды чугун. В настоящее время доменные печи полностью механизированы. Высота печей превышает 10-этажный дом, снаружи они покрыты стальным каркасом.
Небольшие вагонетки беспрерывно доставляют в домну руду и кокс. Из нижнего отверстия домны постоянно вдувают горячий воздух. В домне происходит восстановление железа из окислов.
Температура внутри печи достигает 20 000 С. Металл, находящийся в составе руды, плавится и стекает вниз, накапливается на дне печи. Собравшийся металл понемногу вытекает из нижнего отверстия печи в огромный ковш, расположенный на движущейся по железным рельсам вагонетке. Далее подвижный ковш разливает чугун в формы.
Доменная печь Доменная печь
(схематическое изображение)
Остыв, затвердевший чугун, отправляют в плавильные печи. Здесь выплавляют из чугуна сталь.
В Казахстане самый крупный завод, где выплавляют сталь, находится в городе Темиртау. На этом заводе начинал свой трудовой путь в качестве сталевара первый Президент нашей Республики Нурсултан Назарбаев.
Это интересно
Рассказ учителя.
В организме человека тоже есть металлы. Больше всего в организме человека железа, и большая его часть находится в крови в особых тельцах- эритроцитах. Они живут до 100 дней и заменяются новыми. За жизнь у человека вырабатывается 500 кг эритроцитов. Для этого ему нужно 0,5 кг железа. Железо поступает в организм человека с пищей. Больше всего железа в морской капусте, печени говяжей, фасоли, петрушке, овсянке и т.д.
IV . Работа с учебником.
С. 38-40 Чтение текста, ответы на после текстовые вопросы и выполнение заданий.
Что относится к черным металлам?
Назовите виды черных металлов.
Как из железной руды получают сталь и чугун?
Какие изделия изготавливают из чугуна и стали?
Назовите места, где добывают железную руду.
V
. Итог урока. Хотелось бы закончить урок стихотворением
Джамбула Джабаева
Посмотрите –
Озарен и осиян –
Стал одетый в лучи Казахстан…
Каратау даст свинец,
Кокшетау гонит овец,
Тянет золотом руки Алтай,
Медь обильно дает Карсакпай,
Белый хлопок дарит Чимкент,
Золотые как в сказке хлеба.
Для народа растит Актоба…
Дни и ночи грузит поезда
Черным золотом Караганда…
В Эмбе гордые вышки стоят,
И кипит нефтяной водопад.
В Карамчинской степи зреет рис.
В Алатау сады поднялись,
А в садах слаще сна и мечты
Спеют яблоки Алма-Аты.
VI .Задание на дом.
Б) Описать предметы из чугуна и стали, встречающиеся в повседневной жизни.
В) Обозначить на контурной карте месторождения железной руды.
VII . Рефлексия.
Урок:
привлек меня тем...
Известняк
Твёрдый
Плотный
Белый
-
Глина
Твёрдая
Рыхлая
Красно-коричневая
-
Каменный уголь
Твёрдый
Плотный
Чёрный
Общая характеристика полезных ископаемых
Прежде всего, полезными ископаемыми называются горные породы и минералы, которые используются в хозяйстве стран.
По своему физическому состоянию они могут быть:
- твердые – уголь, соль, руда, мрамор и др.;
- жидкие – нефть, минеральные воды;
- газообразные – горючий газ, гелий, метан.
Когда за основу берут их использование, тогда выделяют:
- горючие – уголь, нефть, торф;
- рудные – руды горных пород, включающие металл;
- нерудные – гравий, глина, песок и др.
Отдельную группу представляют драгоценные и поделочные камни.
Полезные ископаемые образовались разными способами и по происхождению бывают магматические, осадочные, метаморфические, размещение которых по земным недрам подчиняется определенным закономерностям.
Для складчатых областей обычно характерны магматические, т.е. рудные полезные ископаемые. Данное обстоятельство связано с тем, что они образуются из магмы и выделяющихся их неё горячих водных растворов.
Магма поднимается из земных недр по трещинам в земной коре и в них застывает на различной глубине.
Также рудные полезные ископаемые могут образоваться и из излившейся магмы-лавы, которая относительно быстро остывает. Магма внедряется, как правило, в период активных тектонических движений, поэтому рудные полезные ископаемые связаны со складчатыми областями планеты.
Руды могут образоваться и на платформенных равнинах, но, в этом случае они приурочены к нижнему ярусу платформы. На платформах рудные полезные ископаемые связаны со щитами, т.е. с выходами фундамента платформы на поверхность или в тех местах, где осадочный чехол не отличается мощностью, и фундамент близко подходит к поверхности.
Примером такого месторождения является Курская магнитная аномалия в России и Криворожский бассейн на Украине.
Замечание 1
Вообще руда представляет собой минеральный агрегат, из которого технологическим путем можно извлечь металл либо соединения металлов.
Руды металлов связаны с районами активного горообразования, но наличие гор ещё не означает наличия богатых месторождений. Третья часть Европы, например, занята горами, но, крупных рудных месторождений совсем немного.
Исходя из области применения, рудные полезные ископаемые делятся на группы – руды черных металлов, руды цветных металлов, руды благородных металлов и радиоактивные металлы.
Такое рудное полезное ископаемое, как железная руда является основой для производства черных металлов – чугуна, стали, проката. Крупнейшие запасы железных руд сосредоточены в США, Индии, Китае, Бразилии, Канаде.
Есть отдельные крупные месторождения в Казахстане, Франции, Швеции, Украине, Венесуэле, Перу, Чили, Австралии, Либерии, Малайзии, В странах Северной Африки.
В России крупные запасы железных руд, кроме КМА, есть на Урале, Кольском полуострове, в Карелии, В Сибири.
Руды черных металлов
Среди руд черных металлов наиболее востребованными и используемыми в промышленности являются железные руды.
Такие минералы, как гематит, магнетит, лимонит, сидерит, шамозит и тюрингит являются главными железосодержащими породами.
Добыча железной руды в мире превышает 1 млрд. тонн. Самым крупным производителем железной руды является Китай, добывающий 250 млн. тонн, в то время как Россия добывает 78 млн. тонн. По 60 млн. тонн добывают США и Индия, Украина – 45 млн. тонн.
Добыча железной руды в США ведется в районе озера Верхнее и в штате Мичиган.
В России крупнейшим железорудным бассейном является КМА, залежи которой оцениваются в 200-210 млрд. тонн или 50% планетарных запасов. Месторождение охватывает Курскую, Белгородскую, Орловскую области.
Для производства легированной стали и чугуна используется марганец в качестве легирующей добавки для придания им прочности и твердости.
Мировые промышленные запасы марганцевых руд сосредоточены на Украине – 42,2%. Есть марганцевые руды в Казахстане, ЮАР, Габоне, Австралии, Китае, в России.
Большое количество марганца производится также в Бразилии и Индии.
Для того чтобы сталь не ржавела, была жаропрочной и кислотоупорной необходим хром, один из основных компонентов руд черных металлов.
Специалисты предполагают, что из мировых запасов этой руды 15,3 млрд. тонн хромитовая руда высокого сорта приходится на ЮАР – 79%. В небольших количествах хром есть в Казахстане, Индии, Турции, довольно крупное месторождение этой руды находится в Армении. Небольшое месторождение разрабатывается в России на Урале.
Замечание 2
Самым редким из черных металлов является ванадий. Он используется для производства марочного чугуна и марочной стали. Ванадий очень важен для аэрокосмической промышленности, потому что его добавка обеспечивает высокие характеристики титановых сплавов.
При получении серной кислоты ванадий используется в качестве катализатора. В чистом виде его нет, и встречается ванадий в составе титаномагнетитовых руд, иногда встречается в фосфоритах, урансодержащих песчаниках и алевролитах. Правда, его концентрация не более 2%.
Иногда даже значительные количества ванадия могут быть в бокситах, бурых углях, битуминозных сланцах и песках. При извлечении главных компонентов из минерального сырья, ванадий получают как побочный продукт.
По учтенным запасам этой руды лидерами являются ЮАР, Австралия и Россия, а основные его производители ЮАР, США, Россия, Финляндия.
Руды цветных металлов
Цветные металлы представлены двумя группами:
- легкие, к ним относятся алюминий, магний, титан;
- тяжелые – это медь, цинк, свинец, никель, кобальт.
Из всех цветных металлов алюминий является самым распространенным в земной коре.
Среди его физических свойств такие, как малая плотность, высокая теплопроводность, пластичность, электрическая проводимость, коррозионная стойкость. Этот металл хорошо поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению. Его легко можно сварить.
Исходное сырье для металлического алюминия – глинозем, который получают при переработке бокситов и нефелиновых руд.
Запасы бокситов есть в Гвинее, Бразилии, Австралии, а Россия занимает по ним 9-е место.
Российские запасы бокситов сосредоточены в Белгородской и в Свердловской области, а также в Республике Коми. Российские бокситы невысокого качества. Нефелиновые руды залегают на Кольском полуострове. По производству глинозема Россия занимает 6-е место в мире. Весь глинозем производится из отечественного сырья.
Титан, открыли в 1791 г. Его отличительные характеристики – это высокая прочность и коррозионная стойкость. Для промышленности основным типом титановых руд являются прибрежно-морские россыпи. Такие крупные россыпи известны в России, Австралии, Индии, Бразилии, Новой Зеландии, Малайзии, Шри-Ланке.
Россыпные месторождения титана являются комплексными и содержат цирконий.
К легким цветным металлам относится магний, который в промышленности применяется сравнительно недавно. В военные годы основная его часть шла для производства зажигательных снарядов, бомб, осветительных ракет.
Сырье для получения магния приурочено ко многим районам планеты. Магний содержится в доломите, карналлите, бишофите, каините и других породах, имеющих широкое распространение в природе.
На долю США приходится около 41% мирового производства металлического магния и 12% его соединений.
Кроме США крупными производителями металлического магния являются Турция и КНДР. Производителями соединений магния – Россия, Китай, КНДР, Австрия, Греция, Турция.
Среди тяжелых цветных металлов выделяется медь, которая представляет собой пластичный элемент золотисто-розового оттенка, на открытом воздухе покрывающийся кислородной пленкой.
Отличительной особенностью меди являются её высокие антибактериальные свойства. В сплавах с никелем, оловом, золотом, цинком она используется в промышленности.
После Чили и США, по запасам меди Россия стоит на третьем месте в мире.
Кроме самородной меди, сырьем для её получения является халькопирит и борнит. Распространяются месторождения меди в США – Скалистые горы, В Канадском щите и провинции Квебек, Онтарио в Канаде, в Чили и Перу, в медном поясе Замбии, ДРК, в России, Казахстане, Узбекистане, Армении.
Основными и крупными производителями этого металла являются Чили и США, а также Канада, Индонезия, Перу, Австралия, Польша, Замбия, Россия.
Цинк впервые получили из каламина, по существу это карбонат цинка ZnCO2. Сегодня получают цинк из сульфидных руд, наиболее важной из которых является цинковая обманка и марматит.
Добыча цинковых руд идет в Канаде, США, в России, Австралии, Мексике, в центральной Африке, Казахстане, Японии и других странах.
Крупные производители цинковой руды – Япония и США они же её крупные импортеры.
Известный с древности никель при добавке к стали повышает её вязкость, упругость, антикоррозионные свойства.
Впервые металлический кобальт был получен в 1735 г. Сегодня он используется для производства сверхтвердых сплавов.
Сырьем для свинца является его главный рудный минерал галенит. Свинцовые руды добываются во многих странах, а ведущие его производители Австралия, Китай, Перу, Канада.
Добыча свинца ведется в Казахстане, России, Мексике, Швеции, ЮАР, Марокко. Крупные месторождения свинца есть в Узбекистане, Таджикистане, Азербайджане.
В России свинцовые месторождения сосредоточены на Алтае, в Забайкалье, Якутии, Приморье, Северном Кавказе.
Руды черных металлов
Элементы этой обширной группы, как правило, не образуют собственных минералов и присутствуют в виде изоморфных примесей в минералах более распространенных элементов. Помимо четырех рассматриваемых ниже элементов, сюда относятся рубидий, кадмий, индий, скандий, рений, селен и теллур.
Уран. Переработка 1 кг урана позволяет произвести столько же энергии, сколько дает сжигание 15 т угля. Урановые руды служат сырьем для получения других радиоактивных элементов, таких как радий и полоний, и разных изотопов, в том числе легких изотопов урана. Главные минералы урановых руд – урановая смолка уранит (настуран) и карнотит (желтый урано-ванадиевый минерал, образующий вкрапленность мелких зерен в песчаниках).
Большая часть запасов урана США сосредоточена в грубо- и тонкозернистых карнотитовых песчаниках с настураном, разработка которых ведется в штатах Аризона, Колорадо, Нью-Мексико, Техас, Юта, Вашингтон и Вайоминг. В Юте имеется крупное месторождение урановой смолки (Мэрисвейл). В США в 1995 общий объем добычи урана составлял 2360 т (в 1980 – 20 тыс. т). Почти 22% электроэнергии в США вырабатывается атомными электростанциями, на которых действуют 110 ядерных реакторов, что гораздо выше соответствующих показателей в других странах. К примеру, в СССР в 1987 имелось 56 действующих реакторов и 28 – на стадии проектирования. Ведущее место в мире по уровню потребления атомной энергии занимает Франция, где АЭС вырабатывают ок. 76% электроэнергии (1995).
Наибольшими разведанными запасами урана (1995) обладают Австралия (ок. 466 тыс. т, более 20% мировых запасов), Казахстан (18%), Канада (12%), Узбекистан (7,5%), Бразилия и Нигер (по 7%), ЮАР (6,5%), США (5%), Намибия (3%), Украина (3%), Индия (ок. 2%). Крупное месторождение уранита Шинколобве находится в Демократической Республике Конго. Значительными запасами располагают также Китай (провинции Гуандун и Цзянси), Германия и Чехия.
После недавнего открытия богатых урановых месторождений в Канаде эта страна по запасам уранита заняла первое место в мире. В России промышленные запасы урана сосредоточены в основном в пределах Стрельцовской кальдеры в Восточном Забайкалье. Недавно разведано крупное месторождение в Бурятии.
Торий применяется для легирования сплавов и является потенциальным источником получения ядерного топлива – легкого изотопа урана-233. Единственный источник тория – желтые полупрозрачные зерна монацита (фосфата церия), содержащие до 10% тория и встречающиеся в прибрежно-морских и аллювиальных отложениях. Россыпные месторождения монацита известны в Австралии, Индии и Малайзии. «Черные» пески, насыщенные монацитом в ассоциации с рутилом, ильменитом и цирконом, распространены на восточном и западном (более 75% добычи) побережьях Австралии. В Индии месторождения монацита сосредоточены вдоль юго-западного побережья (Траванкор). В Малайзии монацит добывают из аллювиальных оловоносных россыпей. США располагают небольшими запасами тория в прибрежно-морских россыпях монацита во Флориде.
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ
Алмазы. Самые известные из драгоценных камней – алмазы играют также важную роль в промышленности благодаря их исключительно высокой твердости. Технические алмазы используются главным образом как абразивные материалы для шлифовки и полировки, а также для бурения твердых пород. Ими армируют металлорежущий инструмент. Из природных алмазов лишь небольшая часть (по массе) ювелирная, остальные – технические кристаллы неювелирного качества (борт и карбонадо). Борт и карбонадо (черные алмазы) – это плотные скрытокристаллические или зернистые агрегаты. Технические алмазы получают также искусственно. В США производятся только синтетические алмазы. Природные алмазы обнаружены в Арканзасе и Колорадо, однако их добыча экономически нецелесообразна.
Обычно алмазы встречаются в трубчатых телах – трубках взрыва (диатремах), сложенных вулканической породой – кимберлитом. Однако существенная часть алмазов добывается из аллювиальных россыпных месторождений, образовавшихся в результате размыва кимберлитовых трубок. Около 90% мировой добычи природных технических алмазов в 1993 приходилось на долю пяти стран: Австралии (44,3%), Конго (ДРК, 16,2%), Ботсваны (12,2%), России (9,3%) и ЮАР (7,2%).
Мировая добыча алмазов в 1993 составила 107,9 млн. каратов (единица массы драгоценных камней карат равен 200 мг); в том числе технических алмазов было добыто 91,2 млн. каратов (84,5%), ювелирных – 16,7 млн. каратов (15,5%). В Австралии и Конго (ДРК) доля ювелирных алмазов составляет всего 4–5%, в России – ок. 20%, в Ботсване – 24–25%, ЮАР – более 35%, в Анголе и Центральноафриканской Республике – 50–60%, в Намибии – 100%. В России алмазы добывают в основном в Якутии (Саха), в россыпях встречаются алмазы на Урале. Крупные месторождения алмазов открыты в Архангельской области (коренные и россыпи).
Слюды. Промышленное значение имеют два вида природной слюды: мусковит и флогопит. Слюда ценится за весьма совершенную спайность, прозрачность и прежде всего за высокие тепло- и электроизоляционные свойства. Листовая слюда применяется в электротехнической промышленности как диэлектрик для конденсаторов и в качестве изоляционного материала. Ведущий в мире производитель листовой слюды – Индия, где в 1995 было добыто 6 тыс. т листового мусковита (при мировой добыче 7 тыс. т). Крупные месторождения листовой слюды известны в Бразилии и на Мадагаскаре. В России листовой мусковит из пегматитов добывается в основном в Мамско-Чуйском районе Иркутской области и в Карело-Кольском регионе. Мусковитные пегматиты известны также в Восточном Саяне (по р. Бирюса). Добыча флогопита ведется на Кольском полуострове, Алдане и в Прибайкалье. Крупнейшее месторождение флогопита разведано на Таймыре.
Скрап (молотые отходы производства листовой слюды и другой слюдяной продукции) и мелкочешуйчатая слюда используются для изготовления минеральных красок, мягких кровельных материалов, резиновых изделий, в частности автопокрышек, как теплоизолятор в паровых котлах, для лощения бумаги, при бурении нефтяных скважин и проч. Природная мелкочешуйчатая слюда встречается в гранитах, пегматитах, гнейсах, метаморфических сланцах и глинистых отложениях. США занимают первое место в мире по производству слюдяного скрапа и мелкочешуйчатой слюды, причем 60% продукции приходится на долю Северной Каролины (пегматиты). Большие запасы мелкочешуйчатого мусковита заключены в гнейсах Северного Казахстана.
Оптический кварц и пьезокварц. Кварц по распространенности в земной коре занимает второе место после полевых шпатов, но его чистые бездефектные кристаллы (бесцветные прозрачные – горный хрусталь; темные, почти черные, просвечивающие или непрозрачные – морион) встречаются крайне редко. Между тем, именно такой кварц играет важную роль в оптических приборах (горный хрусталь) и в современных средствах связи, радиотехнике, электронике, гидроакустике, дефектоскопии, в кварцевых часах и многих других устройствах, использующих пьезоэлектрические свойства кварца (пьезокварц – горный хрусталь и морион). Самое важное применение пьезокварца – частотные фильтры и стабилизаторы частот в электронных приборах, микрофонах и проч.
Основной поставщик природного пьезокварца (горного хрусталя) – Бразилия. В США в Арканзасе добывают высококачественные кристаллы горного хрусталя, который широко используется в ювелирных изделиях. Там же добывают кварц с дефектами, непригодный для электроники, но использующийся для выращивания искусственных кристаллов пьезокварца. В 1995 в США добыто 500 т такого кварца и произведено на его основе 300 т кристаллов синтетического кварца.
В России кристаллы горного хрусталя добывают на Южном и Приполярном Урале и на Алдане. На Украине добывают преимущественно морион из пегматитов Волынской возвышенности. Месторождения горного хрусталя разрабатываются в Казахстане.
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.
Хром
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.
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 .
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 ).
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.
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.
Возрастает комплексное использование полезных ископаемых. Например, из угля извлекаются редкие элементы, главным образом крайне ценный германий .
Такой элемент, как селен , не часто встречается в самостоятельных минералах, но присутствует в пирите
Железо серебристо – белый вязкий и ковкий металл. Гематит, лимонит, магнетит, шамозит, тюрингит и сидерит главные железосодержащие минералы. Классифицируют месторождения железных руд как промышленные при содержании металла не менее нескольких десятков миллионов тонн и неглубоком залегании рудных тел. Чтобы можно было вести добычу открытым способом. Содержание железа в крупных месторождениях исчисляется сотнями миллионов тонн. Общая мировая добыча железной руды превышает одного млрд. т (1995). Добыча железной руды в значительных масштабах ведется в Канаде, ЮАР, Швеции, Венесуэле, Либерии и Франции. Больше всего руды добывается в Китае 250 млн. т, В Бразилии 185 млн. т, Австралии более 140 млн. т, России 78 млн. т, США и Индии по 60 млн. т. Общие мировые ресурсы сырой (необогащенной) руды превышают одна тысяча четыреста млрд. т, промышленные – более 360 млрд. т. В районе озера Верхнее в США добывается наибольшее количество железной руды. Основная доля, которой поступает из месторождения железистых кварцитов (таконитов) в районе Месаби шт. Миннесота. На втором месте находится шт. Мичиган, где производятся рудные окатыши. Железная руда добывается в штатах Калифорния, Висконсин и Миссури в меньших количествах. Общие запасы железных руд в Росси составляют сто один млрд. т. При этом 59% запасов сосредоточено в Европейской части, а 41% – к востоку от Урала. На Украине в районе Криворожского железорудного бассейна ведётся значительная добыча железной руды. Первое место в мире занимает Австралия (143 млн. т), по объему экспорта товарной железной руды. Там суммарные запасы руды достигают двадцать восемь млрд. т. В районе Хаммерсли округ Пилбара, западная Австралия в основном ведётся добыча – 90 %. Бразилия находится на втором месте- 131 млн. т, располагающая исключительно богатыми месторождениями. Многие из которых сосредоточены в железорудном бассейне Минас-Жерайс. В 1988г. мировым лидером по выплавке нерафинированной стали был СССР (180,4 млн. т). Первое место занимала Япония с 1991г. по 1996г. Затем были США и Китай (по 93 млн. т) и Россия (51 млн. т).
