Полезные ископаемые: классификация, добыча и комплексное использование

Что такое полезные ископаемые?

Полезные ископаемые — это природные минеральные образования, которые человек извлекает из земных недр или с поверхности для использования в различных отраслях хозяйства. Их скопления, имеющие промышленное значение, называются месторождениями. Они могут находиться в твердом (руды, уголь), жидком (нефть, минеральные воды) или газообразном (природный газ) состоянии.

Классификация полезных ископаемых

По своему хозяйственному назначению все полезные ископаемые принято делить на пять основных групп:

1. Топливно-энергетические ресурсы: служат источником энергии. К ним относятся уголь, нефть, природный газ, торф, горючие сланцы и уран.
2. Руды металлов: сырье для металлургии. Включают руды черных металлов (железо), цветных (медь, алюминий, цинк, олово), а также редких и благородных (ванадий, германий, золото, платина).
3. Химическое сырье: используются в химической промышленности. Это сера, калийные соли, апатиты, фосфориты и другие.
4. Строительные материалы и камни: строительные материалы (гранит, мрамор, глина), огнеупорное сырье, а также поделочные и драгоценные камни (яшма, агат, алмаз).
5. Гидроминеральные ресурсы: подземные пресные и минерализованные воды.

Запасы и масштабы добычи

Недра Земли хранят колоссальные запасы минеральных богатств. Например, прогнозные ресурсы каменного угля оцениваются в триллионы тонн, а залежи железных руд, горючих сланцев, торфа и газа также чрезвычайно велики. Ежегодно на каждого жителя планеты добывается в среднем 5–6 тонн полезных ископаемых, что свидетельствует об огромных масштабах горнодобывающей промышленности.

Несмотря на постоянные геологические открытия и развитие технологий, позволяющих осваивать бедные и труднодоступные месторождения, минеральные ресурсы не безграничны. Процессы их естественного образования в недрах идут гораздо медленнее, чем темпы потребления. Человечество сжигает за сутки количество ископаемого топлива, на формирование которого природе потребовались тысячелетия. Поэтому уже сегодня рассчитаны приблизительные сроки исчерпания запасов многих видов сырья, и для некоторых из них эти сроки невелики.

Комплексное использование — путь к экономии

Ключевым принципом бережного отношения к недрам является комплексное использование полезных ископаемых. Этот подход предполагает полную переработку всего извлеченного из земли сырья на специализированных комбинатах. С помощью различных механических и физико-химических методов из руды последовательно извлекаются все ценные компоненты, а отходы одного производства становятся сырьем для другого.

Яркие примеры такого подхода уже существуют. На предприятиях цветной металлургии из руд наряду с основными металлами (медь, алюминий) попутно извлекают десятки других элементов, включая серебро, висмут и платину. Из природного газа добывают серу и гелий, а из угля — редкие металлы. Даже пустая порода может быть использована для производства строительных материалов.

Процесс обогащения полезных ископаемых

Перед использованием большинство добытых ископаемых необходимо подготовить — повысить содержание ценного компонента и удалить примеси. Этот процесс называется обогащением. Даже в богатых рудах содержание целевого металла редко превышает 50%, а в рудах цветных металлов оно составляет проценты или доли процента.

Обогащение — многоэтапный процесс:

1. Дробление и измельчение: крупные куски породы дробят в мощных дробилках до мелких частиц.
2. Сортировка по крупности: измельченный материал просеивают через сита, отправляя крупные фракции на повторное дробление.
3. Разделение минералов: заключительный этап, на котором частицы ценного минерала отделяют, используя их уникальные физические и химические свойства:
   • Гравитационный метод: разделение по плотности (тяжелые минералы оседают быстрее).
   • Магнитная сепарация: отделение магнитных минералов (например, железной руды) с помощью магнитов.
   • Электрическая сепарация: разделение на основе разной электропроводности минералов.
   • Флотация: самый распространенный метод, основанный на разной смачиваемости частиц водой. В резервуар с измельченной рудой, водой и специальными реагентами подают воздух. Гидрофобные (несмачиваемые) частицы ценных минералов прилипают к пузырькам воздуха и всплывают в виде пены, а пустая порода (гидрофильная) тонет. Этот метод высокоэффективен и позволяет извлекать из руды широкий спектр минералов.

Таким образом, рациональное и комплексное использование недр в сочетании с совершенствованием технологий обогащения является залогом обеспечения человечества минеральными ресурсами в будущем.