Промышленные типы МПИ
1. Желе́зо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода с атомным номером 26. Обозначается символом Fe Один из самых распространённых в земной коре металлов Простое вещество железо— ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокойвлажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.
Собственно, железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа суглеродом: сталь (до 2,14 вес. % углерода) и чугун (более 2,14 вес. % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом № 1» по важности для человека.
В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре — 4,65 % (4-е место после O, Si, Al[2]). Считается также, что железо составляет бо́льшую часть земного ядра.
Важнейшая геохимическая особенность железа — наличие у него нескольких степеней окисления. Железо в нейтральной форме — металлическое — слагает ядро земли, возможно, присутствует в мантии и очень редко встречается в земной коре. Закисное железо FeO — основная форма нахождения железа в мантии и земной коре. Окисное железо Fe2O3 характерно для самых верхних, наиболее окисленных, частей земной коры, в частности, осадочных пород.
|
|
В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало — в кислых и средних породах.
Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe2O4, Fe3O4; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe3(PO4)2·8H2O,
В природе также широко распространены сульфиды железа — пирит FeS2 и пирротин. Они не являются железной рудой — пирит используют для получения серной кислоты, а пирротин часто содержит никель и кобальт.
По запасам железных руд Россия занимает первое место в мире. Содержание железа в морской воде — 1·10−5—1·10−8 %.
Другие часто встречающиеся минералы железа:
· Сидерит — FeCO3 — содержит примерно 35 % железа
· Марказит — FeS2 — содержит 46,6 % железа
· Лёллингит — FeAs2 — содержит 27,2 % железа
· Миспикель — FeAsS — содержит 34,3 % железа
Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.
|
|
· Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов.
· Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.
· Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.
· Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих черно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса.
· Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.
· Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.
· Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.
· Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.
· Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.
2. промышленные типы железорудных месторождений:
Месторождения железистых кварцитов и богатых руд, образовавшихся по ним
|
|
Имеют метаморфогенное происхождение. Руда представлена железистыми кварцитами, или джеспилитами, магнетитовыми, гематит-магнетитовыми и гематит-мартитовыми (в зоне окисления). бассейны Курской магнитной аномалии (КМА, Россия) и Криворожский (Украина), район оз. Верхнего (США и Канада), железорудная провинция Хамерсли (Австралия), район Минас-Жерайс (Бразилия).
Пластовые осадочные месторождения
Имеют хемогенное происхождение, образовались за счет выпадения железа из коллоидных растворов. Это оолитовые, или бобовые, железные руды, представленные преимущественно гетитом и гидрогетитом. Лотарингский бассейн (Франция), Керченский бассейн, Лисаковское и др.(СССР)
Скарновые железорудные месторождения
Сарбайское, Соколовское, Качарское, Гора Благодать, Магнитогорское, Таштагольское (СССР)
Комплексные титаномагнетитовые месторождения
Происхождение магматическое, месторождения приурочены к крупным докембрийским интрузивам. Рудные минералы — магнетит, титаномагнетит. Качканарское, Кусинское (СССР), месторождения Канады, Норвегии
Второстепенные промышленные типы железорудных месторождений:
Комплексные карбопатитовые апатит-магнетитовые месторождения
Ковдорское, СССР
Железорудные магно-магнетитовые месторождения
Коршуновское, Рудногорское, Нерюндинское в СССР
Железорудные сидеритовые месторождения
Бакальское, СССР; Зигерлянд, ФРГ и др.
Железорудные и железомарганцевые оксидные пластовые месторождения в вулканогенно-осадочных толщах
Каражальское, СССР
Железорудные пластообразные латеритные месторождения
Южный Урал; Куба и др.
3. Ма́рганец — элемент побочной подгруппы седьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 25. Обозначается символом Mn (лат. Manganum, ма́нганум, в составе формул по-русски читается как марганец, например, KMnO4 — калий марганец о четыре; но нередко читают и как манган). Простое вещество марганец (CAS-номер: 7439-96-5) — металлсеребристо-белого цвета. Известны пять аллотропных модификаций марганца — четыре с кубической и одна с тетрагональной кристаллической решёткой
Марганец — 14-й элемент по распространённости на Земле, а после железа — второй тяжёлый металл, содержащийся в земной коре (0,03 % от общего числа атомов земной коры). Весовое количество марганца увеличивается от кислых (600 г/т) к основным породам (2,2 кг/т). Сопутствует железу во многих его рудах, однако встречаются и самостоятельные месторождения марганца. В чиатурском месторождении (районКутаиси) сосредоточено до 40 % марганцевых руд. Марганец, рассеянный в горных породах вымывается водой и уносится в Мировой океан. При этом его содержание в морской воде незначительно (10−7—10−6%), а в глубоких местах океана его концентрация возрастает до 0,3 % вследствие окисления растворённым в воде кислородом с образованием нерастворимого в воде оксида марганца, который в гидратированной форме (MnO2· x H2O) и опускается в нижние слои океана, формируя так называемые железо-марганцевые конкреции на дне, в которых количество марганца может достигать 45 % (также в них имеются примеси меди, никеля,кобальта). Такие конкреции могут стать в будущем источником марганца для промышленности.
В России является остродефицитным сырьём, известны месторождения: «Усинское» в Кемеровской области, «Полуночное» в Свердловской, «Порожинское» в Красноярском крае, «Южно-Хинганское» в Еврейской автономной области, «Рогачёво-Тайнинская» площадь и «Северо-Тайнинское» поле на Новой Земле.
См. также: Марганцевые руды
[править] Минералы марганца
· пиролюзит MnO2· x H2O, самый распространённый минерал (содержит 63,2 % марганца);
· манганит (бурая марганцевая руда) MnO(OH) (62,5 % марганца);
· браунит 3Mn2O3·MnSiO3 (69,5 % марганца);
· гаусманит (MnIIMn2III)O4;
· родохрозит (марганцевый шпат, малиновый шпат) MnCO3 (47,8 % марганца);
· псиломелан m MnO • MnO2 • n H2O (45-60 % марганца);
· пурпурит Mn3+[PO4], (36,65 % марганца).
Характерные степени окисления марганца: +2, +3, +4, +6, +7 (+1, +5 мало характерны).
При окислении на воздухе пассивируется. Порошкообразный марганец сгорает в кислороде (Mn + O2 → MnO2). Марганец при нагревании разлагает воду, вытесняя водород (Mn + 2H2O →(t) Mn(OH)2 + H2↑), образующийся гидроксид марганца замедляет реакцию.
Марганец поглощает водород, с повышением температуры его растворимость в марганце увеличивается. При температуре выше 1200 °C взаимодействует с азотом, образуя различные по составу нитриды.
Углерод реагирует с расплавленным марганцем, образуя карбиды Mn3C и другие. Образует также силициды, бориды, фосфиды. Марганец в виде ферромарганца применяется для «раскисления» стали при её плавке, то есть для удаления из неё кислорода. Кроме того, он связывает серу, что также улучшает свойства сталей. Введение до 12-13 % Mn в сталь (так называемая Сталь Гадфильда), иногда в сочетании с другими легирующими металлами, сильно упрочняет сталь, делает её твердой и сопротивляющейся износу и ударам (эта сталь резко упрочняется и становится тверже при ударах). Такая сталь используется для изготовления шаровых мельниц, землеройных и камнедробильных машин, броневых элементов и т. д. В «зеркальный чугун» вводится до 20 % Mn.
Сплав 83 % Cu, 13 % Mn и 4 % Ni (манганин) обладает высоким электросопротивлением, мало изменяющимся с изменением температуры. Поэтому его применяют для изготовления реостатов и пр.
Марганец вводят в бронзы и латуни.
Значительное количество диоксида марганца потребляется при производстве марганцево-цинковых гальванических элементов, MnO2 используется в таких элементах в качестве окислителя-деполяризатора.
Соединения марганца также широко используются как в тонком органическом синтезе (MnO2 и KMnO4 в качестве окислителей), так и промышленном органическом синтезе (компоненты катализаторов окисления углеводородов, например, в производстве терефталевой кислоты окислением p-ксилола, окисление парафинов в высшие жирные кислоты).
Арсенид марганца обладает гигантским магнитокалорическим эффектом, усиливающимся под давлением.
Теллурид марганца перспективный термоэлектрический материал (термо-э.д.с 500 мкВ/К).
Цены на металлический марганец в слитках чистотой 95 % в 2006 году составили в среднем 2,5 долл/кг.
4. Тита́н (лат. Titanium; обозначается символом Ti) — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22.Простое вещество титан (CAS-номер: 7440-32-6) — лёгкий металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура полиморфного превращения α↔β 883 °C[1]. Температура плавления 1660±20 °C Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57 % по массе, в морской воде 0,001 мг/л[3]. В ультраосновных породах 300 г/т, в основных — 9 кг/т, в кислых 2,3 кг/т, в глинах и сланцах 4,5 кг/т. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al2O3. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них:рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит CaTiSiO5. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.
Применение. В чистом виде и в виде сплавов
· Металл применяется в: химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы, трубопроводная арматура), военной промышленности (бронежилеты, броня и противопожарные перегородки в авиации, корпуса подводных лодок), промышленных процессах (опреснительных установках, процессах целлюлозы и бумаги), автомобильной промышленности, сельскохозяйственной промышленности, пищевой промышленности, украшениях для пирсинга, медицинской промышленности (протезы, остеопротезы), стоматологических и эндодонтических инструментах, зубных имплантатах, спортивных товарах, ювелирных изделиях (Александр Хомов), мобильных телефонах, лёгких сплавах и т. д. Является важнейшим конструкционным материалом в авиа-, ракето-, кораблестроении.
· Титановое литье выполняют в вакуумных печах в графитовые формы. Также используется вакуумное литье по выплавляемым моделям. Из-за технологических трудностей, в художественном литье используется ограниченно. Первой в мировой практике монументальной литой скульптурой из титана является памятник Юрию Гагарину на площади его имени в Москве[10].
· Титан является легирующей добавкой во многих легированных сталях и большинстве спецсплавов.
· Нитинол (никель-титан) — сплав, обладающий памятью формы, применяемый в медицине и технике.
· Алюминиды титана являются очень стойкими к окислению и жаропрочными, что в свою очередь определило их использование в авиации и автомобилестроении в качестве конструкционных материалов.
· Титан является одним из наиболее распространённых геттерных материалов, используемых в высоковакуумных насосах.
В виде соединений
Белый диоксид титана (TiO2) используется в красках (например, титановые белила), а также при производстве бумаги и пластика. Пищевая добавка E171.
Титанорганические соединения (напр. тетрабутоксититан) применяются в качестве катализатора и отвердителя в химической и лакокрасочной промышленности.
Неорганические соединения титана применяются в химической электронной, стекловолоконной промышленности в качестве добавки или покрытий.
Карбид титана, диборид титана, карбонитрид титана — важные компоненты сверхтвёрдых материалов для обработки металлов.
Нитрид титана применяется для покрытия инструментов, куполов церквей и при производстве бижутерии, т.к. имеет цвет, похожий на золото.
Титанат бария BaTiO3, титанат свинца PbTiO3 и ряд других титанатов —- сегнетоэлектрики.
Физические свойства
Титан — легкий серебристо-белый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой (a=2,951 Å; с=4,679 Å[8]; z=2; пространственная группа C6mmc), β-Ti с кубической объёмноцентрированной упаковкой (a=3,269 Å; z=2; пространственная группа Im3m), температура перехода α↔β 883 °C, ΔH перехода 3,8 кДж/моль. Точка плавления 1660±20 °C, точка кипения 3260 °C, плотность α-Ti и β-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/см³[1], атомная плотность 5,71·1022 ат/см³[источник не указан 1272 дня]. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Удельное сопротивление 0,42 мкОм·м при 20 °C
Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.
При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей плёнкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной).
Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400 °C. Титановая стружка пожароопасна.
Промышленныетипыместорожденийтитана
Кглавнымтипамотносятсямагматические, выветривания, осадочные
(россыпи), вулканогенно-осадочныеиметаморфогенные (2% запасов) ме-
сторождения.
Магматическиеместорождениясвязанысинтрузивнымимассива-
миосновногоиультраосновногосоставовгеосинклинальныхобластей.
Площади этих массивов составляют сотниитысячи квадратных километров. Руды по минеральному составу ильменитовые, рутиловые, титаномагнетитовые, ильменит-магнетитовые, апатит-магнетит-ильменитовые. Текстура рудвкрапленная, сидеронитовая, пятнистовкрапленная, массивная;структура тонко-, мелко-, средне- и крупнозернистая. Петрогеннаяоснова руд: анортозиты, габброиды, пироксениты. Формырудныхтелпласто-, жило- и линзообразные, иногда сложной морфологии. Размеры рудных тел по простиранию сотни – первыетысячиметров, попадениюсотниметров, мощность – десятки - тысячиметров. Содержание TiО2впороде 5-10%.
МесторожденияВосточнойСибири (Малотагульское, Лысанское),
Гремяха-Вырмес, Медведевское; наУкраине – Стремигородское, вСША -
СэнфордХилл, вКанаде – Лак-Тио.
Месторождения выветривания образуютсяна габбро-30
анортозитовых, метаморфическихпородахикарбонатитовыхкомплексах.
Приразрушениигорныхпородивыносеглинистыхминераловпроисходит
накоплениеакцессорныхминералов, втомчислеильменитаирутила. При-
мерместорождений – СтремигородскоенаУкраинеиКундыбаевскоеме-
сторождениевКазахстане, рядместорожденийвБразилии.
Россыпныеместорождения. Различаютприбрежно-морскиеком-
плексныеильменит-рутил-цирконовые (главные) иконтинентальныеаллю-
виально-делювиальныеильменита (второстепенные) россыпи.
Прибрежно-морскиеильменит-рутил-цирконовыероссыпиотличают-
сябольшимиразмерамиикрупнымизапасами. Дляниххарактерныпласто-
илилинзообразныезалежи, мощностькоторыхдостигаетдесятковметров, а
протяженностьнесколькодесятковкилометровприширинедокилометра.
Главныйпородообразующийминералкварц, меньшеезначениеимееткао-
лин. Пескиобычнотонко- имелкозернистые. Промышленноесодержаниев
россыпяхильменитаирутила – отдесятковдосотенкилограммнакубиче-
скийметр. Источникомприбрежно-морскихроссыпейслужиликорывы-
ветриванияконтинентов. Например, ПравобережноеместорождениеПри-
днестровскогорайона (Украина).
Континентальныероссыпиильменитараспространеныпреимуще-
ственноваллювии, элювииипролювии. Рудныетелаимеютобычноленто-
виднуюформуиприуроченыкдолинамрек. Рудныеминералынакаплива-
ютсявнижнихгоризонтах, вгрубообломочномматериале. Минеральный
составконтинентальнойроссыпи: обычнокварц, полевойшпат, каолинит.
Содержаниеильменитаизменяетсяотнесколькихдесятковдонескольких
сотенкилограммовнакубическийметр. Например, Иршинскоеместорож-
дениеВолодарско-Волынскогорайона.
Метаморфогенныеместорождениявключаютметаморфизованные
иметаморфическиетипы. Метаморфизованныеобразуютсяприметамор-
физмедревнихроссыпейикоренныхпервично-магматическихруд (Отон-
мякивФинляндии). Метаморфическиеместорождениятитанаприурочены
кдревнимкристаллическимсланцам, гнейсам, эклогитамиамфиболитам,
образуютсяврезультатеметаморфизмаинтрузивных, эффузивныхиоса-
дочныхгорныхпород, обогащенныхтитаном (Кузнечихинскоеместорож-
дениенаУрале).
5. Хром — элемент побочной подгруппы 6-ой группы 4-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром (CAS-номер: 7440-47-3) — твёрдый металл голубовато-белого цвета.
Геох и минер. Среднее содержание хрома в различных изверженных породах резко непостоянно. В ультраосновных породах (перидотитах) оно достигает 2 кг/т, в основных породах (базальтах и др.) — 200 г/т, а в гранитах десятки г/т. Кларк хрома в земной коре 83 г/т. Он является типичным литофильным элементом и почти весь заключен в минералах типа хромшпинелидов. Хром вместе с железом, титаном, никелем, ванадием и марганцем составляют одно геохимическое семейство.
Различают три основных минерала хрома: магнохромит (Mn, Fe)Cr2O4, хромпикотит (Mg, Fe)(Cr, Al)2O4 и алюмохромит (Fe, Mg)(Cr, Al)2O4. По внешнему виду они неразличимы и их неточно называют «хромиты». Состав их изменчив:
· Cr2O3 18—62 %,
· FeO 1—18 %,
· MgO 5—16 %,
· Al2O3 0,2 — 0,4 (до 33 %),
· Fe2O3 2 — 30 %,
· примеси TiO2 до 2 %,
· V2O5 до 0,2 %,
· ZnO до 5 %,
· MnO до 1 %; присутствуют также Co, Ni и др.
Собственно хромит, то есть FeCr2O4 сравнительно редок. Помимо различных хромитов, хром входит в состав ряда других минералов — хромовой слюды (фуксита), хромового хлорита, хромвезувиана, хромдиопсида, хромтурмалина, хромового граната (уваровита) и др., которые нередко сопровождают руды, но сами промышленного значения не имеют. В экзогенных условиях хром, как и железо, мигрирует в виде взвесей и может накапливаться в глинах. Наиболее подвижной формой являются хроматы.
Применение. Хром — важный компонент во многих легированных сталях (в частности, нержавеющих), а также и в ряде других сплавов. Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование). Хром применяется для производства сплавов: хром-30 и хром-90, незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов и в авиакосмической промышленности. Промышленные типы месторождений хрома
Промышленное значение имеют месторождения ранне- и познемагма-
Тического генезиса; россыпные месторождения несущественны.
Раннемагматические месторождения находятся на платформах в
нижнихгоризонтахрасслоенныхмассивовосновного-ультраосновногосо-
ставов, сложенныхдунитами, перидотитами, пироксенитами, анортозитами.
Рудныетелапредставленысериеймаломощныхпараллельныххромитовых
пластов, мощностьюотнесколькихсантиметровдонесколькихметров.
Хромитовыепластыимеютдлинудонесколькихдесятковкилометров. Ру-
дымассивные, густовкрапленные, среднехромистыеогнеупорные. Неруд-
ныеминералыоливин, серпентин, пироксены. Месторождения – Бушвельд
(ЮАР), ВеликаяДайка (Зимбабве).31
Позднемагматические месторождения залегают среди серпентинизированных дунитов и перидотитов и приурочены к геосинклинальным областям. Рудные тела имеют форму линз, столбов и жилообразную. Они сложены крупнозернистыми, массивными и густовкрапленными хромитами. Мощность рудных телдо 250 м, протяженность – до 1500 м, ширина до 330 м. Рудывысокохромистыеметаллургических, химическихиогнеупор-
ных. МесторождениявКазахстане (Южно-Кемпирсайское), России (Сара-
новское), Турции (Гулеман).
Экзогенные месторождения имеют не большое значение и представ-
Лены элювиальными и делювиальными россыпями и остаточными бедными
рудами. ЭлювиальныероссыпиотмечаютсянаКемпирсайскихместорожде-
ниях, делювиальные – наСарановскомиВеликойДайке. Хромитовыеруды
корвыветриванияимеютсянаместорожденияхКемпирсайских, Сукинда
(Индия), Кампу-Формозу (Бразилия)
6. Алюми́ний — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).
Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия
· Металл серебристо-белого цвета, лёгкий
· плотность — 2,7 г/см³
· температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C
· температура кипения — 2500 °C
· высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу
· Алюминий обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью
· Слабый парамагнетик.
Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью и магнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).
Природный алюминий состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа 27Al со следами 26Al, радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 тыс. лет, образующегося в атмосфере при бомбардировке ядераргона протонами космических лучей.
По распространённости в земной коре Земли занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры[4].
В природе алюминий в связи с высокой химической активностью встречается почти исключительно в виде соединений. Некоторые из них:
· Бокситы — Al2O3 · H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)
· Нефелины — KNa3[AlSiO4]4
· Алуниты — (Na,K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3
· Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)
· Корунд (сапфир, рубин, наждак) — Al2O3
· Полевые шпаты — (K,Na)2O·Al2O3·6SiO2, Ca[Al2Si2O8]
· Каолинит — Al2O3·2SiO2 · 2H2O
· Берилл (изумруд, аквамарин) — 3ВеО · Al2О3 · 6SiO2
· Хризоберилл (александрит) — BeAl2O4.
Тем не менее, в некоторых специфических восстановительных условиях возможно образование самородного алюминия[5].
В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в поверхностных водных объектах России колеблются от 0,001 до 10 мг/л, в морской воде 0,01 мг/л[6].
Применение алюминия. Алюминий – один из самых распространенных и дешевых металлов. Без него трудно представить себе современную жизнь. Недаром алюминий называют металлом 20 века. Он хорошо поддается обработке: ковке, штамповке, прокату, волочению, прессованию. Чистый алюминий – довольно мягкий металл; из него делают электрические провода, детали конструкций, фольгу для пищевых продуктов, кухонную утварь и «серебряную» краску. Этот красивый и легкий металл широко используют в строительстве и авиационной технике. Алюминий очень хорошо отражает свет. Поэтому его используют для изготовления зеркал – методом напыления металла в вакууме. В авиа- и машиностроении, при изготовлении строительных конструкций, используют значительно более твердые сплавы алюминия. В настоящее время четвертая часть всего алюминия идет на нужды строительства, столько же потребляет транспортное машиностроение, примерно 17% часть расходуется на упаковочные материалы и консервные банки, 10% – в электротехнике. Алюминий содержат также многие горючие и взрывчатые смеси. Алюмотол, литая смесь тринитротолуола с порошком алюминия, – одно из самых мощных промышленных взрывчатых веществ. Аммонал – взрывчатое вещество, состоящее из аммиачной селитры, тринитротолуола и порошка алюминия. Зажигательные составы содержат алюминий и окислитель – нитрат, перхлорат. Пиротехнические составы «Звездочки» также содержат порошкообразный алюминий. Смесь порошка алюминия с оксидами металлов (термит) применяют для получения некоторых металлов и сплавов, для сварки рельсов, в зажигательных боеприпасах. Алюминий нашел также практическое применение в качестве ракетного топлива. Для полного сжигания 1 кг алюминия требуется почти вчетверо меньше кислорода, чем для 1 кг керосина.
7. Промышленныетипыместорожденийалюминия
Основноепромышленноезначениеимеютбокcиты– этоместорожде-
ниявыветриванияиосадочные.
Месторождениявыветриванияостаточныелатеритныеиостаточ-
ныепереотложенныеместорождениябокситов.
Остаточныелатеритныеместорождениябокситовимеютбольшое
практическоезначение. Латеритыпредставляютсобойпродуктыглубокого
химическоговыветриванияалюмосиликатныхпородщелочного, основного,
среднегоикислогосостава. Образовалисьвтропическихисубтропических
условияхврезультатеинтенсивнойпромывкитеплойдождевойводой, вы-
носаизнихщелочейикремнеземаинакоплениясвободныхоксидов Al, Fe,
Ti. ВРоссиивыявленывпределахБелгородскогорайонаКМА – Висловское
идругиеместорождения; наУкраине, вИнгулецко-Днепровскомрайоне –
Высокопольскоеидр. КрупнейшееместорождениеБокевГвинеиимеетза-
пасыдляоткрытойдобычивколичестве 3 млрдт.
Остаточныепереотложенныеместорождениябокситовнаходятся
вАрканзасскомрайонеСША, вАвстралии. МесторожденияГвианскойбе-
реговойравнины (Гайана, СуринамиГвиана) расположенынапобережье
Атлантическогоокеанавполосепротяженностью 600 кмишириной 100-
150 км. ВРФтакихместорожденийнет.
Осадочныеместорождениябокситовподразделяютсяпогеотекто-
ническомупризнакунаплатформенныеигеосинклинальные.
Платформенныеосадочныеместорождениябокситовприуроченык
краевымчастям, синеклизам, впадинаммеждувыступамидревнихпород, к
эрозионно-тектоническимкотловинамидолинам, часторазвивающимсяв
зонахсочлененияплатформсоскладчатымобрамлением. Онизалегаютв
континентальныхотложенияхпреимущественноозерно-болотнойфации,
частосвязанысугленоснымиосадками, которыерасполагаютсявышебок-
ситовыхиудаленыотвыступовфундаментадалее, чембокситы. Бокситыв
формепластовзалегаютпологоиимеютпротяженностьотдесятковметров
до 5-8 км, ширину 1-2 км. Бокситырыхлыеиглиноподобные. Примерыбок-
ситоносныхрайонов: Тихвинский, Северо-Онежский, Средне-Тиманский
районы (Восточно-Европейскаяплатформа); Чадобецкий (Красноярский
край), ТабарскийиПриангарскийрайонывЮЗчастиСибирскойплатфор-
мыинаЕнисейскомКряже, атакжевТургайскомпрогибе.
Геосинклинальныеосадочныеместорождениябокситовприурочены
кокраиннымчастямскладчатыхпоясов, кзонамсочлененияпоследнихс
платформами. Онивстречаются, главнымобразом, впрогибах, тяготеющих
ккраевымчастямкрупныхантиклинориевисрединныммассивам, которые
впериодбокситообразованияпредставлялисобойостроваилизначитель-
ныепоплощадиучасткисуши. Образовалисьонивморскихмелководных
условияхзасчетразмывалатеритнойкорывыветриванияивсегдараспола-
гаютсявышеповерхностинесогласия. Частобокситызалегаютназакарсто-
ваннойповерхностирифогенныхизвестняков. Карстовыеполостиявились34
ловушками, благоприятнымидлянакоплениябокситовисохраненияихот
последующегоразмыва. Понаправлениюкцентрамдепрессийивыступам
дорудногорельефабокситывыклиниваются, постепеннопереходявпестро-
цветныеглины, илирасчленяютсянапрослои. Бокситовыепластыивме-
щающиепородыобычносмятывскладкииметаморфизованы.
Рудныетелапредставленыпластовымизалежамимощностьюот 0 до
30 м. Протяженностьизмеряетсядесяткамиисотнямикм. Внижнихчастях
залежейнаблюдаютсякрасныежелезистыерыхлыебокситы; ихперекры-
ваютяшмовидныебурые, авверхнейчастинаходятсяплотныезеленыеили
серыебокситы. Содержание Al2O3от 40 до 70%. Запасы –дес.исотнимлн.т.
ВРФ - месторожденияСеверо-Уральскогобокситоносногорайона
(СУБР). ЗарубежомместорожденияэтоготипаестьвВенгрии, Греции,
Франции, Югославии, Гаити, ДоминиканскойРеспублике, Ямайке.
Небокситовоеалюминиевоесырье
Кнебокситовомуалюминиевомусырьюотноситсяминеральноесы-
рьеразличныхгенетическихтипов:
1.Магматическогогенезиса – уртитовые, апатит-нефелиновые,
сынныритовыеруды.
2.Вулканогенныегидротермальныеалунитовыеруды.
3.Экзогенные - каолинивысококачественныеглиныкорвыветри-
вания; силлиманитовыерудывкорахвыветриваниякристаллическихслан-
цев, высокожелезистыеаллитыилатериты; давсонитсодержащие, алюмо-
фосфатныеицеолитсодержащиеосадочныепороды, анальцимовыепесча-
ники; красныеглинымировогоокеана; андалузитвроссыпях.
4.Топазовые руды в грейзенах.
5.Метаморфическиекианитовые, силлиманитовыеиандалузито-
выесланцы; вторичныекварциты – скорундом, андалузитом, муллитом
8. Медь — Свойства: атомный номер 29, атомная масса 63,546; плотность 8,96; температура плавления 1082 С, температура кипения 2567 °С. Наиболее распространенный изотоп 63Сu (69,09%).Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.
Наряду с осмием, цезием и золотом, медь - один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Медь обладает высокой тепло-[4] и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра).
В соединениях медь проявляет две степени окисления: +1 и +2. Первая из них склонна к диспропорционированию и устойчива только в нерастворимых соединениях (Cu2O, CuCl, CuI и т. п.) или комплексах (например [Cu(NH3)2]+. Её соединения бесцветны. Более устойчива степень окисления +2, которая даёт соли синего и сине-зелёного цвета. В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5.
Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит Cu2CO3(OH)2. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн[2]. Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах — медистые песчаники и сланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа — Удокан в Забайкальском крае,Джезказган в Казахстане, меденосный пояс Центральной Африки и Мансфельд в Германии. Другие самые богатые месторождения меди находятся в Чили (Эскондида и Кольяуси) и США (Моренси)[3]. Одним из крупнейших в мире также является перспективное медно-порфировое месторождение Песчанка на Чукотке.
Медь, ее соединения и сплавы находят широкое применение в различных отраслях промышленности.