Рудные полезные ископаемые – это природные минеральные образования, содержащие металлы в концентрациях, делающих их извлечение экономически целесообразным. От добычи такого сырья зависят практически все отрасли промышленности. Поэтому вопрос разработки месторождений и открытия новых мест добычи в условиях постоянно растущего спроса стоит довольно остро.
Виды руды
Классификация данных ресурсов осуществляется по нескольким признакам. Основной принцип деления – по содержащемуся металлу. Исходя из этого, выделяют несколько основных групп руды.
Черные металлы
Сюда относят железные, марганцевые, хромовые, титаномагнетитовые руды. Эта группа является основой для производства чугуна и стали.
- Железные руды, такие как гематит и магнетит, являются наиболее распространенным источником железа.
- Марганец применяется для повышения прочности и твердости стали.
- Хром добавляют для улучшения коррозионной стойкости и жаропрочности.
- Титаномагнетитовые руды содержат как железо, так и титан, что делает их особенно ценным сырьем.
- Из чугуна и стали изготавливают конструкции зданий, мостов, автомобилей и множество других изделий.
Цветные металлы
В эту группу входят медные, свинцово-цинковые, никелевые, алюминиевые (представленные бокситами), оловянные, вольфрамовые, молибденовые руды. Данные металлы широко применяются в различных отраслях промышленности.
- Медь, обладающая высокой электропроводностью, используется в электротехнике и электронике.
- Свинец и цинк часто встречаются вместе и применяются в аккумуляторах, пигментах и сплавах.
- Никель незаменим в производстве нержавеющей стали.
- Алюминий, легкий и прочный металл, получают из бокситов и широко используют в авиастроении, строительстве и упаковке.
- Олово применяется для пайки и создания пищевой жести.
- Вольфрам и молибден характеризуются высокой температурой плавления и используются в производстве ламп накаливания и специальных сталей.
Благородные металлы
Данную категорию представляют золото, серебро, платина, металлы платиновой группы (палладий, родий, иридий, осмий, рутений). Отличаются высокой стоимостью, коррозионной стойкостью и применяются в ювелирном деле, электронике, катализе.
- Золото ценится за свою красоту, химическую инертность и используется в ювелирных изделиях и в качестве инвестиционного актива.
- Серебро выделяется прекрасной электропроводностью и применяется в фотографии, электротехнике и медицине.
- Платина и металлы платиновой группы благодаря своей высокой каталитической активности и устойчивости к коррозии используются в автомобильной и химической промышленности, а также в медицине.
Редкие и рассеянные металлы
К ним относятся литий, бериллий, цирконий, ниобий, тантал, цезий и другие рудные ископаемые. Характеризуются специфическими свойствами и используются в высокотехнологичных отраслях.
- Литий выступает базовым компонентом аккумуляторов для электромобилей и портативной электроники.
- Бериллий используется в аэрокосмической промышленности благодаря своей легкости и прочности.
- Цирконий применяется в ядерной энергетике, что обусловлено его низкой способностью поглощать нейтроны.
- Ниобий и тантал подходят для производства сплавов для высокотемпературных условий эксплуатации.
- Цезий применяется в атомной промышленности.
Радиоактивные металлы
Представители этой группы – уран и торий. Применяются в ядерной энергетике.
- Уран является основным топливом для атомных электростанций.
- Торий рассматривается как потенциальное ядерное топливо будущего. Оба металла при радиоактивном распаде выделяют большое количество энергии.
Существуют и другие принципы классификации, например, по генезису (магматические, гидротермальные, осадочные), по минеральному составу, по текстурным особенностям.
Особенности образования
К формированию месторождений рудных полезных ископаемых приводят различные геологические процессы. Магматические месторождения возникают в результате кристаллизации магмы. Гидротермальные образуются из горячих водных растворов, циркулирующих в земной коре. Осадочные формируются в результате осаждения минералов в водных бассейнах. Немалую роль в этом играют тектонические процессы, происходящие в разных точках земного шара. В результате смещения тектонических плит происходит выталкивание пород, до которых невозможно было добраться из-за технологических ограничений добывающего оборудования.
Технологии извлечения рудных ресурсов
Добыча рудных полезных ископаемых осуществляется двумя основными методами: открытым и подземным. Выбор метода определяется глубиной залегания рудного тела, его формой, размерами, горно-геологическими условиями.
Открытый способ применяется при разработке месторождений, расположенных близко к поверхности. Он характеризуется высокой производительностью и низкой себестоимостью добычи. В рамках такой добычи проводятся следующие технологические операции:
- вскрышные работы – удаление покрывающих пород, обнажение рудного тела;
- дробление и погрузка руды с использованием экскаваторов, бульдозеров, самосвалов;
- транспортировка руды на обогатительную фабрику.
К открытому способу относятся карьерный метод, создание разрезов, иногда – разработка россыпей.
Подземный способ добычи используется при разработке глубокозалегающих месторождений. Данный метод более сложный и дорогостоящий, но позволяет извлекать руду с больших глубин. Основные технологические операции подземной добычи включают следующие этапы:
- проходка горных выработок – создание сети шахт, штолен, штреков для доступа к рудному телу;
- бурение и взрывание – разрушение рудной массы;
- погрузка и транспортировка руды на поверхность;
- крепление горных выработок для безопасности работ.
Подземный способ добычи полезных ископаемых подразделяется на множество вариантов, каждый из которых имеет свои особенности:
- Этажный характеризуется обрушением руды и вмещающих пород после выемки. При этом методе создаются специальные камеры, из которых извлекается руда, а затем пустоты заполняются обрушенными породами. Так удается снизить затраты на крепление выработок.
- Этажно-камерный способ предполагает выемку породы камерами, оставляющими между ними целики для поддержания кровли. Камеры могут располагаться на разных горизонтах (этажах) месторождения. Данный метод применяется при разработке достаточно прочных руд и устойчивых вмещающих пород, позволяющих сохранять устойчивость камер.
- Метод с магазинированием руды основан на том, что добытая порода накапливается в специальных камерах (магазинах), расположенных под выработанным пространством. Из магазинов она выпускается по мере необходимости, что обеспечивает равномерную подачу сырья на переработку. Этот метод эффективен при добыче сыпучих руд.
- Добыча с закладкой выработанного пространства предполагает заполнение выработанных пустот специальным материалом. В качестве закладки используются отходы обогащения, песок, гравий или смеси этих материалов. Закладка обеспечивает устойчивость горного массива и предотвращает проседание поверхности.
Выбор конкретного варианта подземной разработки определяется свойствами руды и вмещающих пород (их прочностью, устойчивостью, трещиноватостью), глубиной залегания полезного ископаемого, экономическими факторами (стоимостью разработки, производительностью, потерями руды), а также экологическими соображениями, например, влиянием на грунтовые воды и поверхность земли.
После добычи руда, как правило, подвергается обогащению. Это комплекс процессов, направленный на повышение содержания полезного компонента в руде. Методы обогащения разнообразны и зависят от свойств сырья. На текущий момент предприятия активно применяют гравитационное обогащение, флотацию, магнитную сепарацию и химические методы. Обогащение позволяет снизить затраты на транспортировку и переработку руды, одновременно с этим повысив эффективность металлургического производства.