Серное и борное сырьё

Размещено на http://www.allbest.ru

Реферат

Серное и борное сырьё

Самородная сера и серное сырьё

В природе встречается как связанная сера - в виде сульфатов, сульфидов, так и самородная. Она концентрируется также в нефтях, углях, природном горючем газе и некоторых минеральных водах. Самородная сера бывает кристаллической и аморфной, цвет желтый, твёрдость 1-2, температура плавления 112° С, хрупкая. Тепло- и электропроводность низкая, нерастворима в воде и кислотах, но хорошо растворима в органических жидкостях. Окисляется на воздухе, легко возгорается.

Источниками элементной серы и сернистого ангидрита служат следующие виды сырья: самородная сера, нефть и природные горючие газы, сульфидные руды различных металлов, сульфатные руды (гипсы и ангидриты), битуминозные пески и ископаемые угли.

Наибольшее количество серного сырья (70--90%) используется для получения серной кислоты. От 30 до 50 % серной кислоты расходуется на изготовление фосфорных (суперфосфаты), азотных и частично калийных удобрений. Следующие по значению области потребления серной кислоты -- производство различных химикатов (кислот, солей и др.) и очистка нефтепродуктов. Серную кислоту используют также при выработке красок и пигментов, синтетических волокон (вискоза и др.), взрывчатых веществ, мыла и моющих средств, глюкозы, пластмасс, искусственного каучука, в процессах травления стали, опреснения воды и в других отраслях промышленности.

Сера и сернистые соединения используются в целлюлозно-бумажной промышленности для получения целлюлозы, в химической -- при производстве химических волокон, красителей и других продуктов, в резиновой -- для вулканизации каучука, в фармацевтической -- для изготовления сульфопрепаратов и мазей, в пищевой и текстильной -- в качестве дезинфицирующего, консервирующего и отбеливающего агента. Элементная сера и сернистые препараты служат микроудобрениями и хорошими инсектицидами. Сера применяется в производстве спичек и пиротехнике.

Новыми областями использования серы является производство серных асфальтов, бетонов, керамики и изоляторов, пенистой серы, серных покрытий. Потребление серы, имеющей обширные сферы применения, служит показателем относительного уровня промышленного развития стран.

Промышленно-генетические типы месторождений самородной серы

Вулканогенные месторождения возникают при поствулканических процессах и подразделяются на: гидротермальные, эксгаляционные, вулканогенно-осадочные, потоки самородной серы. Месторождения таких типов встречаются совместно в современных вулканических областях, они невелики по размерам но содержат руды высокого качества. (м-я Камчатки, Курильских 0-вов, Япония, Чили, Перу, Филлипин);

Экзогенные месторождения самородной серы содержат около 90% всех разведанных запасов и дают 95% всей добываемой в мире самородной серы. Они разделяются на: а) сингенетические (осадочные биохимические) в сульфатнокарбонатных толщах бассейнов лагунно-морского типа за счет жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий (серные озёра Поволжья, мелкие залежи в Туркмении); б) эпигенетические инфильтрационно-биохимические в горных породах за счет циркуляции восходящих и нисходящих вод при участии сульфатредуцирующих бактерий (Водинское, Сырейско-Каменодольское - Россия, Гаурдак, Шорсу - Туркмения, Язовское - Украина).

В сингенетических месторождениях выпадение и накопление серы в бассейнах происходило одновременно с отложением вмещающих её толщ сульфатно-карбонатного состава при участии сульфатредуцирующих бактерий. Продукт окисления сероводорода - самородная сера накапливается в донных отложениях Тонкодисперсная сера относительно равномерно пропитывает карбонатные породы, иногда образует корки , прожилки. Не имеют промышленного значения.

Эпигенетические месторождения возникают инфильтрационным биохимическим путем в уже сформированных горных породах разного состава, но разбитых трещинами и пористых, легко проницаемых для нисходящих и восходящих вод. Потоки этих вод растворяют встречающиеся на пути их движения гипсы и ангидриты и насыщаются сульфатами, а сульфатредуцирующие бактерии, развивающиеся при наличии углеводородов, вызывают восстановление сульфат-ионов до сероводорода. При смешении с нисходящими кислородными водами происходит окисление сероводорода до серы, отлагающейся в любых трещиноватых, кавернозных и пористых породах. Выделяются следующие подтипы эпигенетических месторождений: 1) пластовые; 2) линзовидные; 3) солянокупольные.

Пластовые и пластообразные месторождения являются наиболее крупными и промышленно значимыми. Осернение приурочено к определенным пачкам и пластам карбонатных пород -- известняков, доломитов, мергелей, контактирующих или переслаивающихся с сульфатными породами -- гипсами, ангидритами. Мощность согласных пластовых и пластообразных тел сероносных пород от нескольких дециметров до первых десятков метров.

На Язовском месторождении (Прикарпатье) продуктивны известняки подстилаемые гипсами и ангидритами.. Сероносные известняки образуют сложную пологозалегающую пластообразную залежь; это высокопористые, кавернозные, трещиноватые породы. Пустоты выполнены вторичным кальцитом, самородной серой, редкими выделениями целестина и барита. Мощность залежи резко изменчива -- от 0,6 до 30 м.

Месторождение Шорсу в Узбекистане приурочено к северному крылу антиклинали, сложенному сульфатно-карбонатной толщей. Промышленное осернение локализовано в нижнепалеогеновых доломитизированных битуминозных известняках и в мергелях. Главное месторождение Шорсу состоит из двух пластообразных залежей осернённых пород мощностью от 4 до 18м. Процесс серообразования связан с локальным замещением серой гипсовых слоёв непосредственно на месте их залегания, о чём свидетельствуют отдельные безрудные гипсовые линзы внутри рудноготела.

В пластовых месторождениях высокосортные руды со средним содержанием серы 25% и более образуются при замещении чисто сульфатных пород - ангидритов и гипсов (Прикарпатье, основные залежи Гаурдака). Руды более низкого качества (12-- 14 % серы) формируются по сульфатоносным породам смешанного состава, например доломит-сульфатным (Среднее Поволжье) или мергельно-сульфатным (Щорсу). К серным рудам относятся образования, содержащие не менее 5 % серы. Выделяются известняковые, известняково-пес-чанистые, гипсовоизвестняковые и другие литологические типы руд, однако 90--95 % запасов серы сосредоточено в известняковом типе.

Линзовидные залежи аналогичны пластообразным, но отличаются меньшими размерами рудных залежей, запасы серного сырья в них незначительны.

Солянокупольный подтип месторождений - второй после стратиформного по промышленной значимости. Месторождения этого типа широко проявлены в зоне Мексиканского залива. Соляные штоки расположены на глубине от 50 до 800м, они прорывают все вмещающие осадочные породы вплоть до самых молодых. В сероносных кепроках основная масса серы приурочены к кальцитовой или к промежуточной гипсовой зонам, где она заполняет трещины и каверны в пористой вмещающей породе. Содержание серы в руде от 20 до 50%.

Месторождения самородной серы и ныне продолжают оставаться одним из ведущих источников ее получения. В зависимости от геологических условий добыча серных руд осуществляется в открытых или подземных горных выработках, а также методом подземной выплавки серы (ПВС). Сущность этого скважинного метода заключается в нагнетании в зону минерализации сильно перегретой воды, водяного пара и сжатого воздуха, расплавлении серы и откачке ее на поверхность. В США этим методом добывают приблизительно половину всей серы. В настоящее время разработаны новые геотехнологические методы добычи серы: подземное сжигание серы и подземная высокочастотная выплавка серы (ПВВС).

Другие источники серного сырья

При общем мировом уровне получения серы приблизительно в 57 млн т/год около 33% приходится на переработку нефти и природного газа, около 30 -- на разработку месторождений самородной серы, около 14 -- на улавливание из газовых выбросов коксохимического производства и цветной металлургии, около 16 -- на переработку пирита, пирротина и других сульфидов, около 6% -- на переработку ангидрита и других сульфатов. Производство серы в настоящее время определяется не только потребностями в ней, но и необходимостью очистки нефти и газа.

Нефть содержит от 1 до 5 % растворенной серы, которая извлекается при крекинге и других процессах переработки. Повышенное содержание серы отмечается в тяжелых нефтях. В составе природных горючих газов постоянно присутствует сероводород, количество которого (по объему) изменяется от долей процента до 20%, а иногда даже до 84%--месторождение Пэнтер-Ривер в Канаде. Сера, получаемая из природных газов и нефтей, называется восстановленной или регенерированной. Она характеризуется высокой чистотой (99,5--99,9 %), дисперсностью и низкой себестоимостью. Удаление серы из газа снижает выбросы серных соединений в атмосферу при его сжигании и уменьшает коррозию газопроводов.

Значительное количество сернистого ангидрида выделяется с промышленными газами металлургических заводов при плавке сульфидных руд меди, свинца, цинка, никеля и других мeтaллов. Концентрация S0₂ в этих газах составляет 0,3--1,5%, иногда достигает 30%. Извлечение сернистого ангидрида препятствует загрязнению воздуха и повышает комплексность использования сульфидных руд. Получают серу и из промышленных газов при термической переработке углей (коксовании, газификации и т. п.). В настоящее время в мире выбрасывается в атмосферу около 220 млн.т. S0_2. в год.

Мировое производство серы из всех источников держится на уровне 53,0-57,0 млн т, при этом прирост будет обеспечен главным образом за счет источников попутной серы (сероводородсодержащие газы и сернистые нефти).

Борное сырьё

В настоящее время известно около 160 минералов бора, большинство из которых являются боратами магния, кальция, натрия и калия. Известны также боросиликаты, боралюмосиликаты и др. Бор входит в состав многих минералов, однако лишь некоторые из них имеют промышленное значение.

Для эндогенных руд характерны боросиликаты кальция и безводные бораты магния и железа с содержанием В₂0₃ (%):

Котоит Mg₃(B0₃)₂ -35,5

Суаннт Mg₂B₂0₆ --46,3

Людвпгит (Mg, Fe)₂(Fe, AJ)BO_s0₂ --12--17

Датолнт CaBSi0₄(OH) --21,8

Данбурит CaB₂Si₂0₈ - 28,3

В экзогенных рудах наиболее распространены следующие минералы с содержанием В₂0₃ (%):

Борная кислота (сассолин) В(ОН)₃ --56,3

Бура (тинкал) Na₂B₄Ovl0H₂O --36,6

Улексит NaCaB_fi0₉*8HoO --43,0

Гидроборацит CaMgB₆On * 6Н₂0 --50,6

Калиборит KMg₂B_nOi9*9H₂0 --57,0

В зависимости от технологии переработки выделяются различные промышленные типы руд, в которых главными минералами являются: 1) бораты, растворимые в воде (сассолин, бура, кернит и др.), 2) бораты, разлагающиеся в кислотах или щелочах (пандермит, гидроборацит, людвигит, и др. 3) боросиликаты, разлагающиеся в кислотах (датолит и др.), 4) боросиликаты и боралюмосиликаты, не разлагающиеся в кислотах (данбурит, турмалин, аксинит и др.) Особым типом борного сырья являются боросодержащие подземные воды, рапа соляных озер, нефтяные воды, горячие источники. сера бор сырье руда

Практическое использование бора и соединений чрезвычайно разнообразно, что связано с его различными свойствами. Отличительные свойства бора и его соединений: бор способен поглощать нейтроны, соединения бора имеют высокую температуру плавления (2000^°С), высокую твердость, флюсующую способность, дезинфекционные свойства и др.

Около 55% борного сырья потребляют стекольная и керамическая промышленность для изготовления оптических стекол, теплоизолирующего стекловолокна, кислото- и огнеупорных изделий, эмалей, глазурей, фарфора и т. д. 15--30% борного сырья используется в мыловарении и производстве отбеливающих средств. В небольшом количестве борные соединения применяются в медицине как антисептики, в металлургии как присадки к стали, в резиновой, лакокрасочной, кожевенной и парфюмерной промышленности. В сельском хозяйстве (10% потребления) бор служит микроудобрением. В атомной энергетике - для защиты от нейтронного излучения.

Соединения бора широко применяются для предохранения древесины от гниения и придания ей огнестойкости, а также для антикоррозийных и жаропрочных покрытий по металлам. Соединения бора с металлами (бориды) используются при производстве особо прочных деталей газовых турбин и реактивных двигателей. Карбиды бора, характеризующиеся высокой твердостью, абразивностью и износоустойчивостью, применяются в шлифовальном деле, для изготовления ступок, всевозможных калибров, сопел пескоструйных аппаратов и др. Нитриды бора, обладающие термоизоляционными полупроводниковыми свойствами, используются в высокочастотных индукционных печах; один из них (боразон) по твердости подобен алмазу, но отличается большей термической устойчивостью. Сложные бороводороды (бораны), легко окисляющиеся с выделением большого количества энергии, используются как горючее для реактивных двигателей. Соединения бора необходимы также при производстве нейлона, органического стекла, гибких пластмасс и др.

Главнейшие генетические и геолого-промышленные типы месторождений: скарновый, вулканогенно-осадочный и галогенный.

Скарновый тип подразделяется на известково- и магнезиально-скарновые подтипы. Известково-скарновые месторождения представлены пластообразными и линзовидными, круто-, реже полого-падающими залежами известковых скарнов с датолит-данбуритовой минерализацией. Скарны развиваются при метасоматическом замещении карбонатных пород. Залежи мощностью в десятки--сотни метров, прослеживаются по простиранию на сотни--первые тысячи метров, по падению -- на сотни метров. Среднее содержание В₂0₃ в рудах составляет 6--12%. Месторождения образуются на глубинах в первые километры (гипабиссальная фация). Борная минерализация связана с щелочными магмами мантийного происхождения. Примерами таких месторождений являются Дальнегорское в Приморье, Ак-Архар на Памире, Золотой Курган на Сев. Кавказе и др.

Магнезиально-скарновые месторождения характеризуются пластообразной, линзовидной, жильной, гнездовой и сложной формами залежей людвигитовых, суанитовых, котоитовых и других руд, локализованных чаще всего среди древних мигматизированных метаморфических толщ. Мощность залежей составляет метры -- десятки метров, длина по простиранию -- десятки--сотни метров и длина по падению -- сотни метров. Среднее содержание В₂0₃ в таких рудах варьирует от 4 до 20%. Как правило, борная минерализация в этих месторождениях совмещена с железорудной. Рудообразование связывается с гранитными батолитами и процессами мигматизации. Такие месторождения известны на Скандинавском, Алданском щитах ( м-еТаежное и др.), в Кокчетавском срединном массиве, а также в Верхоянье, Джугджуре и Забайкалье (Россия), в Румынии, США, Италии, Франции и КНР.

Месторождения вулканогенно-осадочного геолого-промышленного типа образуют пластовые и линзовидные залежи горизонтального или пологого залегания, сложенные вулканогенно-соленосно-глинистым материалом, содержащим большое количество разнообразных боратов и борсодержащей высокоминерализованной рапы. Площадь таких залежей колеблется от десятых долей до первых десятков квадратных километров, а мощность -- от одного до многих десятков метров. Содержание В₂0₃ в солях составляет 20--25% и более. Все эти месторождения ассоциируют с калиево-щелочными эффузивами и андезитами. Они образуются в бессточных озерах в областях с аридным климатом. Такие месторождения заключают огромные запасы борной руды, исчисляемые десятками--сотнями миллионов тонн. К ним относятся месторождения в США, Турции (м-е Кырка и др.), Аргентине, месторождения Тибета, Памира и Закавказья.

Месторождения галогенного геолого-промышленного типа

Галогенно-осадочныеместорождения образуются в пределах крупных солеродных бассейнов в участках длительного прогибания. Они характеризуются пластовой и гнездовой формами с крутыми падениями, размерами в сотни и тысячи метров по простиранию, до 50 м по мощности; борная минерализация неравномерная с низким средним содержанием В₂0₃ в рудах (2--6%), представленная калиборитом, борацитом, ашаритом и другими минералами. Бораты ассоциируют с калийно-магниевыми солями и концентрируются на границах раздела хлоридных и сульфатных солей. Выделяют хлоридно- сульфатные месторождения бора, связанные с сильвин-карналит-сульфатными толщами (м-е Индерское) и хлоридные, связанные с бишофит- карналлит-сильвиновыми толщами(м-е Челкар). Месторождения известны также в США, Германии, Канаде. Галогенно-остаточные залежи -- пластообразные и линзовидные, субгоризонтальные, имеют относительно небольшие размеры в плане (до 0,5 км²) при мощности до 25 м; им присущи ашаритовая, гидроборацитовая, колеманитовая и улекситовая минерализация и более высокие средние содержания В₂0₃ в рудах (7--25%). Формирование галогенно-остаточных залежей связано с образованием глинисто-гипсовых шляп (кепроков) как продуктов выветривания соляных куполов.

Борное оруденение галогенного типа наиболее характерно для пермских эвапоритовых соляных толщ, сформировавшихся в крупных эпиконтинентальных морских бассейнах (например, Прикаспийская и Северогерманская впадины).

Главными странами-производителями борного сырья в мире являются Турция и США. Кроме них сырьё добывается в России, Казахстане, КНР, Перу, Чили и др.

Литература

1. Смирнов С. С. Зона окисления сульфидных месторождений. М.: АН СССР, 1955.

2. Соловов А.П. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых: Учебник для вузов. М. Недра, 1985г. 294 с.

3. Соловов А.П., Архипов А.Я, Бугров В.А. и др. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых. Москва, Недра 1990г. 335с.

4. Трофимов Н.Н., Рычков А.И. Геохимические поиски рудных месторождений. -М..ПАИМС, 1998, 164 с.

5. Харьков В.М., Истомин В.В., Бельков Ю.П. Отчет о результатах поисковой оценки рудоносности кор выветривания на перспективных участках восточной части Оренбургской области в 1985-1988 гг. 1988 г. 182 с, 94 граф. прил. Библ. 35 назв.

6. Хрусталёв Н.С., Хрусталёва И.С. Отчёт о результатах работ, выполненных Бриентской геофизической партией в 1960г. в Кваркенском районе Оренбургской области. Орск, 1961г.

7. Ченцов A.M. и др. Отчет по теме «Оценка и учет прогнозных ресурсов категорий Р3, Р2, Pi основных твердых полезных ископаемых Оренбургской области по состоянию на 01.01.1998 г. 1999 г., 385 с, 9 граф. прил.

8. Чекваидзе В.Б., Исакович И.З. Минералогические ореолы золоторудных месторождений и их поисковое значение (на примерах северо-востока России и Северного Казахстана). Руды и Металлы, 2001г. N6, с.75-83.

9. Целовальников М.Н. Отчет о результатах гравиметрических работ, проведенных в Кизильском, Брединском, В-Уральском районах Челябинской области в 196061 гг.

10. 100. Черников А. А. Полигенные минеральные ассоциации в формировании крупных и гигантских золото - серебряных, полиметаллически - серебряных и других месторождений // Крупные и уникальные месторождения редких и благородных металлов. С.-Пб.: С.-Пб. Горный институт, 1998. С. 220-230.

11. Щепотьев Ю.М., Куторгин В.И., Натоцинский В.И., Седельникова Г.В., Стефанович В.В. М.Минеральное сырьё. Золото. Геоинформмарк. 1998г. 85с.

12. Шварцев С. Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. М.: Недра, 1978.

13. Яковлев П.Д. Промышленные типы рудных месторождений. Москва. Недра. 1896г. 358с.

14. Krinsley, Doornkamp, 1973 Атлас текстур на поверхности кварцевых зерен.

15. Методические рекомендации по применению классификации запасов твёрдых полезных ископаемых к рассыпным месторождениям. М.: 2000. 66с.

Размещено на Allbest.ru