«Принцы» и «нищие» в царстве минералов

Введение

Минералы — интереснейшие изделия природы. Они составляют основу всего неорганического мира и — служат сырьем для производства металлов и почти всех материалов, из которых люди сооружают необходимые им предметы: от домов до космических кораблей. Уголь, имеющий органическое происхождение и являющийся основой энергетики и органического синтеза, называют минеральным топливом и часто тоже относят к минералам.

Когда Вы, читатель, смотрите на созданные природой кристаллы, замысловатые рисунки на отшлифованной поверхности камней, разве Вы не восхищаетесь их сказочной красотой? По своей красоте минералы могут соперничать с самыми замечательными творениями человеческого гения. Так ведь и настоящие цветы красивее самых лучших искусственных.

Благодаря значимости, широкой распространенности, красоте все минералы в совокупности называют царством. Слово это придумано не для красоты слога. Понятие «царство минералов» вошло в книгу Агриколы «De re metallica», изданную еще в 1556 г. Этот термин принят и в современной классификации минералов[1], по которой они делятся на два подцарства: элементарных веществ и соединений.

О минералах написано множество замечательных книг. Огромной любовью читателей пользуются «Воспоминания о камне» и «Занимательная минералогия» академика А. Е. Ферсмана, изданные почти полвека назад. Есть книги о драгоценных и полудрагоценных минералах, об их красоте и способах обработки. Есть книги о ценных свойствах минералов, в том числе медицинских, о методах поиска и разведки различных полезных ископаемых, об извлечении металлов и других химических элементов, о производстве различной продукции из минералов. Книги об истории открытия минералов и их месторождений составляют особую, занимательнейшую литературу.

Но одной области минераловедения повезло меньше, чем другим, хотя сегодня она является одной из важнейших как в научном, так и в практическом отношении. Вы не найдете в популярной литературе книг об извлечении минералов из их смесей — руд, о способах их разделения, т. е. об обогащении полезных ископаемых. Вслед за французами, обозначившими эту область деятельности mineralurgical, автор назвал ее минералургией[2].

Изучением свойств минералов в связи с использованием их минералургией занимается новая ветвь минералогии — технологическая минералогия. Это основа одной из самых крупномасштабных отраслей промышленного производства — обогащения полезных ископаемых. Обогатительные фабрики в настоящее время перерабатывают за год несколько десятков миллиардов тонн полезных ископаемых: руд цветных и черных металлов, минеральных удобрений и угля.

Обогащение полезных ископаемых относится к древнейшим человеческим промыслам. Погоня за золотом, особенно в средние века, привела к изобретению огромного количества самых разнообразных и замысловатых гравитационных аппаратов для извлечения золота из природных смесей. В конце прошлого и начале нынешнего века необходимость извлечения сульфидных минералов меди, свинца, цинка, молибдена и других цветных металлов породила новый универсальный обогатительный процесс — флотацию, основанную на поверхностно-активных свойствах минералов и растворов органических соединений, т. е. способности поверхности минералов смачиваться водой и прилипать к пузырькам воздуха. Для переработки руд железа стали применять магнитные сепараторы.

Сегодня в обогащении полезных ископаемых используются все известные виды излучений: радиоактивные, люминесцентные, лазерные и др.; учитываются химические, механические, поверхностные, магнитные, электрические и другие свойства минералов. Все это позволяет выделить практически любой минерал из любой смеси: в отдельные продукты выделяются уголь или магнетит, составляющие более половины перерабатываемой горной массы, а также алмазы или золото, содержание которых в руде менее грамма на тонну.

Технология разделения минералов, разумеется, учитывает их относительную ценность, которая определяется двумя факторами: свойствами минерала или входящих в него элементов и концентрацией в руде. По мере развития техники возникает потребность в самых неожиданных минералогических формах: есть минералы — полупроводники, минералы с уникальными оптическими свойствами, радиоактивные, поглощающие радиоактивность, природные сорбенты, легирующие и т. д.

Люди все полнее используют многообразные свойства минералов, открывая их новые полезные качества. Еще в 1763 г. М. В. Ломоносов писал: «Ныне уже, любители рудных дел, одарены вы отменным зрением, коим не токмо по земной поверхности, но и в недра ее глубоко проникнуть можете… Пойдем ныне по своему Отечеству, станем осматривать положение мест и разделим к произведению руд способных от неспособных… Дорога будет не скучна, в которой хотя и не везде сокровища нас встречать станут, однако везде увидим минералы, в обществе потребные, которых промыслы могут принести не последнюю прибыль…»

Все чаще находят применение минералы «пустой породы», составляющие отходы обогащения руд и углей. Бывает и так, что «принц» и «нищий» меняются местами. Тогда возникает необходимость в создании новых процессов и аппаратов для выделения минералов, прежде бесполезных. Последовательное выделение всех ценных минералов позволяет создать безотходную технологию, комплексно использовать минеральное сырье.

Процессы разделения минералов и выделения их из смесей приобретают все большее значение по мере роста масштабов добычи и потребления минерального сырья. Запасы полезных ископаемых в земной коре, к сожалению, не безграничны и не воспроизводимы. В сферу промышленного освоения входят все более бедные и труднообогатимые руды, все более тонкие и высокопроизводительные процессы и аппараты требуются для их переработки. От чисто механических, гравитационных процессов обогатители перешли к более сложным — физическим, физико-химическим, химическим. Сейчас происходит освоение новых электронных и биохимических процессов переработки руд.

Если раньше учитывались только такие простые свойства минералов, как внешний вид и плотность, то теперь начаты исследования физико-химических, полупроводниковых и кристаллохимических свойств, взаимодействия с электромагнитными излучениями различных диапазонов. Разрабатываются новые современные методы инструментального анализа: рентгеноструктурные, лазерные, кристаллооптические, люминесцентные и т. п. Возникают задачи техногенного изменения свойств минерала, перевода его в другую модификацию в интересах технологического извлечения. Для этого руду подвергают воздействию бактерий, термообработке, электрообработке и т. д. Минералогия и минералургия все ближе смыкаются друг с другом.