Бор, его природные соединения, применение в промышленности. Основные типы месторождений борного сырья

Природные соединения бора:

Группа	Минерал
Натровые бораты	Борная кислота, бура, тинкаконит, кернит
Натрово-кальциевые бораты	Улексит, проберит
Кальциевые бораты	Иньоит, колеманит, пандермит
Кальциево-(калиево)-магниевые бораты	Курчатовит, схаит, калиборит, гидроборацит
Магниевые бораты	Борацит, ашарит, котоит, суанит, людвигит
Боросиликаты	Датолит, данбурит
Боралюмосиликаты	Аксинит, турмалин

Применение в промышленности:

Около 55% борного сырья потребляют стекольная и керамическая промышленности для изготовления оптических стекол, теплоизолирующего стекловолокна, кислото- и огнеупорных изделий, эмалей, глазурей, фарфора и т.д. 15-30% борного сырья используется в мыловарении и в 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 (около 10% потребления) бор служит микроудобрением. 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 т.п. Нитриды бора, обладающие термоизоляционными и 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, интересны как горючее для реактивных двигателей.

Основные типы месторождений борного сырья:

1. Скарновый тип подразделяется на известково- и магнезиально-скарновые подтипы. Известково-скарновые месторождения представлены пластообразными и линзовидными, круто-, реже пологопадающими залежами известковых скарнов с датолит-данбуритовой минерализацией. Залежи имеют мощности в десятки-сотни метров, прослеживаются по простиранию на сотни-первые тысячи метров. Среднее содержание В₂О₃ в рудах составляет 6-12%. Месторождения образуются на глубинах в первые км (гипабиссальная фация). Борная минерализация связана со щелочными магмами мантийного происхождения. Дальнегорское в Приморье и Золотой Курган в Ставрополье.

Магнезиально-скарновые месторождения характеризуются пластообразной, линзовидной, жильной, гнездовой и сложной формами залежей людвигитовых, суанитовых, ссайбелиитовых, котоитовых, курчатовит-сахаитовых и других руд, локализованных чаще всего среди древних мигматизированных метаморфических толщ. Мощность залежей составляет метры - десятки метров, длина по простиранию - десятки-сотни метров. Среднее содержание В₂О₃ в таких рудах варьирует от 3 до 20%. Как правило, борная минерализация на этих месторождениях совмещена с железорудной. Рудообразование связывается с гранитными батолитами и процессами мигматизации, происходившими в абиссальных и гипабиссальных условиях. Таежное,на Кокчетавском срединном массиве, а также в Верхоянье, Джугджуре и Забайкалье, в Румынии, США, Италии и Франции.

2. Месторождения вулканогенно-осадочного типа образуют пластовые и линзовидные залежи горизонтального или пологого залегания, сложенные вулканогенно-соленосно-глинистым материалом, содержащим большое количество разнообразных боратов и межкристалльной борсодержащей высокоминерализованной рапы. Площадь таких залежей колеблется от десятых долей до первых десятков км², а мощность - от одного до многих десятков метров. В вулканогенно-соленосно-боратовых рудах преобладают бура и кернит, а в вулканогенно-глинисто-боратовых - появляются также иньоит, колеманит и улексит. Содержание В₂О₃ в солях составляет 20-25% и даже более, в рапе - 1-1,5%. Все эти месторождения ассоциируют с контрастными по составу вулканитами калиево-щелочной и андезитовой серий. Они образуются в связи с кайнозойской наземной вулканической и поствулканической деятельностью в условиях аридного климата в обстановке бессточных озер. Вулканогенно-соленосные месторождения связаны с четвертичными континентальными эвапоритами, а вулканогенно-глинистые - с олигоцен-неогеновыми озерными туфогенными глинами. Такие месторождения заключают огромные запасы борной руды, исчисляемые десятками-сотнями млн т; оз. Серлз, Крамер в США, Бигадичв Турции, Салар-де-Сурире в Чили, месторождения Закавказья.

3. Среди месторождений галогенного типа различают галогенно-осадочные и галогенно-остаточные залежи. Первые характеризуются пластовой и гнездовой формой с крутыми падениями, размерами в сотни до тысячи метров по простиранию и падению, до 50 метров по мощности; боратовая минерализация неравномерная с низким средним содержанием В₂О₃ в рудах (2-6%), представленная калиборитом, преображенскитом, борацитом, ашаритом и др. Галогенно-остаточные залежи - пластообразные и линзовидные, субгоризонтальные, имеют относительно небольшие размеры в плане (до 0,5 км) при мощности до 25 м; им присущи ашаритовая, гидроборацитовая, колеманитовая и улекситовая минерализация и более высокие средние содержания В₂О₃ (7-25%).Борное оруденение галогенного типа наиболее характерно для пермских эвапоритовых соляных толщ, сформировавшихся в крупных эпиконтинентальных морских бассейнах (Прикаспийская и Северогерманская впадины). Формирование галогенно-остаточных залежей связано с образованием глинисто-гипсовых шляп (кепроков) - как продуктов выветривания соляных куполов.

81. Сера, её свойства и применение. Промышленные источники получения. Основные типы месторождений серы.

В природных условиях наиболее распространена одна из шести модификаций самородной серы - α-сера, кристаллизующаяся в ромбической сингонии и устойчивая до 95,6⁰C. α-сера встречается в виде кристаллически-зернистых агрегатов, скрытокристаллических и зернистых масс. Легко диагностируется по своему желтому цвету различных оттенков. Нередко сера загрязнена глинистыми и органическими веществами, гипсом, жидкими углеводородами; она может содержать изоморфные примеси мышьяка, селена, теллура, таллия.

Применение. Большая часть серы (около 80%) в промышленности идет на производство серной кислоты, используемой в основном для получения фосфорных удобрений. В химической промышленности серная кислота необходима для получения других кислот (фосфорной, соляной и др.), красителей, технических солей, пластмасс. В нефтяной промышленности ее используют для очистки нефтепродуктов, а в металлургии - для травления металлов. В большом количестве серная кислота расходуется при переработке урановых руд и получении урана.

В элементарном виде сера используется резиновой, бумажной и текстильной промышленностью для получения каучука, бумаги и искусственного шелка. Она необходима в спичечном производстве и получении взрывчатых веществ, в пищевой промышленности для осветления пищевых продуктов, при консервировании фруктов и в холодильном деле, в медицине, в сельском хозяйстве - для борьбы с вредителями растений и как удобрение. Сера нужна для получения специальных цементов, в производстве стекла, для обработки древесины и целлюлозы. Важной областью применения элементарной серы может стать производство серных асфальтов и бетонов.

Промышленные источники получения:

- Доля серы, полученной из нефти, природного и промышленных газов, составляющая в настоящее время около половины, имеет тенденцию к неуклонному возрастанию в связи с ужесточением требований по ограничению выброса сернистых газов в атмосферу. При очистке нефти содержащаяся в ней сера переводится в паровую фазу H₂S. В природном газе большая часть серы уже находится в этой форме. Дальнейшая экстракция серы осуществляется методом Клауса.

- Сульфиды железа при нагревании разлагаются с выделением сернистого газа SO₂, который улавливается и переводится в серную кислоту. Из образовавшихся железных шлаков извлекают цветные и благородные металлы.

- Переработка ангидрита обычно осуществляется по методу Мюллера-Кюне: смесь ангидрита, глины, песка и кокса нагревается до температуры 1200-1400⁰С. Ангидрит переходит в известь СаО,выделяющиеся при этом газы содержат до 10% сернистого ангидрида SO₂, переводимого в серную кислоту.

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 подземного расплавления (метод Фраша). 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. Такая система разработки возможна при наличии пористых серосодержащих пород, ограниченных водонепроницаемыми литологическими горизонтами, хорошей системой водоснабжения и электроэнергии.

Основные типы месторождений серы:

1. Импрегнационно-метасоматический тип в общей группе вулканогенных месторождений самородной серы, включающей также подчиненные сублимационные (сольфатарные) и кратерно-озерные образования, является главенствующим. К нему принадлежат месторождения Новое, Заозерное, на Курильских островах, Мацуо, Адзуми в Японии, CШA, Чилийских и Перуанских Анд, Эквадора, Колумбии, Мексики. Все они образовались в посткальдерную стадию развития вулканов при гидротермальной переработке андезитовых толщ горячими сернокислыми водами и газовыми эксгаляциями. Рудные тела, сложенные сернистыми кварцитами, опалитами, алунитами, имеют пластообразную, линзообразную и штокверкообразную формы; их мощность колеблется от первых до многих десятков метров, а протяженность достигает сотен метров. Содержание серы в рудах может достигать 40%.

2. Стратиформный тип является господствующим в мире. Месторождения этого типа неразрывно связаны с эвапоритовыми сульфатно-карбонатными слоистыми толщами пород (галогенными формациями). В настоящее время известно шесть таких помышленно-сероносных формаций: верхнеказанская (месторождения Среднего Поволжья - Водинское и др.), очоанская (месторождения Делаварского бассейна - Дувал, CШA), верхнеюрская (Гаурдак в Туркмении), тортонская (месторождения Предкарпатского бассейна - Тарнобжег, Гржибов и др.), мессинская (Сицилия), нижнефарская (Мишрак в Ираке). Образование этих месторождений связывается с биохимическими процессами в осадках лагунного типа при отложении гипса, ангидрита, галита, мергеля и известняка. Сера сформировалась путем восстановления сульфата при участии анаэробных бактерий (Desulfobrio), активизировавшихся при наличии УВ; этот микробиологический процесс приводил к образованию сероводорода, который затем окислялся в приповерхностных условиях с выделением самородной серы, осаждавшейся на дно в виде тонких слойков и рассеянной вкрапленности. Рудные тела имеют форму пластов и пластообразных залежей, а также стратифицированных линз и гнезд. Их мощность достигает десятков метров, а протяженность - сотен метров. 2 подтипа: залежи в сплошных толщах сульфатных пород и залежи в толщах переслаивания сульфатных и карбонатных пород. Для первого подтипа характерны известняковые руды с высоким содержанием серы (около 25%), для второго - кальцит-доломитовые руды с содержанием серы около 12-14%.

3. Солянокупольный тип месторождений - второй после стратиформного по промышленной значимости. Месторождения этого типа широко проявлены в зоне Мексиканского залива. Серные залежи приурочены к кепрокам соляных куполов, обнаруживая при этом тесную связь с УВ. Их образование также связывают с деятельностью сульфатредуцирующих бактерий, разлагавших ангидрит с выделением сероводорода и отложением ячеистого кальцита. Окисление сероводорода приводило к появлению самородной серы. Соляные купола без признаков углеводородов не содержат серной минерализации.