3.3. Неметаллические полезные ископаемые

Неметаллические полезные ископаемые удобно классифицировать по областям применения: агрохимическое и химическое сырье, материалы для строительной промышленности.

Агрохимическое и химическое сырье. Для повышения скорости роста растений необходимо, чтобы элементы в почве содержались в хорошо усваиваемой форме. Наиболее важные удобрения фосфорные, калийные и азотные. Они вносятся в почву в соотношении 1:1,5:3. Удобрения применяются в виде различного рода соединений. Мировое потребление удобрений увеличивается каждые 10 лет. Наибольший спрос на удобрения отмечается в странах, где большие площади бедных почв вовлекаются в сельскохозяйственный оборот. Запасы главных элементов удобрений велики.

Форма внесения азота – нитраты NaNO₃ или компаунды аммония, такие как (NH₄)₂SO₄ и NH₄NO₃. Большинство соединений азота получают с помощью процесса, в ходе которого атмосферный азот и водород (обычно в форме метана из природного газа или побочного продукта в коксовых печах) соединяются при высоких температурах и давлениях с образованием аммиака. Процесс требует большого количества энергии. Заводы по производству азотных удобрений являются одними из самых энерго- и капиталоемких промышленных предприятий. На азот приходится максимальная доля в мировом потреблении удобрений. Нитраты относятся к хорошо растворимым солям. Они накапливаются в почвах пустыни Атакама, где практически нет дождей. С открытием технологии получения азота из атмосферы эти месторождения утратили свое значение. 20% производства азотных удобрений приходится на США, Россию, Китай, Индию, Канаду и Германию.

Большая часть калия заключается в нерастворимых силикатных минералах. В качестве удобрений используются растворимые минералы калия. Они встречаются в месторождениях, известных как морские эвапориты. Эвапориты образуются в результате накопления солей при испарении морской воды и формируются на всех континентах. Высокие температуры (большинство эвапоритов образуются в поясе 35⁰ с.ш.-35⁰ ю.ш.) или в холодном климате суховеи обязательны для концентрации солей. Крупное месторождение – залив Кара-Богаз-Гол на восточной окраине Каспийского моря. Крупнейшее в мире месторождение – Пермский бассейн. Эвапориты являются главным источником галита (NaCl), гипса CaSO₄2H₂O и солей калия. В качестве побочных продуктов из эвапоритов получают магний. Месторождения есть в Германии, Северная Америка располагает рядом крупных месторождений.

Фосфор является жизненно важным элементом для процессов, происходящих в клетках человека. Единственным распространенным минералом фосфора является апатит Ca₅(PO₄)₃(ОН), но он слаборастворим. Апатит приходится обрабатывать разбавленными кислотами, чаще всего серной. Получающийся в результате реакций суперфосфат отличается высоким содержанием растворимого в воде компаунда Са(H₂PO₄)₂. В изверженных горных породах апатит встречается редко, например, на Кольском полуострове в сиенитах. Большая часть современной мировой добычи и почти все известные запасы связаны с морскими осадочными месторождениями апатита (82% мирового потребления).

Сера используется для производства суперфосфата и сульфата аммония (40% мировой продукции), пестицидов (20 %). Бактериальное восстановление S происходит в верхней части соляных куполов. Такие купола встречаются вдоль побережья Мексиканского залива. Аналогичные месторождения известны в Ираке, Польше и СНГ. За последние годы были открыты альтернативные источники серы. Н₂S, содержащийся в природном газе, теперь извлекается и окисляется до серы. Вторым источником являются сульфидные руды редких металлов и колчеданные месторождения из них сера извлекается как побочный продукт. Третьим источником является СаSO₄, используемый в ряде европейских стран как новый материал для производства серной кислоты.

Химическое сырье обычно не является главным компонентом. Наиболее важным ресурсом этой группы является галит. Запасы галита в России определяются как практически неисчерпаемые. Галит используется для производства хлора и содового порошка Na₂CO_3, на коммунальные нужды.

Цеолиты (в переводе с греческого кипящие камни) – водные алюмосиликаты щелочей и щелочных земель. Цеолит имеет четкую кристаллическую структуру со строгой повторяемостью элементов каркаса, пронизанного тончайшими полостями и каналами, придающими ему свойства молекулярного сита. Эти пустоты заполнены ионами щелочных или щелочноземельных металлов и молекулами воды, имеющими значительную свободу движения, что наделяет цеолит ионообменной способностью, свойствами адсорбента. Мировая добыча цеолитов в 2000 году превысила 20 млн. тонн. В России крупнейшие месторождения цеолитов известны на Дальнем Востоке и в Восточной Сибири. Цеолиты применяются для очистки промышленных стоков и ядовитых газов, загрязненных водоемов, сорбции тяжелых металлов из выхлопных газов автомобилей

Абразивные материалы важны для обработки твердых сплавов. Алмаз – самый твердый из всех природных веществ. Эта форма углерода образуется при высоких давлениях, которые достигаются на глубине 150 км и более. Кимберлиты – алмазоносные породы, являющиеся источниками алмазов. Не все кимберлиты содержат алмазы. В Африке из сотен известных кимберлитовых трубок алмазоносными являются менее 40, треть из них не рентабельна. В Якутии и в северо-западной Австралии разработка кимберлитов рентабельна. В богатейших кимберлитах содержится 0,2 г или 1 кар на каждые 3 т кимберлитов. Алмазы накапливаются в россыпях, так как являются тяжелыми и устойчивыми. 90% массы всех алмазов получены из россыпей. 20% добываемых алмазов может быть огранено, остальные 80% используются в промышленности – для резанья, штамповки, производства абразивов. Бриллианты обеспечивают 65% всей стоимости алмазного производства. В России алмазы добывают в Якутии в населенных пунктах Мирный, Айхала и Удачный.

Метрический карат, установленный 4 Генеральной конференцией по мерам и весам (Париж, 1907) и принятый в СССР с 1922 г. равен 2*10^-4 кг

Строительные материалы, самый большой по объему продукт, извлекаемый из недр Земли. Часть материалов используются без обработки. Это камень, песок, гравий. Другие материалы должны быть обработаны химически, обожжены, расплавлены или изменены другим способом. Это глина для кирпича, сырье для цемента и штукатурки, а также асбест.

Под техногенным сырьем понимают отвалы вскрышных и вмещающих пород отработанных месторождений, а также хвостохранилища горно-обогатительных фабрик. Компоненты основной добычи и попутные полезные соединения могут быть извлечены с применением новейших технологий. Ежегодно на земной поверхности накапливается техногенная масса, содержащая железа 350 млн. т, фосфора – 7,4, меди – 5,7, свинца – 2.8, бария – 2,5, урана 230 тыс.т, мышьяка – 190, ртути – 7,9 тыс.т. Утилизация отвалов вскрышных пород позволяет сокращать их площади и экономить ресурс геологического пространства, а извлечение полезных компонентов из хвостохранилищ кроме экономической выгоды способствует очищению поверхностной части. Разработка техногенных месторождений позволила бы на 15-20% расширить сырьевую базу горно-металлургической промышленности. Для производства различных строительных материалов возможна утилизация до 30% извлеченных из недр вскрышных и вмещающих пород, также отходов их обогащения. Фактическое их использование не превышает 4%.