Введение
На протяжении долгого пути своей истории человек использовал легко доступные материалы. Прошли многие века. Прежде чем он смог превратить некоторые из них в бетон, керамику и стекло, металлы и сплавы. Это привело к коренным изменениям в труде и быте человека.
В настоящее время без применения минералов невозможно развитие важнейших отраслей науки и техники.
Превращение одних веществ и материалов в другие, обладающие заданными комплексом полезных свойств, было и всегда будет главной задачей химии и химической технологии, возможности которых в этом отношении практически неисчерпаемы.
Применение железа человеком началось в 5-3 тысячелетиях до н.э., когда люди начали подбирать метеориты и делать из них орудия труда, охоты и украшения. В 1 тысячелетии до н.э. начали выплавлять железо из руд.
1.Происхождение и внутреннее строение Земли.
Земля является одной из группы планет вращающихся вокруг Солнца и одновременно вокруг собственной оси. Характерной особенностью планет Солнечной системы является их оболочечное строение. Каждая из планет состоит из концентрационных сфер отличающихся составом и состоянием вещества. Земля отличается азотом и гравитационным полем, которое способно удерживать вокруг планеты газовый слой (атмосфера).
В атмосфере выделяется несколько сфер отличающихся составом, которые расположены в следующем порядке по мере удаления от Земли: тропосфера, стратосфера, лизосфера, термосфера, мезосфера.
Преобладающие химические элементы атмосферы: N, O, Ar.
Гидросфера - это водная оболочка Земли, которая включает в себя все океаны, моря, реки, озера, болота, подземные воды. Преобладающие химические элементы: Н, О.
Биосфера- это оболочка в которой живут организмы.
Земля представляет собой эллипсоид вращения. Температура вблизи поверхности Земли от -880С до +560С.
Экваториал. радиус Земли r = 6378 км, меридиальный =6356 км. Vземли =1,093*1012 км3,
mземли=5.58*1021 т, средняя плотность=5,517 гр/см3
В Солнечной системе планеты движутся одинаковым образом в одной плоскости и в тоже время происходит их вращение аналогичным образом вокруг собственной оси. Это дает основание предполагать, что все планеты солнечной системы образовались в результате одного и того же геологического процесса.
Около 4,5 млрд. лет назад в космическом пространстве в результате ранее протекавших процессов нуклеосинтеза существует весь набор химических элементов составляющих нашу солнечную систему. Химические элементы находящиеся в космическом пространстве в виде межзвездного газа, постепенно концентрируется в протосолнечное облако. При медленном сжатии этого облака начинало образовываться солнце. Вращающееся облако принимало дискообразную форму. Эта стадия являлась началом формирования протосолнечной туманности. Температура туманности падала и газ конденсировался в частицы размером в несколько мм. В следствие механической неустойчивости облако разделилось на группы тел - микропланеты. Они сталкиваясь друг с другом сливались разрастаясь, в конце концов до размера настоящей планеты.
По первой из точек зрения, первоначально планета земля была холодной, однако ее поверхность непрерывно подвергалась бомбардировке падающими метеоритами и астероидами. В местах падений поверхность плавилась и бурлила. В то время поверхность Земли была похожа на лунный ландшафт. В следствие начавшегося распада радиоактивных элементов в недрах Земли, началось плавление вещества, слагающего Землю, ее перемещение и дифференциация то есть начался процесс формирования внутренней биосферы Земли.
Главнейшими методами исследования внутренних частей Земли, являются геофизические(сейсмические) методы, основанные на изучении упругих сейсмических волн создающих продольные и поперечные колебания. Продольные волны распространяются как в жидком так и в твердом веществе, поперечные -только в твердом. Следовательно если вещество не пропускает поперечные систематические волны, то оно находится в жидком агрегатном состоянии. Так же скорость сейсмических волн увеличивается с увеличением плотности вещества. При резком изменение плотности скорость волн скачкообразно меняется.
Ядро Земли является центральной частью планеты, его радиус=3400км. Ядро занимает 16% объемы Земли и содержит более 1/3 массы Земли. Различают внешнее ядро слой ДЕ, которое находится в жидком агрегатном состоянии, а также внутреннее субъядро находящееся в твердом агрегатном состоянии.
Мантия Земли самая мощная из геосфер Земли, занимает 82% объема Земли. В ней сосредоточено 68% массы Земли. На глубине 100-200км в мантии находится пластичный слой атмосферы. Мощность этого слоя различна, но может достигать толщины 200-300км. В сейсмически неустойчивых районах астеносферы. Располагается очень близко к литосфере, а под устойчивыми материалами атмосферы опускается глубже.
Астеносфера играет огромную роль в развитии процесса, в результате термодинамически огромные массы расплавленного вещества, находящихся в астеносфере, поднимаются к поверхности Земли, вызывая движение блоков земной коры.
Земная кора (литосфера).
Твердая оболочка Земли сложена в основном твердыми породами невысокой плотности, которые богаты такими химическими элементами как Si и Ae. В связи с этим земная кора часто носит название сиалической оболочки (сиаль). Средняя толщина земной коры составляет 35км, в горных районах-70км, под океанами и морями 5-12км.
От мантии Земли земная кора отделена четкой границей, которая носит название поверхность Мохо. Различают континентальную кору (суша), океаническую кору (кора, находящаяся на дне океана), кора переходной области (океанический шельф).
Континентальная кора состоит из базальтового, осадочного и гранитного слоев.
Океаническая кора состоит только из базальтового и осадочного слоев.
Континентальная состоит из щитов, платформ и геосинклинальных поясов. Щиты и платформы являются очень устойчивыми жесткими структурами, не способные к деформации (например: Канадский и Финоисландский щиты, Русская-Украинская платформа).
Щиты и платформы обрамлены геосинклинальными поясами (складчатые пояса) в пределах которых происходит горообразующий процесс. В этих местах происходят частые землетрясения, и наблюдается вулканическая деятельность.
Океаническая кора.
Средняя длина океанов ниже уровня моря составляет 4,8км. Океаническое дно в целом представляет собой однообразную равнину над которой поднимаются горные цепи создающие мировую систему океанических хребтов. Их ширина достигает 1000км. В среднем над дном океана хребты поднимаются на 3-4км.
Острова Тихого и Атлантического океанов являются вершинами этих хребтов. наибольшие глубины встречаются в океанических желобах. Самое глубокое составляет 11000км.
2. Общие сведения о минералах и горных породах.
Минералы и горные породы на протяжении многих тысячелетий привлекали внимание человека. С помощью камня он охотился ,добывал огонь и пищу, строил свои жилища, защищался от врагов.
Минералы и горные породы не только сами широко применяются в науке и технике, но и служат сырьем для получения различных материалов. Открытие новых свойств минералов, внедрение материалов на их основе в ведущие области науки и техники служит ускорению научно-технического прогресса- узловой проблемы развития экономики на современном этапе.
Термин «минерал» происходит от слова «минера»-кусок руды. Минералы представляют собой природные химические соединения, возникающие в результате разнообразных геологических процессов, совершающих в земной коре. Они встречаются в твердом, жидком и газообразном состоянии.
Минеральное сырье (полезное ископаемое) — природное или техногенное минеральное образование, которое в сыром или переработанном виде может быть использовано в практической деятельности человека.
Виды минерального сырья выделяются по различным позициям. Выделяют следующие полезные ископаемые: металлические и неметаллические; твердые, жидкие и газообразные; породы, минералы и элементы; общераспространенные и необщераспространенные; находящиеся в ведении федеральных и местных органов управления; стратегические и прочие. Выделяют от 160 до 400 разновидностей минерального сырья. Распространена классификация минсырья по группам, используемым в разных отраслях производства, которая включает металлы, горнохимическое, горноиндустриальное, строительное и энергетическое сырье (табл. 1).
Таблица 1
Классификация видов минерального сырья
по их использованию. (По И. Ф. Романовичу, 1990,
Л. Ф. Наркелюну, 1996 с добавлениями).
| Группа минерального сырья | Отрасль промышлен-ного использования | Классы и виды минерального сырья |
| 1 | 2 | 3 |
| Металлическое | Металлургия | Металлы: черные и легирующие (Fe, Сг, Мп, Ti, V, Со, Ni, W, Mo); цветные (А1 — бокситы, Mg, Си, Мо, РЬ, Z», Sn, Bi, Sb, Jig, As); благородные (Аи, Ag, Pt и платиноиды); редкие (Li, Be, Sr, Rb, Cs, Zr, Та, Nb, Y, редкие земли, рассеянные (Hf, Re, Se, Те, Sc, Tl, Cd, Ga, In, Ge); радиоактивные (U, Th, Ra). |
| Горнохими-ческос | Химическая | Сера, серный колчедан, гипс и ангидрит, каменные соли (галит, сильвинит, карналлит, селитра, сода, трона, бишофнт и др.), рассолы и рапа, фосфорит и апатит, бораты и боросиликаты, цеолиты, барит, каменные киелотоупоры идр. |
| Горноииду-стриалыгас | Машиностроение,электротехника, камне-обработка, ювелирное дело и др. | Абразивы (технические алмазы, корунд, топаз, фанат, кварц); пьезооптиче-скос сырье (пьезокварц, оптические кварц и флюорит, исландский шпат); тепло- и электроизоляционные материалы (асбест, мусковит, флогопит, тальк); сорбенты и отбеливатели (опоки, цеолиты, шуигнт, мел, каолин, тальк,); смазочные материалы (графит, молибденит, битумы и битумоиды); драгоценные и полудрагоценные камни первого класса (ювелирный алмаз, изумруд, рубин, сапфир, алексаидирт), второго класса (топаз, аквамарин, рубеллит и др.), третьего класса (благородные гранаты, кианиты, эпидоты и турмалины, аметист, жемчуг, коралл, янтаре и др.), поделочные камни (нефрит, родонит, лазурит, малахит, чароит, агальматолит, обсидиан, офиокальцнт, офит, амазо-нит, лабрадорит, мрамор, яшма, агат и др.); сырье для каменного литья (дна-базы, базальты и др.). |
| Металлургия | Флюсы (известняки, доломиты, плавиковый шпат), огнеупоры (магнезнты, доломиты, огнеупорные глины, кварциты, графит, пирофиллит, формовочные пески), высокоглипоземистое сырье (нефелиновые сиениты, алуниты, силлиманит, кианит, андалузит, диаспор, дюмортьерит) | |
| Строительное | Строитель-пая и керамическая | Строительный камень (горные породы, дресва по ним, бутовый камень, галька, гравий, щебень), кровельные сланцы; цементное сырье (известняки, доломиты, мергели, глины); наполнители бетона (шебень, гравий, песок, вермикулит); вяжущие материалы (мергели, известняки, глины, гипс, ангидрит); гидравлические добавки (трассы, пемза, диатомиты, трепелы, опоки, перлит и лр.); етеколыю-керамнческос сырье (стекольные пески, полевой шпат, пегматиты, разности гранитов, каолин, волластоннт, легкоплавкие, тугоплавкие,, огнеупорные, керамзитовые, бентонитовые и кирпичные глины); облицовочные камни (мраморы, граниты, лабрадориты, габбро, ламирофиры и др.); ми-т-ральиые краски (вивианиты, глауконитовые глины, охра, умбра и пр.). |
| Каустобполиты | Энергетика и хнмиче- | Торф, лнгниты, бурый и каменный уголь, горючие сланцы, битумы. |
| Гаэогидро-ишкральное | Энергстнкаи химическая | Нефть, метан и углеводородные газы; подземные воды (питьевые, технические, минеральные и бальнеологические, бор-, йод-, бром- и металлсодержащие рассолы); поверхностные воды (озерные и морские рассолы, морские воды (источник магния и сульфатов натрия); минеральные грязи и иды (тор-фогрязи, сапропель, нафталиновые и др.): негорючие инертные гачы (Не, Аг, Кг, Nc): сероводород. |
В силу прогресса в технологии постоянно изменяются требования к минеральному сырью, появляются новые виды минерального сырья. Это требует выделения нетрадиционных видов сырья, к таким в настоящее время можно отнести глауконит как калийное удобрение, гуминовые кислоты, получаемые из бурого угля и ряд других.