|
Реферат: Железная руда (Геология)
Железо с небес.
Золото, медь и лунное – белое серебро сами блеснули человеку из недр
Земли. Железо тысячелетиями было знакомо людям лишь в небесном обличье.
Темные, ноздреватые куски камня, похожие на металл, падая прямо с неба,
не плавились земным огнем. Красные полосы небесного огня, рассекающие
небосклон, низводили их на землю. “Би-ни-пет” –“небесный” - одно из
первых имен железа. Так называется этот металл на языке коптов –
народа жившего в Египте.
“Зидерос’’ – ‘’звездный’’ – назвали его древние греки.
’’Небесной медью’’ считали железо шумеры.’’
Яркат’’ – капнувший с неба – еще одно ныне забытое имя этого металла,
данное ему в древности армянскими металлургами.
Идея небесного железа очень долго владела умами. Вспомним, что среди
богов Олимпа особым уважением пользовался хромой кузнец Гефест, падая
на остров Лемнос, сломал ногу. Вслед за ним упала с неба и его чудесная
наковальня. Та самая на, которой бог – кузнец ковал божественные
доспехи, оружие и украшение богам и героям Эллады. Гефест обучил
кузнечному ремеслу всех жителей Лемнуса, и они стали наилучшими в
Греции кузнецами…
Этот вечный сюжет – “небесные” кузнечные инструменты, боги –
кузнецы – появляется в мифах и легендах многих народов. В старинной
Ипатьевской летописи, отразившей языческие верования древних славян,
рассказывается, что в царствоние бога Сварога “упали с небес клещи,
начали ковать оружие, а до того билися камнем и палицами “. Сохранились
“божественные “ кузнецы и в христианских легендах славян. Это Косьма и
Демиан, а то и единственно славный богатырь Косьмодемьян. Сильным и
храбрым был Косьмодемьян: сам выковал волшебные клещи, сам схватил ими
страшного врага змея прямо за язык, не разжимая клещей, подтащил его
Косьмодемьян к железному плугу, запряг чудовище и вспахал землю! У
великого народа – хлебопашца пахарем становился и “небесный кузнец “.
В древнем мире этот редкостный небесный металл ценился очень
высоко, и самое почетное по возрасту изделие – это не оружие, не орудие
труда, а … бусы из прокованных пластинок метеоритного железа. Этим
бусам не меньше 6 тыс. лет. Их нашли в Египте, в поселениях раннего
медного века. А носили эти бусы в те времена, когда в Египте еще не
было фараонов, - в IV – III тысячелетиях до н.э., но и в эпоху великих
династий, во временах самых прославленных фараонов Древнего Египта,
железо оставалось драгоценным металлом. Сохранился папирус одного из
фараонов с просьбой, обращенной к правителю хеттов – народа жившего в
Малой Азии – поменять золото, которого в Египте “столько, сколько песка
в пустыне”, на железо.
Хетты первыми открыли секрет получения железа. Отсюда железо
поступало в другие страны. Вот перед нами письмо на глиняной табличке,
написанной больше 3 тыс. лет назад. Написал его хеттский царь Рамзесу
II. В письме он сообщает, что выслал целый корабль, груженный “чистым
железом” и еще подарок – железный меч. Железо из метала драгоценных
изделий превратился в металл войны. На стене усыпальницы Рамзеса III
можно увидеть целую батальную сцену. Воины сражаются копьями и мечами.
Но у одних оружие выкрашено оранжевой краской, а у других –
голубой. Это “небесный металл” – железо, новое достижение военной
техники того времени. Именно в царствование Рамзеса II в Египте
осваивалась выплавка железа.
Ученые предполагают, что именно страны Малой Азии, где проживали
племена хеттов и халибдов, были местом возникновения черной
металлургии. Хетты записывали все самое важное на глиняных табличках.
Сохранились хеттские таблички четырех тысячелетней давности с
географическими описаниями мест добычи разных металлов и их руд. О
железе и там сказано, что происходит оно … с неба.
Из стран Малой Азии “тайны” изготовления железа распространились
в Египет, Ассирию и Палестину. В Европу железо пришло из Малой Азии .
Многократно упоминается железо в гомеровском Эпосе. Например ,
в “Илиаде” написано , что на похоронах Патрокла, его друг Ахилл устроил
состязания у погребального костра в память героя . Среди призов
упомянуты кусок золота и кусок железа , которого земледельцу должно
хватить на пять лет .
Историки считают, что лишь к VII веку до н.э. железо широко
распространилось по всей Европе, вытесняя бронзу. А примерно с 1000
года н.э. в Европе начался железный век .
Железа на нашей планете очень много. Но как же тогда случилось,
что так долго длился каменный век? И сменился он не железным, а медным,
а потом бронзовым. Почему? Оказывается, угадать железо в его
минералах вовсе не просто. Ну, конечно в самородном железе, как и в
самородном золоте или самородной меди, обличье металла налицо.
Самородное железо на свежем изломе блестит, как серебро или платина,
ему присущи серебристо - серый цвет, ковкость. Высокая плотность –
тяжесть ощущается даже в самых маленьких его осколках: масса
самородного железа подчеркивает его принадлежность к классу самородных
металлов в отличие от самородков благородных металлов легко окисляются
с поверхности и всегда одеты в черно–бурую рубашку. Их истинный цвет
можно увидеть лишь на изломе. Отличается железо и сильными магнитными
свойствами: стрелочка компаса сразу “оживает” в его присутствии. Однако
самородного железа на Земле очень мало; почти всегда это не руда, а и
вправду “драгоценный” по редкости минерал. И действительно правы были
наши далекие предки , назвав его небесным и звездным : среди находок
самородного железа преобладают метеориты .
Преобладают? Есть, но встречается еще реже, чем уникальные гости
из космоса. Там, где на поверхность изливаются наиболее тяжелые,
подкорковые слои земного вещества, образуются базальты, тонкозернистые
породы, сложенные главным образом силикатами железа и магния. В
промежутках между кристалликами этих минералов и встречаются мелкие
зернышки самородного железа. В отличие от метеоритного его называют
теллурическим . А минерал земного самородного железа назван аваруит .
Чаще всего его зернышки не имеют правильной формы , это вкрапления
округлых капель . Иногда в пустотах пород различимы мелкие кристаллики
или “проволочки” – бисероподобные образования железа. Лишь вблизи
города Кассель в Германии и в местечке Уифак на острове у западного
берега Гренландии встречены значительные скопления самородного железа.
В месторождении Гренландии масса железа достигает нескольких тонн . Это
единственное в мире месторождение самородного железа . Базальт здесь
извергался на поверхность через залежи каменного угля .
Когда вы держите в руках осколочек метеорита, даже такого который
считается сплошь железным, фактически вы видите в нем смесь двух
минералов: менее никелистый - камастит, образовал сросток пластиночек,
а более никелистый - тэкит, заполнил все “окошечки” между пластинками
камастита.
Прошлифовав любую поверхность метеорита и протравив ее кислотой,
вы обязательно увидите красивый геометрический орнамент из
косопересекающихся полосок – камастита на фоне более светлого тэнита.
Впервые эти узоры увидел и изучил ученый Акоис Видманштетт ,так они и
называются “видманштеттовы фигуры” . Случилось это после того, как 22
мая 1808 года вблизи местечка Штаннрн упал железный метеорит .
А ведь еще в просвещенном XVIII веке ученые мужи настолько
утратили веру в возможность падения метеоритов, что даже убрали их из
музеев, дабы не срамиться перед публикой. Какая же убежденность
понадобилась замечательному путешественнику и ученому–натуралисту П.С.
Палласу и ученому – химику Э. Хладни, чтобы осмелиться возвестить о
космическом происхождении огромного 600 – килограммового метеорита.
Этот огромный метеорит был найден в 1749 году на горе Темир, между
Красноярском и Минусинском. П.С. Паллас в 1775 году привез его из
Сибири . “ Палласово железа” было первым детально изученным метеоритом
, вновь убедившим ученый мир в неразрывной связи Земли и космоса .
Метеорит П. С. Палласа был одним из наиболее крупных. Но самый
большой известный железный метеорит упал в Мексике. Суммарная масса его
обломков – 100 с лишним тонн ! Но и это не предел. На весь мир
известна Чертова долина в Аризоне – кратер диаметром 12 тыс. метров и
глубиной почти 200 м. Подсчитано, что масса упавшего сюда метеорита
была около 10 миллионов тонн. В легендах индейцев навахо метеорит
превратился в духа огня, сошедшего с неба на Землю.
“Небесный металл” поддается только холодной обработке –
расплавить его почти невозможно. И все же существует оружие из
метеоритов! Это кинжал с золотой рукояткой, найденный при раскопках
шумерского города Ура. Кинжал был изготовлен предположительно в 3100
году до н.э. Есть предметы и более позднего времени. Это две сабли и
наконечник пики индийского властителя и две шпаги: русского царя
Александра I и романтического героя Южной Америки С.Боливара.
Самая настоящая и самая давно известная железная руда,
безусловно, знакома и вам. Все, кто видел железо, помнит и то, как
выглядит ржавчина. Стоит не защитить любой железный гвоздик или винтик
от влаги и они моментально покрываются ржавым налетом: на их
поверхности образуется рыхлый слой гидроксида железа, - это часть одна
из самых распространенных его руд.
На месторождениях железа часто возникают мощные зоны “проржавелых
руд и пород”. Уральские горняки придумали им меткое прозвище – “
железные шляпы “. С такой шляпы начинается часто разработка
месторождений. И лишь “сняв шляпу”, можно добраться до первичных руд .
Известное Бакальское месторождение на Урале как раз такая вот “
лимонитовая железная шляпа “ на сидеритовых рудах. Рыхлый землистый,
ржаво-рыжий лимонит называют еще бурым железняком . Но в отличие от
ржавчины на гвозде лимонит в природе образуется не только на готовом
железе . Само название “лимонит ” хотя оно относится к охряно–желтому
минералу , к лимону никакого отношения не имеет , а происходит от слова
“леймон” , что по гречески означает “мокрый луг” , “болото”. Оттого и
лимонитовые руды нередко называют болотными, озерными, луговыми, а то
еще и бобовыми.
Именно в болотах, озерах и на морском мелководье возникают
необычные на вид лимонитовые руды. Лимонит таких руд и вправду
напоминает не то бобы , не то мелкие птичьи яйца или коконы каких-то
неведомых бабочек . Как же возникают диковинные формы ?
Ученые установили, что гидроксиды приносятся в водоемы
поверхностными водами в виде коллоидных растворов. Морская вода – это,
по существу , слабый раствор электролитов: она насыщена парами хлора и
щелочных металлов . Коллоиды в ней “ свертываются”, и вот тут–то и
происходит зарождение хлопьев и шаров ржавчины. Вспомните, если вы
варили клейстер или кисель: чуть зазеваешься – и вся кастрюлька полна
комков. Вот такой “кастрюлькой” с комками и оказался морской бассейн,
в котором сформировались руды Кергенского месторождения. Примерно так
же выглядит и руда знаменитого железорудного месторождения в Эльзасе –
Лотарингии . В водах болот и пресных озер электролитов нет .
Электрохимические реакции здесь не протекают . Их роль выполняют
бактерии: они свертывают , скатывают “бобовины ” гель гидроксидов.
Крупных месторождений железные “ окатыши ” из озер и болот не образуют,
но зато именно такие руды верой и правдой служили не одну сотню лет
нашим предкам.
В Чехии и Словакии природа создала словно выставку произведений
абстрактной скульптуры из лимонита, гетита и гидротетита
экстракласса. Здесь в местечке Затуняк , “железная шляпа”
сопровождается развитием пустоток , пещерок , трещин, в которых
гидроксиды могут свободно и с полной фантазией кристализоваться.
Каких только форм не образует здесь гетит! И гигантские гроздья
почек, словно покрытые черным лаком и грандиозные сростки сосулек,
какое-то фантастическое соединение органа с глыбой сосулек
мартовского льда и блестящие “шишки” гетита, достигающие размера
детского плеча!
Еще больше чем бурых гидроксидов в природе красных руд железа.
Красный железняк – гематит – в числе немногих других минералов входит в
почетную азбуку минералогии. В 325 году до н.э. друг и ученик
Аристотеля Теофраст в своей книге “ О камнях” так пишет о гематите:
“Гематит напоминает запекшуюся кровь”. Иссиня – вишневая окраска
гематита в темных местах почти черная. Здесь минерал отливает металлом,
но сквозь черноту глухо просвечивает краснота, пробивается наружу
красными мазками и налетами. Известно , что в древности гематиту ,
похожему на запекшуюся кровь , приписывалась способность заживлять
кровоточащие раны . Знаменитый медик античности , соратник Плиния
Диоскур писал о целебных свойствах камней , применяемых в медицине ,
таких как янтарь , лазурит , нефрит , малахит и гематит . Порошок
гематита издревле использовался и для еще одного важного дела – для
полировки золотых и серебряных изделий .
Самое оригинальное образования гематита – это, конечно, железные
руды. Тонкие , темно – красные , слегка изогнутые “лепестки ”
раскрываются , как у живой махровой розы . В удивительных уникальных
созданиях сверкающий мир кристаллов близок миру лепестков и тычинок !
Наверное, вы слышали и еще об одном важном и интересном минерале железа
– магнитном железняке, магнетите. Магнетит содержит более 72% железа,
но самое интересное в нем – его природный магнетизм , свойство по
которому , собственно , и был открыт этот минерал . Как сообщает
римский ученый Плиний , магнетит был назван в честь греческого пастуха
Магнеса . Магнес однажды пас свое стадо , и вдруг его посох с железным
наконечником и его подбитые гвоздями сандалии притянула к себе гора…
Гора сложенная сплошным серым камнем.
Минерал магнетит дал в свою очередь название магниту, магнитному
полю и всему загадочному и интересному явлению магнетизма, которое
пристально изучается со времен Аристотеля по сей день.
Магнитные свойства магнетита используются и сегодня – прежде
всего для поиска месторождений. Именно гигантская магнитная аномалия
способствовала открытию грандиозного месторождения в районе Курска,
которое так и названо Курская магнитная аномалия.
Сидерит, или железный шпат – карбонат железа. По-гречески
“сидерос”, или “зидейрос”, что значит “железо”. По внешнему облику это
самый антиметаллический минерал железа.
Случается, сплошной сидерит слагает целую гору. Такая гора
известна в Альпах , в Штирии , на территории Австрии . Разрабатывают ее
не одну сотню лет . И сейчас вся она , от подножия до вершины словно
лестница великанов , поднимается уступами на 800 м . Каждая ступенька
высотой 1,5 – 2 м , а всего их больше 40!
Рассказывают, что когда–то в давние времена, железной руды
здесь не было, а в горе брали только белый камень. Как–то пошли мужики
за камнем, чтобы дом построить. И вдруг видят в ста шагах маленького –
премаленького человека, одетого ну точно как настоящий горняк: и с
широким кожанным поясом и со всем горняцким инструментом – кайлом,
ломом и прочим. Да это же Горный Дух по имени Винциг! “Винциг” –
значит “крошка”. Стал Винциг долбить кайлом породу . Ударит по белому
камню и как птички разлетаются в стороны красные осколки . Мужики рты
пораскрывали от удивления .
Да так и не успели закрыть: прямо перед ними вырос огромный
Горный Дух! “Чего вам тут надо?” – говорит. –“Что вы тут роете”?
“Камень”, - отвечают. – “Домишко построить надо”.
Рассмеялся выросший до небес Винциг – “На что вам простой камень?
А золота не хотите? Или железа? Выбирайте-ка сами: золото на год или
железо на века?” “Железа! ” Железа! На века железа! – закричали изо
всех сил мужики, стараясь перекричать друг друга. “Ну тогда так : где я
ударю , там и ройте , и железо не кончится никогда !”
Не обманул людей Горный Дух – и по сей день работает рудник
Эрцберг в Штирийских Альпах!
Т.Здорин, кандидат геолого-минералогических
наук.
Начало железного века
Русское название элемента N 26 связано, повидимому, с
санскритским корнем “жель”, означающим “блестеть”, “пылать”. В земной
коре содержится 5,1% железа. Так как этот элемент довольно легко
вступает в реакции, мы почти никогда не встречаем его в чистом виде:
окислы и сульфиды железа – основа его минералов. Те железные предметы,
которые нас окружают, изготовлены из стали или чугуна – сплава железа с
углеродом. Распространенность и относительная простота извлечения из
руд сделали железо доступным уже в древности: железный век пришел на
смену бронзовому во II тысячелетии до н.э. В те времена и еще много
веков спустя железо получали так называемым сыродутным методом.
Сыродутные печи устраивали прямо на земле, обычно на склонах оврагов и
канав. Они имели вид трубы . Эту трубу заполняли древесным углем и
железной рудой . Уголь зажигали , и ветер , дувший в склон оврага ,
поддерживал горение угля . Железная руда восстанавливалась , и
получалась мягкая крица – железо с включением шлака . Такое железо
называлось сварочным : в нем содержалось немного углерода и примесей,
перешедших из руды . Крицу ковали. Куски шлака отваливались и под
молотом оставалось железо, пронизанное шлаковыми нитями. Из него
отковывали различные орудия .
Век сварочного железа был долгим, однако, людям древности и
раннего средневековья было знакомо и другое железо: булатные сабли,
толедские клинки, миланские доспехи, а может быть, и меч Роланда,
разрубавший по преданию, не только латы, но и мечи противников.
Дамасскую сталь делали еще во времена Аристотеля ( IV век до н.э. ) но
технология ее производства , также как процесс изготовления булатных
клинков держался в секрете.
От домницы к домне
Сыродутный процесс во многом зависел от погоды: нужно было, чтобы
ветер задувал в “трубу” стремление избавиться от капризов погоды
привело к созданию мехов, которыми раздували огонь в сыродутном горне.
С появлением мехов отпала надобность устраивать сыродутные горны на
склонах . Появились печи нового типа – так называемые волчьи ямы ,
которые выкапывались в земле и домницы , которые возвышались над
землей . Их делали из камней, скрепленных глиной. В отверстие у
основания домницы вставляли трубку мехов и начинали раздувать печь.
Уголь сгорал , а в горне печи оставалась уже знакомая нам крица .
Обычно , чтобы вытащить ее на- ружу , выламывали несколько камней в
нижней части печи . Затем их опять закладывали на место , заполняли
печь углем и рудой и все начиналось сначала.
Само слово “домница” происходит от славянского слова “дмути”,
“дуть”. От этого же слова происходят слова “надменный” (надутый) “дым”.
По-английски доменная печь называется, как и по-русски дутьевой –
blast furnace . А во французском и немецком языках эти печи получили
название высоких (Hochen по-немецки и haut fourneau по-французски).
К XIV – XV векам доменные печи, производившие чугун из которого
лили уже не только ядра, но и сами пушки.
Подлинный переворот от домницы к домне произошел в 80-х
годах XVIII века, когда одному из демидовских приказчиков пришла в
голову мысль подавать дутье в доменную печь не через одно сопло, а
через два, расположив их по обеим сторонам горна. Лиха беда начало!
Число сопел, или фурм, росло, дутье становилось все более равномерным,
увеличивался диаметр горна, повышалась производительность печей.
Еще два открытия сильно повлияли на развитие доменного
производства. Долгие годы топливом доменных печей был древесный уголь.
Существовала целая отрасль промышленности, занимавшаяся выжиганием угля
из дерева. В результате леса в Англии вырубили до такой степени, что
был издан специальный указ королевы, запрещающий уничтожать лес ради
нужд черной металлургии. После этого английская металлургия стала
быстро хиреть. Британия была вынуждена ввозить чугун из–за границы ,
главным образом из России . Так продолжалось до середины XVIII века,
когда Абрахам Дебри нашел способ получения кокса из каменного угля,
запасы которого в Англии очень велики. Кокс стал основным топливом для
доменных печей.
С изобретением кокса связана легенда о Дади Дадли, который якобы
изобрел коксование еще в XVI веке, задолго до Дебри. Но фабриканты
древесного угля испугались за свои доходы и, сговорившись, убили
изобретателя.
В 1829 году Дж. Нилсон на заводе Клейд (Шотландия) впервые
применил вдувание в домны нагретого воздуха. Это нововведение повысило
производительность печей и резко снизило расход топлива .
Последнее значительное усовершенствование доменного производства
произошло уже в наши дни. Суть его – замена части кокса дешевым
природным газом .
Центры металлургии.
Несмотря на трудности, варка железа была для наших предков делом
обыкновенным. В этом убедились археологи, когда вели раскопки в Старой
Рязани. Из 19–ти раскопанных жилищ горожан в 16–ти были встречены следы
домашней варки железа – в горшке, в обыкновенно печи.
Но наряду с таким же дедовским способом получение металла
существовало и специализированное, крупное производство. Одну из
наиболее совершенных домниц XIII века удалось раскопать близ Бердичева,
в Раковетском городище. Она была даже совершеннее городских домниц
XVIII века : шлак у нее непрерывно стекал по восьми канальцам в
специальные гнезда .
А в Почевском городище, на юго-восточной границе Курского
княжества, удалось обнаружить форменный металлургический квартал –
пространство площадью 10 000 кв. м было сплошь завалено остатками
домниц, шлаком и крицами. В наше время расцвет черной металлургии
сопровождался появлением на карте страны Магнитогорска, Рудного,
Электростали. Возникновение производства железа на Руси также
сопровождалось возникновением соответствующих названий – Устюжна
Желнзнопольска (от Железного поля –местности неподалеку от Новгорода ,
где добывали болотную железную руду) , Керчь ( в XI веке Керчев – от
того же корня что и крица) , Бронницы ( броней называли кольчугу)
Химия железа (Fe)
1. Элемент N 26 обладает значительной химической активностью, он образует
множество соединений, проявляя обычно валентности 2+; 3+ .
2. Существуют соли железной кислоты H2FeO4 , но в свободном состоянии эта
кислота не получена, так же как и ее ангидрид – FeO3 .
3. Природное железо состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми
числами 54 , 56 , 57 и 58 .
4. Железо - жизненно важный элемент, в крови человека 14,5% ее веса
приходится на долю гемоглобина- красного пигмента эритроцитов, в центре
молекулы которого находится атом железа.
Магнитные лекарства
В 1835г. “Журнал мануфактур и торговли”, сообщая о товарах,
присланных из Вены в Петербург, упоминает металлические намагниченные
бруски как средство от зубной и головной боли. Бруски
рекомендовалось носить на шее. “Этот способ лечения ныне в моде, -
сообщалось в журнале, и, по отзывам врачей, заслуживающим вероятия,
помогает весьма многим.”
В древности и в середине века магнит употребляли не только как
наружное, но и как внутреннее. Тален считал магнит слабительным,
Авиценна лечил им ипохондриков, Парацельс приготовлял “магнитную
манну”, Агрикола - магнитную соль, магнитное масло и даже магнитную
эссенцию.
Убит из-за железа
В 1735 году вогул Степан Чумпин нашел у горы Благодать большой кусок
магнитного железняка и показал его горному технику И.Ярцеву. После
осмотра месторождения Ярцев помчался с докладом в Екатеринбург. Эта
поездка была самым настоящим бегством – по следу Ярцева скакали
вооруженные стражники некоронованного короля Урала Демидова, который,
не допускал и мысли, что новые богатства минуют его. Ярцеву удалось
уйти от погони. Первооткрыватели рудника получили вознаграждение от
Горной канцелярии, но вскоре Степан Чумпин был убит. Убийца остался
непойманым.
Использованная литература:
Популярная библиотека химических элементов. “Наука” М. 1972 г.
Реферат на тему: Железо-марганцевые конкреции мирового океана
УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
КУРСОВАЯ РАБОТА ПО МПИ
Железо - марганцевые конкреции мирового океана
Студент:
Образцов П.И.
Группа:
РМ-00-1
Преподаватель: Рудницкий В.Ф.
г.Екатеринбург
2003г.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение……………………………………………………………..3
2. История исследования…………………………..……………….….4
3. Распространение, состав и генезис рудных образований…………5
4. Проблемы геохимии ЖМО……..……………………………….....10
5. О перспективах освоения рудных ресурсов……………………...14
6. Заключение………………………..………………………………..19
7. Список используемой литературы………..………………………20
ВВЕДЕНИЕ
На протяжении предшествующих тысячелетий единственным источником
минеральных ресурсов был континентальный блок, а в последней четверти ХХ в.
началось освоение дна Мирового океана. В связи с этим уместно рассмотреть,
каковы перспективы будущего освоения рудных ресурсов океана. Различным
аспектам проблемы посвящено множество публикаций. Мы коснемся лишь самых
характерных сторон состава и формирования океанских рудоносных отложений.
История исследования
Начальные сведения о рудных образованиях на дне открытого океана были
получены в ходе проведения первой в истории мировой науки комплексной
океанологической экспедиции на английском судне “Челленджер”,
продолжавшейся почти четыре года (1872-1876).
18 февраля 1873 г. при проведении драгировки в 160 милях к юго-западу
от Канарских о-вов со дна были подняты черные округлые желваки -
железомарганцевые конкреции, содержащие, как показали уже первые анализы,
значительное количество никеля, меди и кобальта. Правда, несколько ранее, в
1868 г., во время экспедиции Н.Норденшельда на шведском судне “София”,
похожие конкреции были подняты со дна Карского моря, но эта находка
осталась практически незамеченной.
В течение нескольких десятилетий после экспедиции “Челленджера”
конкреции находили регулярно почти все последующие экспедиции, получавшие
донные пробы, и начиная с 60-х годов ХХ в. стали появляться обоснованные
предположения о глобальном характере железомарганцевого оруденения на дне
океана. Так, по расчетам Д.Меро, общие ресурсы железомарганцевых конкреций
на дне Тихого океана достигают 1.66·1012 т.
Распространение, состав и генезис рудных образований
Железомарганцевые конкреции, широко распространенные на дне Мирового
океана, максимально сосредоточены в нескольких рудных полях, в пределах
которых они распределяются неравномерно, хотя на некоторых участках
конкреции покрывают свыше 50% площади дна. В их минеральном составе
доминируют гидроксиды марганца (тодорокит, бернессит, бузерит, асболан) и
железа (вернадит, гематит, фероксигит), с ними связаны все преставляющие
экономический интерес металлы.
Распространение железомарганцевых конкреций, обогащенных рудными
металлами.
Химический состав океанских конкреций крайне разнообразен: в тех или
иных количествах присутствуют практически все элементы периодической
системы. Для сравнения в таблице 1 приводятся средние содержания главных
рудных элементов в морских железомарганцевых конкрециях и в глубоководных
пелагических осадках.
Соотношение средних содержаний химических элементов
в железомарганцевых конкрециях (ЖМК) и глубоководных осадках океана.
Проблема генезиса железомарганцевых конкреций сопряжена с проблемой
скорости их роста. Согласно результатам датирования конкреций традиционными
радиометрическими методами, скорость их роста оценивается миллиметрами за
миллион лет, т.е. намного ниже скоростей отложения осадков. По другим
данным, в частности по возрасту органических остатков и по изотопному
составу гелия, конкреции растут в сотни и тысячи раз быстрее и могут, как
предполагают, оказаться моложе подстилающих осадков.
Для подтверждения первой точки зрения требуется объяснить, почему
конкреции не перекрываются относительно быстро накапливающимися осадками,
для подтверждения второй - откуда за относительно короткое время поступила
колоссальная масса марганца, необходимая для формирования конкреций в
масштабах всего океана.
В первом случае предлагался ряд объяснений, например: активность
переворачивающих конкреции донных организмов, воздействие придонных
течений, поддерживающих конкреции “на плаву”, тектонические толчки,
встряхивающие донные отложения. Для обоснования второй концепции наиболее
удобна гипотеза усиленной поставки в позднечетвертичный океан
гидротермального марганца, однако конкретные доказательства подобного
явления пока не приводились. В любом случае конкреции сформировались за
счет поступления рудного материала из подстилающих осадков, о чем
свидетельствует корреляция средних содержаний в них различных элементов.
До сих пор мы фактически не знаем откуда берутся металлы, связанные в
железо-марганцевых отложениях (ЖМО), каков механизм формирования конкреций,
скорости их роста и др. И хотя исследований на эти темы опубликовано много,
возможно тысячи, включая капитальные монографии, однако по-прежнему
сохраняется дискуссионность и неопределенность во многих вопросах. Может
случиться, что добыча конкреций и рудных корок (с подводных поднятий)
начнется раньше, чем будут выяснены кардинальные вопросы их происхождения и
роли в океанской среде. Ведь известно, что обогащенность ЖМО ценными
металлами связана с их высокой сорбционной активностью, а это значит, что
роль их в поддержании равновесия в составе морской воды огромна, и
особенно, в условиях резкого увеличения антропогенных и техногенных сбросов
в океаны.
Проблемы геохимии ЖМО
Казалось бы, что само название океанских руд свидетельствует о
геохимической близости свойств Fe и Mn, формирующих общие стяжения. Это же
вытекает из соседства их в таблице Менделеева. Однако, еще В.И.Вернадский
писал, что в природе в зоне гипергенеза (кора выветривания) нет ни одного
железо-марганцевого минерала. Большинство Mn месторождений на суше,
особенно крупных, имеет осадочное происхождение. Fe- и Mn-рудные
месторождения нередко сопутствуют друг другу, но всегда разделены во
времени и пространстве. Это связано с разницей в величинах стандартных
потенциалов окисления - более низком для Fe и - высоком для Mn. Поэтому
окисление Fe в природной обстановке происходит легче и быстрее, чем Mn и
оно раньше образует твердофазные соединения.
Важно отметить, что в океанской среде Fe образует собственные минералы
или входит в состав других (глинистых) как в окисленной, так и в
восстановленной (бескислородной) осадочной толще. Mn же в твердой фазе
здесь может существовать только в окислительных условиях в форме свободных
гидроксидов в высшей степени окисления, близкой к MnO2, но этот предел как
правило не достигается из-за сорбционного связывания гидроксидом некоторого
количества MnO (обычно 1-2%), за счет окисления которого постепенно
наращивается его собственная фаза. Поэтому точнее состав гидроксидов
отражает формула: nMnO·MnO2·mH2O. В восстановленных осадках это соединение
растворяется, восстанавливаясь до двухвалентного состояния (MnO), и
мигрирует к их поверхности в сторону кислород-содержащей среды. Именно это
происходит в окраинных районах океанов, где скорости накопления осадков
речного стока велики и это создает восстановительные условия в их толще. По
существу, окраинные районы океанов являются “фабрикой”, поставляющей Mn и,
в меньшей мере, Fe в океан. “В меньшей мере” означает не абсолютное
количество Fe, а тот факт, что часть его, поступившая с речным стоком,
связывается в восстановленном осадке в форме сульфидов или входит в состав
других минералов и выводится из океанского рудогенеза. Это - первый этап
разделения этих металлов в океане. В классических трудах Н.М. Страхова
показана дальнейшая судьба этих и других металлов в океане и их накопление
в благоприятных фациальных условиях (высокие содержания растворенного
кислорода, низкие скорости седиментации), которые соответствуют
глубоководным - пелагическим областям океанского дна, где и формируются
наибольшие концентрации конкреций. Аналогичные условия возникают и на
вершинах подводных обнажений, не перекрытых осадком, независимо от их
местоположения в океане. В таких случаях нередко формируются рудные корки,
особенностью которых является обогащенность Со, поэтому они называются
кобальтоносными.
В последние годы стала особенно очевидной высокая мобильность самого
океанского дна, при которой реализуется эндогенная (внутриземная) энергия -
это и процессы спрединга (раздвига) в океанических хребтах и связанная с
ними активизация вулканической деятельности, нередко сопровождающаяся
гидротермальной деятельностью, процессы субдукции и пр. Все они для ЖМО
являются губительными, т.к. сопровождаются резким повышением температуры,
снижением содержания кислорода в морской воде, а нередко и излияниями
кислых и восстановленных гидротермальных флюидов. В таких условиях ЖМО
растворяются и обогащают соответствующий объем морской воды содержавшимися
в них металлами. При каждом подобном событии часть Fe остается связанной в
нерастворимых формах минералов в осадочной толще, а Mn мигрирует в
окислительную среду морской воды, где происходит его регенерация
(переотложение), особенно интенсивная в зоне геохимического барьера на
границе двух несовместимых сред.
Таким образом, главное геохимическое различие между Mn и Fe в океане
сводится к многообразию минеральных форм, в которых Fe выводится из
рудогенеза, осаждаясь как в окислительных, так и восстановительных
условиях, в то время, как Mn может находиться в твердофазной - гидроксидной
форме только в окисленной среде. Mn имеет замкнутый круговорот в океане, и
в ходе геологической истории, многократно может переходить из растворенного
состояния в твердофазное и наоборот, в зависимости от изменений в составе
морской воды, и каждый раз при этом теряет часть ранее связанного с ним Fe,
что приводит к относительному обогащению ЖМО марганцем. Насколько резко
произойдет это разделение зависит от геологического времени пребывания Mn в
океане.
Таким образом, Mn в значительно большей степени, чем Fe, связан с
гидросферой и судьба его полностью контролируется изменениями в физико-
химических параметрах морской воды (Еh, рН и др.). Для современного океана
эндогенные проявления имеют узко локальный характер и их последствия быстро
нейтрализуются несопоставимо большими массами окисленной морской воды.
Жизнеспособность восстановленных гидротермальных флюидов зависит от
длительности функционирования питающих их источников, в отдельных случаях
это может продолжаться тысячи или десятки тысяч лет, но и эти величины не
идут ни в какое сравнение с многомиллионнолетней историей окисного
рудогенеза в океане, конечным результатом которого является колоссальное
накопление Mn .
Краткий обзор особенностей геохимии Mn в океане позволяет понять,
почему причины накопления Mn следует искать не в источниках его
непосредственной поставки в океан, а в сочетании фациально-благоприятных
условиий для его отложения и геологической длительности существования
Океана на Земле.
О перспективах освоения рудных ресурсов
Идея освоения рудных ресурсов океана возникла на базе значительных
достижений в области исследований океанского дна, проводившихся ведущими
мировыми державами в эпоху холодной войны и активной конкуренции за
приоритет в освоении океана как стратегического пространства. Естественно,
что эта идея получила поддержку руководства каждой из конкурирующих сторон,
поскольку руды марганца и кобальта рассматривались как стратегическое
сырье. В океане были проведены сотни специализированных рейсов научно-
исследовательских судов США, СССР, а также Индии, Японии, европейских
стран, Австралии, Новой Зеландии и ЮАР. Было получено и обработано
невиданное ранее количество новой информации о рудном потенциале океана
(табл.2), на что было истрачено, по ориентировочной оценке, около 4 млрд
долл.
|Атлан| | |Инди| | | | | |Тихий | | |
|тичес| | |йски| | | | | |океан | | |
|кий | | |й | | | | | | | | |
|океан| | |океа| | | | | | | | |
| | | |н | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |
| | | |Запа| | | | | | | | |
| | | |дная| | | | | | | | |
| | | |част| | | | | | | | |
| | | |ь | | | | | | | | |
| | | |Вост| | | | | | | | |
| | | |очна| | | | | | | | |
| | | |я | | | | | | | | |
| | | |част| | | | | | | | |
| | | |ь | | | | | | | | |
|Площа|Mn|Ресурсы |Площ|M|Ресурсы |Площадь |M|Ресурсы |Площ|M|Ресурсы |
|дь в |/F|Mn в |адь |n|Mn в |в |n|Mn в |адь |n|Mn в |
|тыс.к|e |млн.т. |в |/|млн.т. |тыс.км2 |/|млн.т. |в |/|млн.т. |
|м2 | | |тыс.|F| | |F| |тыс.|F| |
| | | |км2 |e| | |e| |км2 |e| |
| | | | | | | | | | | | |
|320 |0,|- |202 |0|206 |615 |1|2070 |8094|1|12014 |
| |98| | |,| | |,| | |,| |
| | | | |8| | |9| | |6| |
Площади распространения ЖМО в океанах и оценка прогнозных ресурсов Mn в
рудных полях
Одновременно решались и другие аспекты этой проблемы - технические,
правовые, экологические, экономические.
Технические проблемы заключаются в способах добычи, транспортировки и
переработки. Из различных методов разработки железомарганцевых конкреций и
фосфоритов наиболее перспективны гидроподъемный и эрлифтный (подъем с
помощью сжатого воздуха). Для транспортировки сырья предполагалось
использовать обычные сухогрузные суда. Переработка конкреций и корок
методами пиро- и гидрометаллургии была успешно опробована на ряде
предприятий США и бывшего СССР.
Правовые вопросы, возникшие в связи с предполагаемыми добычными
работами в международных водах, были разрешены путем создания при ООН
Подготовительной комиссии Международного органа по морскому дну, которая
была уполномочена выдавать лицензии на заявочные участки. Наиболее
перспективная для добычи конкреций зона Кларион-Клиппертон была поделена
между несколькими заявителями - государственными организациями и
международными горнорудными консорциумами. Многие залежи рудных корок,
особенно в центральной части Тихого океана, оказались в пределах 200-
мильных экономических зон островных государств, которые обладают
монопольными правами на их освоение.
Распределение заявленных участков на разработку железомарганцевых
конкреций в зоне Кларион-Клиппертон. A - Ocean Mining
Assoc.(международный консорциум); J - Ocean Management Inc. (Япония); O -
Ocean Minerals Co.(США); K - Kennecott Consort (Канада); I - Ocean Mining
Inc. (международный консорциум); C - COMRA (Китай) R - Южморгеология
(Россия), P -InterOCEAN Metal (бывшие страны СЭВ); черным цветом показаны
участки французской ассоциации AFERNOD, серым - резервные площади
Международного органа по морскому дну.
Экологические проблемы, связанные с нарушением среды как на дне, так и
в фотическом горизонте водной толщи, предполагалось разрешить путем
минимизации взмучивания придонного слоя, а также выводом продуктов промывки
конкреций с борта судна на глубину нескольких сот метров по специальному
трубопроводу.
Наконец, наиболее критическая проблема, ставшая первостепенной, -
рентабельность предприятия в целом. Еще в конце 70-х годов было подсчитано,
что капитальные затраты на создание производственного комплекса по добыче и
переработке 3 млн т конкреций в год составят 1.5-2 млрд долл. При этом
доходы на вложенный капитал - 8.5-9.5%, а чистая прибыль после вычета
налогов - лишь 3-4.5%. С учетом нестабильности океанской среды,
изменчивости ситуации на рынках сбыта, а главное, при отсутствии
стратегического стимула, такой экономический риск не оправдан.
Но работавшие в этой области специалисты считают, что накопленный опыт
по освоению подводных месторождений необходимо тщательно сохранять и
приумножать, дабы немедленно его реализовать в случае изменения
экономической ситуации в мировой экономике и технологиях, могущих вызвать
повышение цен на черные и цветные металлы.
|[pic] |Принципиальная схема разработки |
| |конкреционных океанских |
| |месторождений методом гидроподъема |
| |на специально оборудованном судне. |
| |1, 2 - водяной насос и трубопровод |
| |для подачи воды к рабочей головке; |
| |3, 4 - компрессор и трубопровод для |
| |подачи сжатого воздуха в пульпу; 5 -|
| |рабочая головка с гидромонитором для|
| |размыва грунта и всасывающим |
| |устройством; 6, 7 - насос и |
| |трубопровод для подъема пульпы с |
| |конкрециями; 8, 9 - насос и |
| |трубопровод для откачки отработанной|
| |пульпы и укладки на дно. Система |
| |разработана в Московской горной |
| |академии. |
Заключение
Открытие на дне океана около 130 лет назад железомарганцевых конкреций
и фосфоритов было первым свидетельством сосредоточения в океане рудных
ресурсов. Бурное ускорение исследований рудного потенциала океана началось
в 60-70-х годах прошлого столетия в ходе конкуренции мировых держав за
освоение стратегического пространства и стратегического сырья. По ресурсам
некоторых видов рудного сырья океан не уступает континентам. Это относится
в первую очередь к кобальт-марганцевым рудным коркам и фосфоритам, а в
перспективе, видимо, и к сульфидам.
Результаты выполненных к настоящему времени поисково-разведочных работ,
технических и технологических испытаний свидетельствуют о практической
возможности освоения рудных ресурсов океана, включая обеспечение
соответствующих природоохранных мероприятий.
Однако возобновление этого комплекса работ, приостановленных сейчас в
связи с изменением политической ситуации в мире, произойдет лишь при
повышении экономической конкурентоспособности океанского рудного сырья по
сравнению с континентальным, стоимость которого растет по мере истощения
имеющихся ресурсов.
Список используемой литературы
1. Батурин Г.Н. Рудный потенциал океана // Природа №5 2002г.
2. Базилевская Е.С., Пущаровский Ю.М.// Российский журнал наук о Земле,
1999, т.1, №3, 205-219.
3. Гурвич Е.Г. Металлоносные осадки Мирового океана. М., 1998.
4. Ресурсы WWW
| |
