Минералы ртути и сурьмы, происхождение и применение

Актуальность темы. образуя комплексные ртутно-сурьмяные месторождения. Известно около 25 минералов ртути и более 75 минералов сурьмы, однако промышленное значение имеют лишь несколько из них.
Мировые подтвержденные запасы сурьмы составляют 3.9 млн. т. Из них 62% приходится на КНР, на Россию - около 10%, на Таджикистан- 4%. Обеспеченность сурьмяной промышленности мира имеющимися запасами металла при современном уровне потребления сурьмы - порядка 30-35 лет. Поэтому проблема комплексности использования сурьмусодержащего сырья является актуальной задачей.
Многие сурьмяные и ртутные месторождения богаты редкими, рассеянными и драгоценными металлами. Технология переработки сурьмяно-ртутных концентратов сводится к отделению ртути в отдельный продукт и получению из огарка металлической сурьмы.
Вопросами радиометрической рудоподготовки занимались выдающиеся российские учёные и инженеры – Г.Р. Гольбек, В.А. Мокроусов, Л.Ч. Пухальский, В.А. Лилеев, О.А. Архипов, В.В. Новиков, Б.С. Лагов, В.И. Ревнивцев, Л.П. Стар- чик, Е.П. Соложенкин, П.М. Леман, Б.С. Горобец, А.П. Татарников, Б.Н. Кравец, А.И. Левитин, Э.Г. Литвинцев, Е.Н. Гулин, В.В. Зверев, Е.Ф. Цыпин, А.А. Ежов, Т.В. Башлыкова, Г.А. Пахомова, Б.С. Логов, В.П. Мязин, С.В. Терещенко, Г.А. Денисов, В.В. Марчевская и другие. Обобщена и проанализирована информация о технологии обогащения руд в литературных, фондовых, патентных и интернет-источниках.
Разработкой технологии и организацией производства советской сурьмы руководили инженеры Н.П. Сажин и С.М. Мельников, впоследствии известные ученые, лауреаты Ленинской премии.
При изучении вещественного состава руд применялись химические, физические и минералогические методы, спектральный, макро-, микроскопический и электронно- микроскопический анализы.
Объект работы – минералы сурьмы и ртути.
Предмет работы – применение минералов сурьмы и ртути.
Цель работы: рассмотреть свойства минералов ртути и сурьмы.
Задачи работы:
- рассмотреть происхождение и свойства сурьмы;
- выявить значение сурьмы как важнейшего металла;
-рассмотреть особенности использования сурьмы, методы ее переработки и добычи;
- рассмотреть кристаллохимию и свойства ртутных минералов;
- изучить методы добычи, переработки, рассмотреть основные месторождения минералов ртути;
- проанализировать применение минералов ртути.
Методы исследования:
- анализ и классификация литературы;
- научно-теоретическая оценка изданий по теме исследования;
- организационный метод.
Структурно работа включает в себя введение, две главы, заключение и список литературы.












1. Минералы сурьмы

1. 1. Сурьма: происхождение и свойства

«Сурьма долгое время считалась стратегическим металлом. Сегодня она используется не только в металлической форме, например, как легирующий элемент в свинце, но и все чаще в форме Sb2O3 в качестве огнестойкого наполнителя в пластмассах. Минеральным сырьем, которое обеспечивает почти все мировые поставки сурьмы, является стибнит, Sb2S3». Флотационные свойства этого минерала достаточно хорошо изучены. Его кристаллическая структура делает (рис.1) его флотируемость зависящей от того, какие поверхности минерала обнажаются при измельчении.

Рис. 1. Структура сурьмы

Сурьма также встречается в более чем 100 других минералах, обычно в виде оксида, например, валентинита (Sb2O3), и в виде сурьмы сульфидов тяжелых металлов, таких как тетраэдрит ((Cu, Fe, Zn, Ag)12Sb4S13), ливингстонит (HgSb4S7) и джемсонит (Pb4FeSb6S14).
По признакам 2, 3, 4 ее легко отличить от других металлов (табл.1).

Табл. 1. Физико-химические характеристики сурьмы


Свойства обогащения других минералов сурьмы изучены очень мало. Оксиды сурьмы, чистая сурьма и джемсонит, Pb4 FeSb6S14, также извлекаются в качестве ценностей в дополнение к стибниту. Оксиды сурьмы очень плохо реагируют на флотацию с ксантогенатными собирателями. Флотационные свойства джемсонита больше похожи на галенит, чем на стибнит, и этот минерал лучше всего флотируется при pH, близком к естественному, без активации.
Металл сурьмы имеет серебристый цвет, имеет довольно низкую температуру плавления для металла, 630,6°C, очень хрупкий и плохой проводник тепла и электричества.
В природе встречается более 200 минералов сурьмы, распространенные первичные и вторичные минералы. Первичные минералы сурьмы, как правило, являются сульфидами, в основном потому, что сурьма имеет более высокое сродство к сере, чем к кислороду (халькофильна). При pH и температуре окружающей среды большинство первичных минералов сурьмы довольно стабильны и, таким образом, относительно нерастворимы, в окружающих водных растворах обнаруживается мало или совсем не содержится растворенной сурьмы.
Однако в богатых кислородом средах сульфидные минералы реагируют с кислородом, образуя вторичные минералы. Они могут стать нестабильными и привести к высвобождению сурьмы.Таблица 2 содержит информацию о частоте встречаемости вторичных минералов на основе количества мест, в которых они были обнаружены.
Другими членами группы мышьяка являются самородный висмут, самородный мышьяк и сплав мышьяка с сурьмой стибарсен. Все члены группы изоструктурны. Обычные примеси включают мышьяк, железо, серебро и серу. Самородная сурьма встречается в виде смеси двух изотопов, примерно 57,3% 121Sb и 42,7% 123Sb. Известно около шестидесяти синтетических изотопов. Самородная сурьма имеет также другие аллотропы, кроме природной металлической: в лабораторных условиях она может существовать также в виде черной, желтой или метастабильной взрывчатой формы.
«Самородная сурьма образует полный твердый раствор с самородным мышьяком выше 300 °C. Твердый раствор сурьмы и мышьяка распадается на смесь стибарсена (ранее аллемонтита) + избыточной сурьмы или мышьяка в более прохладных условиях. Как самородная сурьма, так и стибарсен имеют оловянно-белый цвет, не тускнеют и не могут быть различены без анализа».
Самородная сурьма была известна еще древним цивилизациям. Артефакт из сурьмы, датируемый примерно 3000 г. до н. э., был найден в Телло, Халдея (ныне Ирак). Другие артефакты, датируемые 2500-2200 гг. до н. э., были найдены в Египте.
«Первое месторождение самородной сурьмы в природе было описано шведским ученым Антоном фон Швабом в 1783 году на серебряном руднике Сала в лене Вестманланд, Швеция. Сурьма присутствует в некоторых мезотермальных (среднетемпературных) гидротермальных жилах, обычно богатых сурьмой, мышьяком и серебром». В некоторых пегматитах присутствуют крошечные зерна и включения самородной сурьмы. Поскольку пегматиты, как правило, обеднены серой, антимонит не может образоваться, и сурьма кристаллизуется как самородный элемент. На горящих угольных отвалах также могут образовываться мелкие кристаллы самородной сурьмы.
Самородная сурьма сама по себе не является основной сурьмяной рудой, большая часть металла извлекается из антимонита и значительно меньше из других руд, таких как тетраэдриты, богатые Sb, сульфосоли, стибарсен и некоторые другие.

1. 2. Значение сурьмы как важнейшего металла: перспектива и месторождения

Сурьма широко признана критически важным сырьем мирового значения, что основано на ее признании многими странами. Согласно текущим прогнозам, в ближайшие годы ожидается рост спроса на сурьму. Проблема, вызывающая значительную озабоченность в цепочке поставок, которая представляет собой существенное препятствие для устойчивого развития, заключается в глобальном неравномерном распределении обильных ресурсов сурьмы.
Сурьма (Sb) считается критически важным сырьевым материалом (CRM) мирового значения, что признано многими странами и союзами, включая Европейский союз, Соединенные Штаты Америки, Китай, Соединенное Королевство и Канаду. Сурьма была признана CRM с момента ее включения в первый отчет Европейского союза (ЕС) CRM, опубликованный Европейской комиссией в 2010 году. Несмотря на это, ЕС и многие из стран, упомянутых выше, не добывают сурьмяную руду в пределах своих территориальных границ и полностью зависят от импорта.
«Сурьма имеет сильное сродство с серой; таким образом, она классифицируется как халькофильный элемент. Более того, она часто создает химические соединения с рядом металлических элементов, что приводит к образованию сульфосолей. Хотя она относительно не распространена в верхней коре Земли, с концентрацией 0,4 ppm, она проявляет сходство с некоторыми другими тяжелыми редкоземельными элементами». Сурьма часто встречается в повышенных концентрациях в определенных рудных месторождениях. Сурьма широко признана важным элементом-следопытом в контексте геохимических разведочных исследований, в первую очередь из-за ее прочной связи с различными минеральными залежами.
Сурьма имеет несколько применений в промышленном секторе, например, в сферах зеленой энергетики и новых технологий. Использование новых технологий в разработке аккумуляторных батарей большой емкости подчеркивает значимость сурьмы как CRM в содействии переходу к устойчивому развитию и энергетическому переходу. Текущие прогнозы будущего спроса на сурьму демонстрируют изменчивость. Mordor Intelligence прогнозирует, что рынок сурьмы будет иметь ежегодный темп роста 5% до 2026 года. Perpetua Resources утверждает, что дополнительное годовое производство в размере 18 кт (что эквивалентно 12% от производства 2018 года) будет необходимо до 2030 года.
Более 60% мировых поставок поступает из Китая, что может вызвать значительные перебои в поставках и беспокойство. Страны, находящиеся на переднем крае новых технологий и производства, такие как США и ЕС, должны уменьшить свою зависимость от импорта. Кроме того, как США, так и ЕС владеют различными месторождениями сурьмы, которые имеют потенциал для разработки и переработки. В дополнение к появлению новых первичных источников, вторичные источники имеют потенциал для обеспечения значительных объемов сурьмы, т. е. переработка свинцово-кислотных аккумуляторов.
Значимость сурьмы как критического сырья не вызывает сомнений, а существенный потенциал сбоев в цепочке поставок является существенной причиной для беспокойства. Следовательно, переоценка и переопределение месторождений и залежей имеют большое значение. В ЕС одной из стран с месторождениями/залежами сурьмы является Греция.
«Большинство месторождений сурьмы имеют характеристики гидротермального происхождения, контролируемого тектоническими процессами и связанного с кайнозойским магматизмом. В некоторых случаях эти месторождения демонстрируют близкое геохимическое сродство и, как правило, демонстрируют переход к смешанно-полиметаллическим месторождениям». Тектоническая активность в сочетании с магматическими интрузиями, по-видимому, сыграла значительную роль в отложении сурьмы, поскольку разломы повышают проницаемость, способствуют восходящей циркуляции гидротермальной жидкости и, следовательно, образованию минеральных месторождений.