10.9.2013
LOŽISKA RUD - CVIČENÍ Petr Drahota Ústav geochemie geochemie, mineralogie a nerostných zdrojů PřF UK 2013/2014
Učebnice, skripta • René, M., 1989, Geologie rudních ložisek: Praha, Universita Karlova, 111 p. • Pertold, Z., René, M., 1982, Kvalitativní hodnocení nerostných surovin: I. rudy: Praha, Universita Karlova, 92 p. • Evans, A. M., 1993, Ore geology and Industrial minerals – An introduction: Oxford, Blackwell Sci. Publ., (geologická knihovna – studovna), případně starší vydání: Evans, A. M., 1987, An introduction to ore geology: Oxford, Blackwell Sci. Publ., 357 p. (geologická knihovna – studovna) • Rozložník, L., Havelka, J., Čech, F., Zorkovský, V., 1987, Ložiská nerastných surovín a ich vyhledávanie: PrahaBratislava SNTL Bratislava, SNTL-ALFA, ALFA 693 p. p • Smirnov, V. I., 1983, Geologie ložisek nerostných surovin: Praha, SNTL, 654 p. • Havelka, J., Rozložník, L., 1990, Ložiska rudy: Praha, SNTL, 389 p.
1
10.9.2013
Literatura k dispozici ve studovně geologické knihovny
MEZINÁRODNÍ ČASOPISY Mineralium Deposita (studovna + el. přístup z fakultního intranetu) Ore Geology Reviews (el. přístup z fakultního intranetu) Economic Geology (pouze ve studovně geologické knihovny)
2
10.9.2013
UŽITEČNÉ ODKAZY: • http://minerals.usgs.gov/ (celosvětové statistiky, USA, různé komoditní studie) • http://www.geofond.cz/ (přehledy a statistiky z ČR) • http://www.smenet.org/opaque-ore/ (rudní minerály pod mikroskopem)
3
10.9.2013
POŽADAVKY K ZÁPOČTU – rudy (celkem 5 vzorků): A) Poznávání minerálů (hlavní rudní i nerudní minerály ve vzorku) B) Zájmový (užitkový) prvek v daném vzorku (např. Fe, Au) C) Minimální kovnatost (hm. %) daného kovu v rudě D) Vzorce hl. rudních a nerudních minerálů Požadována je znalost stechiometrických vzorců následujících minerálů: křemen, K-živec, kalcit, siderit, magnezit, dolomit, fluorit, baryt, bauxit (přibližně), arsenopyrit, chromit, chalkopyrit, tetraedrit, g hematit, g goethit, cinabarit ((rumělka), ) molybdenit, y p pentlandit, magnetit, pyrhotin, pyrit, galenit, antimonit, kasiterit, rutil, ilmenit, scheelit, wolframit, sfalerit U ostatních minerálů stačí vědět zda se jedná o oxid, hydroxid, karbonát, síran, sulfid, silikát apod.) E) Základní ložiskový typ (magmatický, sedimentární, hydrotermální, zvětrávací, metamorfogenní) – pokud jde určit
ZÁKLADNÍ POJMY • Rubanina – veškerý těžený materiál • Ruda [ore] – nerostná surovina obsahující užitkové nerosty v takovém množství, že je lze v průmyslovém měřítku ekonomicky získávat • Rudnina – obsahuje užitkové nerosty (rudu) • Jalovina/hlušina/skrývka – bezcenná složka rudniny/rubaniny; ukládá se na haldy (odvaly)/odkaliště • Klark – průměrná koncentrace prvků v zemské kůře • Kovnatost – koncentrace užitkových složek (hm. %, g/t, g/m3) • Koncentrační faktor – kovnatost rudy / klark prvku
4
10.9.2013
ZÁKLADNÍ POJMY Hierarchie • mineralogický výskyt (rudní výskyt, rudní indicie) => zvýšený/anomální obsah prvku v hornině • rudní těleso [ore body] => ložisko [ore deposit] • rudní revír, okrsek, obvod [ore district] • metalogenetická t l ti ká zóna ó • metalogenetická provincie (desková tektonika => distribuce ložisek v prostoru a čase)
ZÁKLADNÍ POJMY Klasifikace ložisek: • Popisné (geologické prostředí, morfologie, složení) • Genetické (ložiskotvorný proces) • Průmyslové y (podle ložiskového obsahu – kovy) (p y) • Ložiskové typy (geologické prostředí + popis ložiska ± ekonomické ± technologické parametry)
5
10.9.2013
ZÁKLADNÍ POJMY ŽÍLA:
• deskovité těleso • zejména j é v metamorfních f í hh horninách i á h • šířka submilimetry až stovky metrů, délka cm až km, laterálně se mění Vznik: • obvykle v extenzních trhlinách • migrace fluid difuzí nebo advekcí vlivem tlakového spádu • krystalizace vlivem nižšího tlaku v žíle (rozpustnost obvykle stoupá s tlakem) Alterace: • vzniká vlivem interakce fluida s okolní horninou • obvykle podobná šířka jako u žil
ZÁKLADNÍ POJMY Určení P-T-X vzniku žíly: • Mineralogie – thermocalc, „klasické“ termometry a geobarometry • Stabilní izotopy – geotermometry (frakcionace izotopů mezi minerály) • Fluidní inkluze – chemické složení fluid, teplota fluid • Stáří vzniku – relativní ze strukturních vztahů, absolutní pro granát U-Pb, zirkon SHRIMP, titanit U-Pb, sulfidy Re-Os, slídy Ar-Ar • Tok fluid (malých měřítek: cm-m; středních: desítky m–km; velkých měřítek: km-desítky km)
6
10.9.2013
TEXTURA RUD Typ prostorového rozmístění minerálních agregátů, lišících se navzájem tvarem, rozměrem a složením • MASIVNÍ T. – typická pro rudy celistvého mono- nebo polyminerálního složení • PÁSKOVANÁ T. – střídání pásků různého minerálního složení (sedimentogenní – vrstevnatá, metamorfogenní – rulovitá, břidličnatá, magmatogenní – krustifikační, proudovitá) • ZÁVALKOVÁ / ZÁVALKOVITÁ T. • KOLOMORFNÍ T. – vzniká v různých stádiích přeměny minerálních agregátů koloidního původu • FRAGMENTOVÁ / BREKCIOVITÁ T. – typická pro vícestádiovou tvorbu ložisek, ve kterých úlomky starší ložiskové výplně jsou tmeleny mladší mineralizací
Chrom (Cr) Klark: 100 ppm
min kovnatost: ~ 40 % Cr2O3
Chromit
(Fe,Mg)(Fe,Al,Cr)2O4
Vítané příměsi: Škodlivé příměsi:
Ni, V, Pt S, P, SiO2, Ca
Základní typy ložisek: % svět zásob • zvrstvené intruze (magmatická) 85% • podiformní chromity (magmat.) 15% • rozsypy (zvětrávací) -
% svět těžby 45% 55% 0.X%
Hlavní současné zásoby: JAR, Kazachstán, Indie Dostupnost současných světových zásob: >12 bil. t chromitu (~ 100 let)
7
10.9.2013
Těžba – chromitová ruda (2012) 24 000 kt chromitu Indie 16%
ostatní 22%
JAR Kazachstán Indie
36% 16% 16%
Kazachstán 16% JAR 46%
Chromit (Fe,Mg)Cr2O4
8
10.9.2013
• Metalurgie (70-80%) – ferochrom (FeCr, 1100-1200 °C elektrická pec) • FeCr (+C), FeCr(-C), ferrochromsilicium (FeCrSi)
– z toho 80 % na nerezové slitiny • • • •
klasická ocel ((0.2-1 % Cr)) uhlíková ocel (0.01-0.001 % Cr) nerezová ocel (18 % Cr) Co-Cr, Ni-Cr, Ti-Cr
– úprava povrchu kovů • technické (1.3 až 760 μm) a dekorativní (0.0001 až 2,5 μm; i plasty) • odolnost proti otěru otěru, malé tření, tření tvrdost tvrdost, antikoroze, antikoroze • restaurování korodovaných povrchů
• Chemický průmysl (14%) – dvojchroman sodný Na2Cr2O7
• Refraktorní použití (9%) • mletý chromit + magnezit -> vyzdívky pecí
2012
Světová produkce chromitové rudy důsledek rostoucího použití nerezových ocelí a slitin 2005 2003
9
10.9.2013
Cr - dopady na ŽP Těžba: • pouze podzemním způsobem • velmi koncentrovaná (malý zábor plochy) • pouze prach
Zpracování • konverze na ferrochrom v elektrických obloukových pecích • výroba chemických sloučenin produkuje jako odpad H2SO4 • Cr3+ - netoxický (metabolismus glukózy, cirkulace insulinu přípravky na hubnutí ☺) • pracovníci (těžba, úprava, zpracování) netrpí žádnými specifickými chorobami z povolání, které by prokazovaly toxicitu Cr3+
• Cr6+ - karcinogenní (pouze v chemikáliích, ne v přírodních fázích), Erin Brockovich
Nikl
10
10.9.2013
Nikl (Ni) Klark: 75 ppm
min kovnatost: 0.5-1 % Ni
Pentladit
(Fe,Ni)9S8
Hydrosilikáty y y Ni
(garnierit, nepouit, schuchardit)
Ni-limonit
(Fe,Ni)O(OH)
Nikelín Rammelsbergit Gersdorfit
NiAs NiAs2 NiAsS
Typy ložisek: % svět zásob • magmatická sulfidická lož lož. 40% • zvětrávací (laterity) 60% • hydrotermální (žilná) -%
magmatická zvětrávací (Ni-laterity) komplexní Ni-Co-As rudy hydrotermálního původu (Jáchymov)
% svět těžby 60% 40% -%
Hlavní současné zásoby: Austrálie a Nová Kaledonie Dostupnost současných světových zásob: 130 Mt Ni (~ 70-80 let)
11
10.9.2013
USA 11%
Ostatní 21%
Těžba – nikl (2012) 2 100 kt Ni Brazílie 7%
Filipíny Indonézie Rusko
16% 15% 13%
Kanada 10% Rusko 13%
Filipíny 16%
Indonézie 15%
Nová Kaledonie 7%
Typy ložisek Ni Současné typy rud
(zásoby cca 75 Mt / 130 Mt Ni)
• magmatické g sulfidické rudy y • Ni-laterity (zvětrávací ložiska)
Budoucí nové typy
(dosud nevyužívané)
• Mn-konkrece a krusty (hlubokomořské sedimenty) • příměs sulfidických rop • až 2.5% S, až 80 g/t Ni, 300 g/t V, organické komplexy
12
10.9.2013
• Metalurgie (82%) – zvyšuje pevnost za vyšších teplot a odolnost vůči korozi – nerezové slitiny (60%) • cca 300 Fe-slitin, obvykle 8-12% Ni • zejména feronikl (FeNi, 1100-1200 °C elektrická pec) – speciální slitiny a superslitiny (30%) • speciální slitiny: – nejběžnější slitiny: Typ 304 (18% Cr, 8% Ni), Typ 316 (18% Cr, 10% Ni, 2% Mo) - výroba turbín, nádrží pro kapalný dusík – Duplex (větší odolnost vůči korozi, větší pevnost) – až 6% Mo – mincovní slitiny (2-8% Ni) – obyčejné mince (Euro, dolar) • slitiny s jinými kovy (Cu, Co, Al) (20%) – magnetické slitiny (AlNi, aj.), termočlánkové bimetaly, invar • pokovování (20%) – elektrolytické i chemické
• Chemický průmysl (13%) – NiCO3, NiCl2, NiO, NiSO4 – NiMoO4, Ni-V-Mo, … - katalyzátory
• Akumulátory – NiCd, NiMH – největší roční nárůst – elektrická hybridní vozidla
13
10.9.2013
Použití nerezových slitin • architektura (střechy) • potravinářský průmysl (nádoby) • slitiny s malou tepelnou roztažností (35% Ni – Fe): nádrže na kapalný dusík, turbíny, reaktory, apod.
Vznik sulfidů během magmatického procesu likvace (nemísivost silikátového a sulfidického magmatu)
• sulfidické rudy Cu, Ni, Co (Fe) ± Pt (PGE) • 0.X-2 % Ni, X-20 g/t Pt • poměry jednotlivých kovů jsou variabilní na jednotlivých ložiscích
Magmatická sulfidická ložiska
14
10.9.2013
Kobalt (Co) Klark: 30 ppm Erytrín Hydrosilikáty Co Co-limonit Linnéit Pyrhotin Skutterudit Saflorit Kobaltín Glaukodot
min kovnatost: 0.1- 0.6 % Co Co3(AsO4)2 * 8 H2O (asbolan,…) ((Fe,Co)O(OH) ) ( ) Co3S4 (Fe,Ni,Co)1-xSx CoAs3-2 CoAs2 CoAsS (Co,Fe)AsS
Typy ypy ložisek: % svět zásob • magmatická sulfidická lož. 40% • zvětrávací (laterity) 60% • hydrotermální (žilná) -%
zvětrávací (Ni-Co laterity) magmatické sulfid. komplexní Ni-Co-As rudy hydrotermálního původu (Jáchymov)
% svět těžby y 60% 40% -%
Hlavní producenti: Kongo >> Čína, Rusko, Kanada Dostupnost současných světových zásob: 15 Mt (~ 70-80 let)
Platinové kovy – PGE Klark: 1-10 ppb
min kovnatost: ~2 g/t (ppm)
Kovy a jejich slitiny
Pt, Ir, Os-Ir, aj.
Sulfidy, arsenidy, teluridy y Intermetalické sloučeniny Příměs v běžných sulfidech (pevný roztok)
Sperrylit PtAs2 , , ) Laurit ((Ru,Ir,Os)S2 Froodit PdBi2 Pyrhotin Chalkopyrit Pyrit
Typy ložisek: % svět zásob • magmatická sulfidická lož lož. 40% • magmatická “nesulfidická” lož. 60% • hydrotermální (žilná) -%
magmatická g či hydrotermální lož. (druhotně rozsypy)
% svět těžby 60% 40% -%
Hlavní producenti: JAR, Rusko Dostupnost současných světových zásob: 100 kt (~ 70-80 let)
15
10.9.2013
Mineralogie Pt rud „oříšek pro metalurgy“ • •
velmi nízké koncentrace v primárních rudách (X-30 g/t) komplexní mineralogie rud: – – –
•
v současnosti je známo > 300 fází (kovy (kovy, slitiny slitiny, sulfidy sulfidy, teluridy, arsenidy, …) velikost fází je běžně okolo 1 mikronu PGM tvoží často inkluze v jiných minerálech (úprava!) » ze 40-60 % tvoří pevný roztok v sulfidech (pyrhotin, pentlandit, pyrit) » z 40-50 % samostatné fáze
finačně náročná technologie: – – – –
zpracování velkého objemu suroviny mletí na vysokou jemnost náročné hydrometalurgické a pyrometalurgické zpracování vysoká cena finálního produktu
PGE světové zásoby - % dle zemí Ostatní 1%
USA Kanada 1% 0% Rusko 2%
JAR 96%
JAR Rusko
96% 2%
16
10.9.2013
PGE – těžba (2012) PLATINA JAR Rusko Zimbabw e 6%
PALÁDIUM Rusko JAR
71% 15%
Ostatní 7% Rusko 15%
Ostatní 6% Zimbabw e 4%
42% 36%
USA 6%
JAR 36%
Kanada 6%
Rusko 42%
JAR 72%
Autokatalyzátory
snižují atmosférické znečištění
Pt, Pd, Rh
Šperkařství
snubní prsteny, módní šperky
Pt
Zubařství
slitiny pro spravování zubů
Pt, Pd
El kt Elektronika ik
pevné é di disky k vícevrstvé keramické kondenzátory
Pt Pd
Chemický pr. katalyzátory chemických syntéz Pt, Pd, Rh …………………………………………………………………………………... Ropařský pr. katalyzátory čištění benzínu Pt pokovování elektrod Ir, Ru Sklářství
výroba ý skla
Pt,, Rh
Medicína
léky na rakovinu, implantáty
Pt
Senzory
teploty a plynů
Pt, Rh
17
10.9.2013
18
10.9.2013
PGE - klenotnictví • individuální obliba (USA, Japonsko, Čína) • díl produkce s mizivou recyklací • pro zvýšení tvrdosti se přidává cca 10 % Pd (X % Ru)
19
10.9.2013
Titan (Ti) Klark: 0.57 ppm
min kovnatost: 0.3-0.9 % Ti
Rutil
TiO2
Ilmenit
FeTiO3
leukoxen
ililmenitit z něhož ěh ž zvětráváním ět á á í b bylo l uvolněno železo
Titanomagnetit
(Fe,Ti)3O4
Typy ložisek: % svět zásob • magmatická lož. 70% • rozsypy (plážové, ( láž é black bl k sands) d) 30%
magmatická lož. rozsypy
% svět těžby 20% 80%
Hlavní producenti: JAR, Austrálie, Kanada, Čína Těžba v cca 12 zemích! Kvalitní bohaté rozsypy se blíží vyčerpání. Dostupnost současných světových zásob: ~ 10 let (80-90 let)
20
10.9.2013
Ti - ložiska Současnost: • plážové rozsypy (většinou fosilní) – nízká koncentrace • lož. magmatického typu v mafických horninách (anortosit, gabro) – technicky náročnější, dražší těžba, ale vyšší koncentrace)
B d Budoucnost: t • bitumenózní písky „Tar sands“ (Alberta, CAN) – vedlejší produkt
Ti – použití a vlastnosti • • • • •
lehký (4,5 g/cm3) pevnost i za vysokých teplot (tT: 1678 °C) odolnost vůči korozi dobrá opracovatelnost netoxický (kostní implantáty)
• • • •
komerčně využíván od r. 1906 nejprve jp jjako minerál ((ilmenit,, rutil)) později jako TiO2-prášek (bílý pigment) letectví (cca 30 % hmotnosti letadla), raketová technika
21
10.9.2013
Ti rudy - zpracování • rozklad reakcí s Cl na TiCl4 při cca 800 °C C • redukce na kovový Ti pomocí kovového Na či Mg v argonové atmosféře • vzniklá titanová houba se přetavuje v elektrické peci • přečišťování frakční krystalizací • zpracování rudy a kovu je bezpečné vzhledem k životnímu prostředí • (přítomnost U, Th minerálů v asociaci s Ti-min, může způsobit radioaktivitu rmutu z úpravy)
Vanad (V) Klark: 135 ppm Karnotit Roscoellit Příměs v ropě ((některé)) Příměs: • v magnetitu • v titanomagnetitu
min kovnatost: 0.01 % V V-slída
epigen. lož. v sedimentech
(až 33 % V v popelu)
sedimentární
(až 3 % V2O5) (až 4.5 % V2O5)
magmatická
Typy ložisek: • magmatická lož. – zvrstvené intruze (Bushveld) • rozsypy (magmatických ložisek) • vedlejší produkt při zpracování U (U (U-V) V) rud, rud fosfátů fosfátů, Fe-rud Fe rud • epigenetické rudy v sedimentech (U-V pískovce, Colorado Plateu, USA) Hlavní producenti: Čína, JAR, Rusko Dostupnost současných světových zásob: 63 Mt (~ 120 let)
22
10.9.2013
V - ložiska Současnost: • lož. magmatického typu v mafických horninách (anortosit, gabro) – magnetit (až 5 % V) – 21 magnetitových poloh v Bushveldském komplexu (JAR) – podobně Kačkanar (Sibiř) • nízko T - hydrotermální lož. – oxidací V3+ v horninách se mobilizuje vysoce rozpustný V5+, později vysrážení na redukčních bariérách – USA, Colorado Plateau, U-V pískovce rollového typu
Budoucnost: • vazba na organickou hmotu (uhlí, ropa, tars) • Tar sands (Alberta, CAN) – vedlejší produkt (0.02-0.05 % V)
V – použití a vlastnosti • hustota 6.1 g/cm3 • pevnost i za vysokých teplot (tT: 1900 °C) C) • příměs v ocelích (cca 0.01 až 1%) – zvyšuje pevnost, tažnost, • produkt - kov (85 %) • netoxická (hydro-)metalurgie (hydro )metalurgie (je-li (je li dobře provozována) • spalováním fosilních paliv se do ovzduší dostává o 2řády více V než z V-metalurgie (hutí)
23
10.9.2013
V rudy – vliv minerálního složení • klark Cu < klark V => různýý koncentrační faktor • ale chalkopyrit a jiné Cu min jsou mnohem častější než V-min. – vliv minerální vazby na četnost výskytu ložisek rud
V3+ je j geochemicky h i k podobný d b ýF Fe3+ … rozsáhlé áhlé isomorfní zastupování V5+ je vysoce mobilní/rozpustný … mobilizace během zvětrávání a transport
Karbonatity • magmatické hor. tvořené Ca-Na-Fe-Mg-karbonáty • téměř vždy doprovázené alkalickými horninami (nefelit, urtit, ijolit, melteigit), někdy výskyt spolu s UB (pyroxenity, dunity) • původ magmatu – svrchní plášť 1. částečné tavení hornin sv. pláště s malým množstvím karbonátů 2. vzájemná nemísivost silikátové taveniny s malým množstvím karbonátů
Zdroje surovin P Fe-Ti REE Cu U-Th Nb-Ta Zr ostatní:
apatit magnetit, titanit, titanomagnetit bastnezit, parisit, monazit (Ce,La,Nd,Th)PO4 chalkopyrit (pouze - Palabora, JAR) pyrochlor (Ca,Na)2Nb2O6(OH,F) baddeleyit ZrO2 fluorit, baryt, stroncianit (SrCO3), flogopit, kalcit
24
10.9.2013
2.
Lithium (Li) Klark: 18 ppm
min kovnatost: 0.5% LiO2; 0.17 ppm v mořské vodě
Li-karbonát Li-chlorid
Li2 CO3 LiCl
solanky (poušť Atacama, Chile; podzemní solanky)
Spodumen (pyroxen) Petalit Amblygonit Lepidolit („cinvaldit“)
LiAlSi2O6 LiAlSi4O10 (Li,Na)Al(PO4)(F,OH) K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(F,OH)2
pegmatity
Typy ypy ložisek: • podzemní solanky (0.X-0.0X% Li) • pegmatity
% svět těžby y 30% 70%
Hlavní producenti: Austrálie, Chile Dostupnost současných světových zásob: 40 Mt (~ 70-80 let)
25
10.9.2013
Těžba - lithium (2012) 37 kt Li Ostatní 5% Čína 16%
Austrálie Chile Čína
36% 36% 16%
Argentina 7%
Austrálie 36% Chile 36%
SOUČASNÉ APLIKACE • přísady do keramiky, skla (21%) – přímé použití minerálních koncentrátů • Li-baterie (19%) – rostoucí trh • mazadla (16%) – teplotně stálá, letectví (LiOH·H2O) • farmacie (9%) • vzduchotechnika (8%) – absorbce vlhkosti (LiBr) • výroba hliníku (5%) – snižování teploty tání a viskozity • ostatní (21%)
MOŽNÉ BUDOUCÍ APLIKACE • CO2-absorbce: speciální Lisloučenina schopná absorbovat až 10x více CO2 než jiné látky, až do teplot 700 °C • hybridní elektrická vozidla • baterie s dlouhodobou životností (až 12 let)
26
10.9.2013
Rubidium, Cesium (Rb-Cs) Klark: Rb 78 ppm Cs 2.6 ppm Pollucit (skupina zeolitů) Lepidolit (slída)
min kovnatost: 0.1-0.5 % Rb 0.2-0.5 % Cs2O (Cs,Na)[AlSi2O6] · nH2O (Cs+n=1) K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(F,OH)2
pegmatity p g y
Typy ložisek: % svět zásob % svět těžby • pegmatity ?% 100 % • vedlejší produkt zpracování lepidolitu, spodumenu, cinvalditu, solanek Hlavní producenti: Kanada Kanada, Zimbabwe • • • •
Cs: speciální výplachy o vysoké hustotě pro vrtání ropy a zemního plynu Rb-Cs: atomové hodiny (navigace, GPS, GMS) vláknová optika, přístroje na noční vidění, solární články DNA separace
Berylium (Be) Klark: 2 ppm
min kovnatost: 0.1-0.5 % Be
Beryl (4 % Be) Bertrandit (1 % Be)
Al2Be3(Si6O18) Be4Si2O7(OH)2
pegmatity
Bertrandit (1 % Be)
Be4Si2O7(OH)2
metasomatity
Typy ložisek: • Be-metasomatity • pegmatity
% svět zásob ?% ?%
% svět těžby 70-80 % 20-30 %
Hlavní producenti: USA Dostupnost současných světových zásob: > 80 kt (~ ? Let) • • • •
lehký kov s vysokou teplotou tání – letectví a kosmonautika legující přísada do speciálních ocelí (žárupevnost, antikorozní) slitiny Be-Cu – vysoká tepelná a elektrická vodivost, tvrdost, pevnost BeO-keramika (elektrické izolační vlastnosti,odolnost vysokých teplot)
27
10.9.2013
Těžba - beryllium (2012) 230 t Be Čína 11%
USA Čína
88% 11%
Ostatní 1%
USA 88%
Cín (Sn) Klark: 2.1 ppm
min kovnatost: 0.2-0.1 % Sn
Kasiterit
SnO2
Stannin Teallit
Cu2FeSnS4 PbSnS2
Typy ložisek: % svět zásob • rozsypy ?% • hydrotermální ?% • subvulkanická • žilná a g greisenová • vulkanosedimentární • skarny
hydrotermální
% svět těžby 70 % 25 %
Hlavní producenti: Čína, Indonésie Dostupnost současných světových zásob : ~ 25-30 let
28
10.9.2013
Těžba - cín (2012) 230 kt Sn Ostatní 12% Peru 13%
Indonézie 18%
Čína Indonézie Peru
43% 18% 13%
Bolívie 9% Brazílie B íli 5%
Čína 43%
Sn – použití a vlastnosti • antikorozní účinky • kontakty vodičů v elektrotechnice • potravinářství – staniol, pocínování plechů – konzervárenství • slitiny – bronz (+Cu) – liteřina (+Pb a Sb) – cínové kompozice (+ Cu, Sb, Pb)
• chemický průmysl – stabilizastabiliza ce PVC (organické Sn látky)
29
10.9.2013
Wolfram (W) Klark: 1.2 ppm Wolframit Scheelit
min kovnatost: 0.2 % W (Mn, Fe)WO4 CaWO4
hydrotermální
Typy ložisek: T l ži k % svět ět zásob á b • hydrotermální ?% • skarny • žilná a greisenová (plutonická)
% svět ět těžb těžby 99 %
Hlavní producenti: Čína Dostupnost současných světových zásob : ~ 70 let • vysoká tvrdost, pevnost, vysoký bod tání (3345 °C) • W-oceli a ferowolfram • W-karbidy • vlákna do žárovek
Těžba - wolfram (2012) 73 kt W ostatní 5% Rusko 5%
Čína 85% Rusko 5%
Austrálie 1% Bolívie 1%
Kanada 3%
Čína 85%
30
10.9.2013
Měď (Cu) Klark: 70 ppm
min kovnatost: 0.3-0.5 % Cu
Ryzí měď
Cu
Chalkopyrit Tetraedrit B Bornit it Covellín Chalkozín Enargit Tenantit
CuFeS2 Cu12Sb4S13 C 3FeS Cu F S4 CuS Cu2S Cu3AsS4 Cu3AsS3.25
Malachit Azurit
Cu2(CO3)(OH)2 Cu3(CO3)2(OH)2
Typy ložisek: • porfyrová lož. • Cu v sedimentech • vulkanosedimentární
hydrotermální ložiska
hydrotermální ložiska (příp. supergenní) zvětrávání/supergenní
% svět zásob ?% ?% ?%
% svět těžby 70% 15% 15%
Hlavní producenti: Chile, Čína, USA, Peru Dostupnost současných světových zásob: > 2 bil. t (~ 40 let)
USA 7%
Těžba - měď (2012) 17 000 kt Cu Chile Čína
Ostatní 45%
32% 9%
Chile 32%
Peru 7%
Čína 9%
31
10.9.2013
Cu – pužití a vlastnosti • vysoká tepelná a elektrická vodivost • kujnost a slévatelnost • pyrometalurgie (oxidační pražení, kamínek, konvertory) • hydrometalurgie (loužení s H2SO4, NH4OH, bakteriemi a následná elektrolýza)
• 98% jako kov: elektrické vodiče,, plechy, p y, trubkyy a jiné konstrukční prvky • slitiny: – Cu-Zn mosaz – Sn-Al bronz – Be, Ni, Mn, … • biomedicínské aplikace – fungicidy (CuSO4) – zdroj RTG záření (tomografie, atd.)
Molybden (Mo) Klark: 1.2 ppm
min kovnatost: 0.1 % Mo nebo vedlejší produkt
Molybdenit
MoS2
Wulfenit
PbMoO4
Typy ložisek: • porfyrová Mo • porfyrová Cu-Mo • ostatní hydrotermální
% svět zásob 40% 60% -%
hydrotermální
% svět těžby 30% 60% X%
Hlavní producenti: Čína, USA, Chile Dostupnost současných světových zásob: 14 Mt (~ 70 let)
32
10.9.2013
Těžba - molybden (2012) 250 kt Mo Ostatní 10% Peru 8%
USA 23%
Čína USA Chile
41% 23% 14%
Mexiko 4%
Čína 41%
Chile 14%
Mo – použití a vlastnosti • vysoký bod tání (tT: 2623 °C) • Metalurgie – přísada do oceli (zvyšuje pevnost, žáruvzdornost a kyselinotvornost) – těžce tavitelné speciální slitiny (+W, V, Cr, Co) – elektrotechnika • ostatní t t í – teplotně odolná maziva (MoS2) – zemědělství – Mo prášek jako hnojivo – barvení plastů a keramiky – oranžový wulfenit
33
10.9.2013
3.
Olovo (Pb) Klark: 13 ppm Galenit Cerusit Anglesit
min kovnatost: cca 3 % Pb PbS PbCO3 PbSO4
Typy ložisek: % svět zásob • Mississippi Valley ?% • vulkanosedimentární (VHMS, SEDEX) • hydrotermální (žilná) ?%
hydrotermální zvětrávací (oxidace galenitu)
% svět těžby 20% 50% 10%
Hlavní producenti: Čína, Čína Austrálie Austrálie, USA USA, Peru Dostupnost současných světových zásob: > 2 bil. t (~ 20 let) Použití: akumulátory, ochranný plášť elektrických a telekomunikačních kabelů, protiradiační ochrana (kontejnery, pláště), sklářství, glazury (PbO), pigmenty
34
10.9.2013
Těžba - olovo (2012) 5 200 kt Pb Ostatní 22%
USA 7%
Čína Austrálie USA
49% 12% 7%
Austrálie 12%
Peru 5% Mexiko 5%
Čína 49%
Zinek (Zn) Klark: 76 ppm Sfalerit Smithsonit Hemimorfit Zinkit Franklinit Willemit
min kovnatost: cca 3-5 % Zn ZnS ZnCO3 Zn4(OH)2Si2O7 * H2O ZnO ZnFe2O4 Zn2SiO4
Typy ložisek: % svět zásob • vulkanosedimentární (VHMS, SEDEX) • Mississippi Valley ?% • hydrotermální h d t ál í (žil (žilná, á metasomatická) t ti ká)
hydrotermální zvětrávací Hydrotermální (nízkoteplotní) skarny
% svět těžby 70% 20% 15%
Hlavní producenti: Čína, Austrálie, Peru, Kanada, USA Dostupnost současných světových zásob : 1,9 bil. t (~ 20 let) Použití: pozinkování (60 %), slitiny (mosaz), pigmenty (ZnO – běloba), Zn-prach (redukční činidlo), elektrotechnika
35
10.9.2013
Těžba - zinek (2012) 13 000 kt Zn
Čína Austrálie Peru
35% 11% 10%
Austrálie 11%
Ostatní 44% Čína 35%
Peru 10%
Příbram Pb-Zn-Ag
36
10.9.2013
Kutná Hora Pb-Zn-Ag
Zlato (Au) Klark: 4 ppb Ryzí zlato, stříbro Slitina Au-Ag Teluridy Intermetalické sloučeniny
Typy ložisek: • epitermální lož (Au) • mesotermální (A (Au)) • kvartérní rozsypy (Au) • paleorozsypy (Au)
min kovnatost: 2-4 ppm Au Au, Ag (Elektrum) Au2Bi Calaverit AuTe2 Sylvanit AuTe4 Petzit Ag3AuTe2
hydrotermální lož. (event rozsypy) (event.
Maldonit AuBi2
% svět zásob 40% 60% -% -%
% svět těžby 20% 60% -% 15%
Hlavní producenti: Čína, Austrálie, USA, JAR, Rusko Dostupnost současných světových zásob : ~ 20 let
37
10.9.2013
Au – použití a vlastnosti • Šperky a pozlacování: slitiny s Ag, Cu, Zn, Pa, Ni • Mikroelektronika: spoje v mikroprocesorech (vlivem dobré vodivosti a odolnosti • Sklářství: barvení nebo pozlacování l á í skla kl • Zubní lékařství: dentální slitiny • Bankovnictví a finanční spekulace
Těžba - zlato (2012) 2,7 kt Au
Čína Austrálie USA
USA 9%
14% 10% 9%
Austrálie 10% Ostatní 46%
Čína 14% Peru 6% JAR 7%
Rusko 8%
38
10.9.2013
Au světové zásoby - % dle zemí Austrálie JAR Rusko
14% 12% 10%
USA 6%
Austrálie 14% Čína 4%
Ostatní 50%
Peru 4% Rusko 10% JAR 12%
Středočeská metalogenetická zóna
39
10.9.2013
Produkce zlata v Čechách panning mining
Stříbro (Ag) Klark: 80 ppb
min kovnatost: 300 ppm Ag
Ryzí stříbro Elektrum Argentit (akantit) Freibergit g Proustit Pyrargyrit
Ag (Elektrum) Ag2S Ag-tetraedrit g Ag3AsS3 Ag3SbS3
hydrotermální lož.
Chlorargyrit
AgCl
zvětrávání Au-Ag
• epitermální lož. (Au-Ag) • hydrotermální žilná (Příbram: Ag-Pb-Zn; Jáchymov Co-Ni-As) • vedlejší produkt zpracování různých typů Pb-Zn-(Cu) rud Hlavní producenti: centrální Amerika, Čína Dostupnost současných světových zásob : ~ 20 let • Prvek: záznamová média (CD, DVD); kvalitní zrcadla; katalyzátor ox. reakcí • Slitiny: šperkařství; dentální slitiny; pájky v elektrotechnice
40
10.9.2013
Těžba - stříbro (2012) 24 kt Ag USA 4%
ostatní 17%
Austrálie 8% Bolívie 5%
Rusko 6%
Mexiko Čína Peru
19% 16% 15%
Chile 5%
Polsko 5% Čína Č 16% Peru 15% Mexiko 19%
Antimon (Sb) Klark: 0.2 ppm
min kovnatost: 1-3% Sb
Ryzí Sb
Sb
Antimonit „stibnit“
Sb2S3
Sb-okry (oxidy)
Valentinit, seramontit, kermezit
hydrotermální
• hydrotermální (žilná) • hydrotermální (epitermální) • epigenetická stratiformní ložiska v sedimentech (SikuangShan) Hlavní producenti: Čína Dostupnost současných světových zásob : ~ ? let • slitiny (např. nové typy akumulátorů, výroba pájek, liteřina) • elektronika: polovodiče typu N (diody, tranzistory), optické disky
41
10.9.2013
Těžba - antimon (2012) 180 kt Sb ostatní JAR (Rusko, atd.) 3% 10%
Bolívie 2%
Čína JAR
85% 3%
Čína 85%
Arzen (As) Klark: 1.8 ppm
min kovnatost: vedlejší produkt
Ryzí As
As
Realgar Auripigment
As4 S4 As2 S3
Arzenopyrit
FeAsS
Enargit Tenantit
Cu3AsS4 Cu3AsS3.25
hydrotermální
• hydrotermální (skarny, sulfidická lož., epitermální lož. Au) Hlavní producenti: Čína (~60%), ( 60%), Chile (~20%) ( 20%) Dostupnost současných světových zásob : ~15 let • polovodiče v elektronice: GaAs (solární články); procesory a tranzistory (superčistý Si s As) • dříve pesticidy pro impregnaci dřeva a podobné chemikálie • farmacie
42
10.9.2013
Vývoj používání As-chemikálií (USA)
Bizmut (Bi) Klark: 8 ppb
min kovnatost: vedlejší produkt
Ryzí Bi
Bi
Bismutin
Bi2S3
hydrotermální
Teluridy, sulfosole
• hydrotermální různých typů Hlavní producenti: Čína >> Mexiko • legovací prvek ve slitinách (snižuje tvrdost a zvyšuje kujnost) • díky nízké toxicitě často nahrazuje olovo (instalatérské materiály, střelivo)
43
10.9.2013
Rtuť (Hg) Klark: 0.2 ppm
min kovnatost: 0.1 %
Ryzí Hg
Hg
Cinabarit (rumělka)
HgS
M t i b it Metacinabarit
hydrotermální
Schwazit
• monometalické či polymetalické rudy (Hg+Sb, Hg+As, Hg+Au) • polymetalické rudy se schwazitem Hlavní producenti: Čína • dentální amalgámy • fyzikální přístroje (teploměry (zákaz výroby v EU) a tlakoměry) • polarografie (Heyrovský: Nobelova cena 1959) • vakcíny
4.
44
10.9.2013
Železo (Fe) Klark: 6.2 %
min kovnatost: 30-60 % Fe
Magnetit Hematit
Fe3O4 Fe2O3
Goethit
FeOOH
Siderit Ankerit Chamosit – Thuringit (Chlority)
FeCO3 (Ca,Fe)CO3
Typy ložisek: • sedimentární (BIQ) • magmatická, skarny
sedimentární (magmatická, metamorfovaná)
silikáty
% svět zásob ~90%
% svět těžby ~90%
Hlavní producenti: Čína, Brazílie, Austrálie, Indie, Rusko Dostupnost současných světových zásob : ~ 120 let
Těžba - železo (2012) 3000 Mt Fe
Čína 44% Austrálie Brazílie Indie
ostatní 14%
18% 13% 8%
Rusko R k 3% Indie 8%
Čína 44%
Brazílie 13%
Austrálie 18%
45
10.9.2013
Fe světové zásoby - % dle zemí Austrálie Brazílie Rusko
Čína 9%
21% 20% 17%
ostatní 27%
Austrálie 21%
Brazílie 20%
Rusko 17% Indie 6%
Modely ložisek Fe
46
10.9.2013
Mangan (Mn) Klark: 0.1 %
min kovnatost: 15-20 % Mn
Psilomelan „wad“ Pyroluzit Manganit Rodochrozit Rhodonit Braunit Hausmanit Chamosit – Thuringit (Chlority)
MnO2 MnOOH MnO2 * nH2O M CO3 MnCO (Mn2+,Fe2+,Mg,Ca)SiO
sedimentární (magmatická, metamorfovaná)
3
Mn2+Mn3+6SiO12 Mn2+Mn3+2O4 silikáty
• sedimentární lož lož. • zvětrávací (reziduální) Hlavní producenti: Australie, Čína, Brazílie Dostupnost současných světových zásob : ~ 40 let • feromangan (pevnost, tvrdost, opracovatelnost slitin a ocelí)
Těžba - bauxit (2012) 17 Mt Mn Ostatní 18%
Indie 5%
Austrálie JAR Čína 18%
20% 20%
Austrálie 20%
Brazílie 7%
Gabon 12%
Čína 18%
JAR 20%
47
10.9.2013
Mn světové zásoby - % dle zemí Ukrajina Austrálie Indie Čína 12%
38% 26% 13%
Austrálie 26% Ukraina 38%
Čína Čí 12% JAR 4%
Indie 13%
Gabon 7%
Hliník (Al) Klark: 8.4 %
min kovnatost: cca 30 % Al2O3
BAUXIT
AlO(OH) (diaspor, boehmit) Al(OH)3 gibbsit (hydrargyrit)
zvětrávací (laterity)
Kryolit N f lí Nefelín
Na3 AlF6 KN 3 (AlSiO4)3 KNa
magmatická
Typy ložisek: • zvětrávací (laterity)
% svět zásob 100%
% svět těžby 100%
Hlavní producenti: Austrálie, Čína, Č Brazílie, … Dostupnost současných světových zásob: 55-75 bil. t (~ 200 let)
48
10.9.2013
Těžba - bauxit (2012) 263 Mt bauxitu Ostatní 15%
Austrálie Čína Brazílie
28% 18% 13%
Austrálie 28%
Guinea 7% Indie 8%
Indonézie 11%
Čína 18% Brazílie 13%
49
