Вещественный состав и направления использования твердых полезных ископаемых

Москва  2022

М ИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ 
 
кафедра геологии и маркшейдерского дела

Л.Н. Ларичев 
В.В. Мосейкин
М.В. Щёкина

ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ  
И НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 
ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Учебное пособие

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 3997

УДК 553.3/9(075.8) 
 
Л25

Р е ц е н з е н т 
д-р геол.-мин. наук, профессор кафедры геологии, геохимии  
и экономики полезных ископаемых геологического факультета МГУ 
им. М.В. Ломоносова А.Л. Дергачев

Ларичев, Лев Николаевич.
Л25  
Вещественный состав и направления использования твердых полезных ископаемых : учеб. пособие / 
Л.Н. Ларичев, В.В. Мосейкин, М.В. Щёкина. – Москва : Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 2022. – 
114 с.
ISBN 978-5-907560-16-1

Работа выполнена в соответствии с учебным планом преподавания дисциплины «Геология» раздела «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» и является учебным пособием 
для проведения практических занятий по изучению вещественного состава твердых полезных ископаемых. В пособии в краткой и 
доступной форме приведены сведения о промышленной классификации твердых полезных ископаемых, об основных показателях 
их качества и направлениях использования в хозяйственном комплексе в объеме, предусмотренном учебным планом. 
Предназначено для студентов специализаций направлений 
«Горное дело» и «Физические процессы горного и нефтегазового 
производства».

УДК 553.3/9(075.8)

 Ларичев Л.Н., 
Мосейкин В.В., 
Щёкина М.В., 2022
ISBN 978-5-907560-16-1
 НИТУ «МИСиС», 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. Общие сведения о полезных ископаемых 
и показателях их качества ................................................5
1.1. Основные понятия и термины ..................................5
1.2. Качественные характеристики полезных  
ископаемых ................................................................9

ГЛАВА 2. Вещественный состав и особенности  
внутреннего строения полезных ископаемых  ...................12
2.1. Минеральный состав твердых полезных  
ископаемых ..............................................................12
2.2. Химический состав полезных ископаемых ..............14
2.3. Особенности внутреннего строения полезных 
ископаемых ..............................................................21

ГЛАВА 3. Промышленная классификация полезных 
ископаемых .................................................................25

ГЛАВА 4. Металлические полезные ископаемые 
и направления их использования  ....................................30
4.1. Черные и легирующие металлы .............................30
4.1.1. Черные металлы ............................................30
4.1.2. Легирующие металлы .....................................36
4.2. Цветные металлы ................................................41
4.3. Редкие металлы ...................................................53
4.4. Благородные металлы ..........................................59
4.5. Радиоактивные элементы .....................................63

ГЛАВА 5. Неметаллические полезные ископаемые 
и направления их использования ....................................66
5.1. Индустриальное сырье ..........................................66
5.1.1. Металлургическое сырье .................................66
5.1.2. Абразивы ......................................................68
5.1.3. Оптическое минеральное сырье ........................70
5.1.4. Диэлектрики .................................................72
5.1.5. Огнеупоры ....................................................73
5.1.6. Камнесамоцветное сырье .................................78
5.2. Химическое и агрономическое сырье ......................86
5.2.1. Минеральные соли .........................................86

5.2.2. Фосфатное сырье ............................................89
5.2.3. Сернокислотное сырье ....................................92
5.2.4. Фтористое сырье ............................................93
5.3. Природные строительные материалы и сырье  
для их производства ................................................96
5.3.1. Природные строительные камни ......................96
5.3.2. Наполнители бетонов......................................99
5.3.3. Сырье для производства вяжущих  
материалов .......................................................... 100
5.3.4. Стекольно-керамическое сырье ...................... 102

ГЛАВА 6. Твердые горючие полезные ископаемые 
и направление их использования ................................... 105
6.1. Ископаемые угли ............................................... 105
6.2. Горючие сланцы ................................................ 110

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .............................. 113

ГЛАВА 1.  
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛЕЗНЫХ 
ИСКОПАЕМЫХ И ПОКАЗАТЕЛЯХ 
ИХ КАЧЕСТВА

1.1. Основные понятия и термины

Полезные ископаемые – это природные минеральные или органические вещества, которые могут быть использованы в хозяйственном комплексе в естественном виде или после переработки 
при современном уровне развития техники и технологии.
Руда – это такое полезное ископаемое, которое содержит 
ценный элемент (или минерал) в количестве, достаточном для 
того, чтобы его извлечение было экономически выгодным.
Одним из основных показателей качества полезного ископаемого является содержание в нем полезных компонентов, 
которое в зависимости от вида сырья определяется химическими, минералогическими и другими методами анализа. По 
содержанию металлов, элементов или минералов различают 
руды богатые, бедные и убогие.
Руда богатая характеризуется высоким, в 3–5 раз выше 
кондиционного, содержанием полезных компонентов. Часто 
она может быть использована в промышленности в естественном виде, без обогащения.
Руда бедная – это полезное ископаемое, в котором содержание полезного компонента находится на грани минимального 
промышленного. Такие руды требуют обогащения.
Руда убогая характеризуется очень низким содержанием 
полезных компонентов. Такая руда обычно является непромышленной (забалансововой) при современных требованиях к 
минеральному сырью.
Применяемый иногда термин «рядовая руда» относится 
к рудам, наиболее часто встречающимся на месторождении, 
слагающим большую часть его объема и содержащим, как 
правило, полезные компоненты в количествах, незначительно 
выше минимальных промышленных (до 1,5–2,0 раза).
Представленная типизация руд непостоянна и может меняться во времени в зависимости от ряда факторов, в том чис

ле от состояния запасов минерального сырья, от потребности в 
ней промышленности, а также от уровня развития техники и 
технологии. Действительно, по мере истощения минеральных 
ресурсов на фоне сохраняющейся или возрастающей потребности промышленности в определенных металлах, элементах 
или минералах руды, ранее считавшиеся бедными, становятся основными источниками получения этих полезных компонентов и как бы переходят в разряд рядовых. В то же время 
по мере развития техники появляется возможность технологической переработки не подлежавших ранее обогащению полезных ископаемых, таких, например, как тонковкрапленные 
руды, комплексные руды с высокими содержаниями вредных 
компонентов и т.д.
Руда состоит из отдельных минералов. Те минералы, которые необходимо извлечь в данном случае, называются полезными или рудными; минералы же, которые не используются 
и от которых следует избавиться, являются так называемыми 
минералами пустой породы. Подобное разделение минералов 
довольно условно, так как один и тот же минерал может находиться в обоих состояниях в зависимости от целей обогащения 
и типа руды. Например, пирит в медно-колчеданных (пиритхалькопиритовых) рудах является минералом пустой породы, 
так как извлечению подлежит, как правило, основной медный 
минерал этих руд – халькопирит. В то же время в серно-колчеданных рудах пирит – главный рудный минерал, который извлекается с целью дальнейшей его переработки для получения 
серной кислоты.
По набору присутствующих в них минералов руды разделяются на мономинеральные и полиминеральные, или комплексные. Мономинеральные руды содержат один ценный 
минерал (например, магнетитовые кварциты). Полиминеральные руды содержат несколько ценных минералов (например, халькопирит-сфалерит-галенитовые руды).
По перечню содержащихся в рудах металлов (химических 
элементов) руды разделяются на монометалльные и полиметалльные (моноэлементные и полиэлементные). Монометалльные руды содержат только один металл (химический 
элемент), например железо, алюминий, молибден, олово, медь 
и т.д., полиметалльные руды содержат два и более ценных 

металла (элемента), например свинцово-цинковые, молибденвольфрамовые, титано-тантало-ниобиевые, барий-стронциевые и др.
В природе полиминеральные и полиметалльные руды 
встречаются чаще, чем мономинеральные и монометалльные. 
Иногда монометалльные руды могут быть полиминеральными, так как в них единственный полезный металл (или химический элемент) присутствует в нескольких минеральных 
формах, например магнетит-гематитовые железистые кварциты, халькопирит-ковеллин-борнитовые медные руды и т.д.
Большая часть руд, добываемых в настоящее время, содержит малые количества полезных минералов, явно недостаточные для прямого их использования в промышленности (в том 
числе металлургической). Для того чтобы повысить процентное содержание полезных минералов путем их отделения от 
минералов пустой породы, применяются процессы обогащения.
Во многих случаях руды содержат несколько металлов 
или химических элементов, причем в весьма неравнозначных 
концентрациях. Одной из основных задач обогащения в этих 
случаях является разработка комплексных технологических 
схем, позволяющих извлекать из руд не только главные полезные минералы, но и второстепенные, т.е. минералы, содержание которых невелико, но попутное извлечение экономически целесообразно. К примеру, большинство руд цветных 
и редких металлов отличается сложностью минерального и 
химического составов. Они являются комплексными и содержат несколько ценных металлов. Процессы обогащения позволяют перерабатывать такие руды, добиваясь извлечения 
большинства ценных компонентов. В данном случае цель обогащения заключается не только в отделении всех ценных минералов от минералов пустой породы, но и в выделении их в 
самостоятельные продукты, пригодные для металлургической 
переработки. В частности, применение методов селективной 
флотации комплексных полиметалльных медно-свинцовоцинковых руд сделало их одним из основных источников получения данных металлов.
Применение методов обогащения позволяет также удалять 
из руды вредные примеси (например, S и P из железных руд, 

Cu из молибденовых руд и т.д.) при условии нахождения их в 
собственных минеральных формах. Удаление вредных примесей позволяет значительно улучшить технико-экономические 
показатели металлургических процессов. К примеру, вредной 
примесью в свинцовой руде является Zn, увеличение содержания которого в свинцовом концентрате с 10 до 20 % повышает 
потери свинца при плавке почти в 2 раза [1].
По текстурно-структурным особенностям различают руды 
вкрапленные и сплошные. Во вкрапленных рудах отдельные 
зерна ценных минералов рассеяны в массе минералов пустой 
породы. Сплошные руды состоят главным образом из ценных 
минералов и содержат лишь небольшие количества минералов пустой породы. Выделяются еще промежуточные руды (в 
основном по текстурным особенностям) – гнездово-вкрапленные, прожилково-вкрапленные, брекчиевидные и т.д.
По размеру вкрапленности зерен полезных минералов различаются руды с весьма крупной вкрапленностью (10–20 мм 
и более), крупной вкрапленностью (2–10 мм), мелкой вкрапленностью (0,2–2,0 мм), тонкой вкрапленностью (0,02–0,20 
мм) и весьма тонкой вкрапленностью (менее 0,02 мм).
По степени подверженности гипергенным процессам руды 
делятся на первичные, окисленные и смешанные.
Руда первичная – полезное ископаемое, не подвергшееся 
позднейшим изменениям и сохранившее свой изначальный 
минеральный состав, т.е. состоящее из первичных минералов. 
Примером могут служить пирит-халькопиритовые медные 
руды, сфалерит-галенитовые свинцово-цинковые руды, магнетитовые железистые кварциты и т.д.
Руда окисленная – полезное ископаемое главным образом 
приповерхностных частей месторождений, сформировавшееся 
в результате окисления первичных руд и состоящее из вторичных минералов, возникших за счет первичных минералов в 
результате гипергенных процессов. Примером могут служить 
малахит-азуритовые (Cu2[CO3](OH)2–Cu3[CO3]2(OH)2), ковеллин-халькозиновые (CuS–Cu2S) медные руды, церусситовые 
(PbCO3) свинцовые руды, каламиновые (Zn4Si2O7(OH)2), виллемитовые (Zn2SiO4), смитсонитовые (ZnСO3) цинковые руды, 
гарниеритовые (Ni4[Si4O10][OH]4×4H2O) никелевые руды, мартитовые железистые кварциты.

Руда смешанная – полезное ископаемое, в котором присутствуют оба вышеописанных типа руд. Эта руда слагается как 
первичными, так и вторичными минералами. Примером могут 
служить ковеллин-халькопирит-пиритовые медные руды, которые образовались в результате вторичного развития ковеллина по первичному халькопириту в халькопирит-пиритовых 
первичных рудах в зоне цементации ряда месторождений. Не 
менее типичным примером являются гематит-магнетитовые 
железные руды, настуран-черниевые урановые руды и т.д.
В зависимости от классификационной принадлежности 
рудных минералов руды подразделяются на сульфидные, 
т.е. содержащие ценный компонент в форме сульфидов или 
их аналогов – арсенидов, стибидов и т.д. (халькопирит-пиритовые медные, галенит-сфалеритовые свинцово-цинковые и 
т.д.); окисные, т.е. содержащие ценные компоненты в форме 
окислов и гидроксидов (магнетитовые, гематитовые железные руды, касситеритовые оловянные руды, уранинитовые 
или настурановые урановые руды и т.д.), карбонатные, т.e. 
содержащие полезные компоненты в форме карбонатов (малахит-азуритовые медные руды, сидеритовые железные руды, 
церусситовые свинцовые руды и т.д.), фосфатные (отенит-торбернитовые урановые руды, фосфоритовая руда и т.д.), силикатные (каламиновые цинковые, гарниеритовые никелевые 
руды и т.д.), самородные (самородные металлы и интерметаллические соединения – золото, платина, платиноиды).

1.2. Качественные характеристики 
полезных ископаемых

Полезные ископаемые формируются в земной коре в самых 
разнообразных физико-химических условиях и являются результатом действия и взаимодействия эндогенных и экзогенных геологических процессов. В связи с этим качественные характеристики их весьма многообразны и зависят от множества 
факторов, в том числе от особенностей происхождения (генезиса), условий залегания, вещественного состава вмещающих пород, строения и особенностей геологического развития блоков 
земной коры, в пределах которых они локализованы, степени 
расчлененности рельефа, климатических условий и т.д.

В общем случае качество минерального сырья характеризуется рядом свойств, которые определяют направление его использования (область применения), сохраняемость и технологичность (обогатимость).
К характеристикам металлических полезных ископаемых, 
которые определяют направление его возможного использования (промышленную значимость), относятся вещественный 
состав; текстурно-структурные особенности; содержание основных полезных, попутных полезных, вредных компонентов; распределение полезных и вредных компонентов в объеме 
месторождения или отдельного полезного ископаемого.
Качество горнорудного сырья характеризуется содержанием полезных минералов и комплексом их специфических 
свойств, которые предопределяют направление их промышленного использования. Такими свойствами могут являться 
окраска, отсутствие дефектов и масса кристаллов для оптического и ювелирного сырья, твердость абразивов, длина волокон и степень кислотоупорности асбеста и т.д.
Качество полезного ископаемого может оцениваться по его 
физико-техническим свойствам. Такими показателями для 
природных строительных материалов являются прочность, 
морозостойкость, декоративность, блочность и т.д., которые 
определяют возможность их промышленного использования.
Основными свойствами, характеризующими качество и 
направление использования ископаемых углей, являются их 
зольность, влажность, теплота сгорания, коксуемость, кусковатость, содержание серы и фосфора, склонность к самовозгоранию.
Способность минерального сырья сохранять свои свойства 
без изменения при достаточно длительном хранении (сохраняемость) включает стойкость к выветриванию, слеживаемость, 
способность к окислению и самовозгоранию и т.д. и обусловливается его вещественным составом, структурно-текстурными характеристиками, а также физико-химическими и физико-механическими свойствами.
Свойства минерального сырья, определяющие условия и 
особенности его обогащения и переработки (технологичность), 
– обогатимость, флотируемость, абразивность и др. зависят