Как используют минералы

Много сокровищ хранит в своих недрах Земля. Их выявляют геологи. Вся наша жизнь тесно связана с использованием природных богатств. Взгляните вокруг: дом, в котором мы живем, сложен из камней, кирпичей и бетона, а сырье для них получено из земли. Машины, необходимые на производстве и в быту, сделаны из металлов, руды которых добывают в земных недрах. А уголь, нефть?

Если вспомнить об энергетическом кризисе, поразившем многие страны, то станет особенно ясной зависимость жизни человечества от горючих ископаемых, запасы которых ограничены и распределены неравномерно. Как используют минералы, которые содержатся в земной коре?

Металлические минералы

Не все металлы вовлекались в производство одновременно, со временем сфера применения металлов расширялась. С бронзой пришло использование олова, а вот частый спутник олова – вольфрам еще в средневековье считали вредной примесью к оловянным рудам. Потому и называли «волчьей пеной» («вольф» – «волк», «рам» – «пена»).

А сейчас вольфрам нашел широкое применение в производстве тугоплавких сортов сталей, нитей накаливания в электрических лампочках (подробнее: Развитие порошковой металлургии) и др.

Рано начали добывать свинец и использовать его для пуль, теперь же он крайне нужен и для экранов, защищающих от радиоактивных излучений. Но вот постоянный спутник свинца – цинк долгое время не использовался, да и сейчас он вроде пасынка в цветной металлургии – не очень-то вроде он и нужен, разве что для оцинкования детских ванночек, ведер, производства цинковых белил.

Однако стоимость содержащихся в сульфиде цинка примесей редких элементов – индия и кадмия – сопоставима со стоимостью самого цинка! Так что и цинковые руды представляют большую ценность. Известно, что открытие радиоактивных, редкоземельных и редких элементов произвело большую революцию в технике. И сейчас практически все элементы из таблицы Менделеева используются человеком.

Минералы как красители

Минералы издавна употреблялись как красители. Самые древние художники каменного века рисовали на скалах охрой диких животных – носорогов, мамонтов, а также сцены жизни – охоту, войны.

Задолго до нашей эры (в третьем тысячелетии) развивалась совершенная по технике живопись Северной Африки, достигшая расцвета в фаюмских портретах (Египет, I–III век нашей эры), удивляющих реалистичностью и чистотой красок. И сейчас минеральные краски самые яркие и стойкие, чистые, например синий аквамарин, зеленая изумрудная зелень и волконекоит, ярко-красная киноварь, оранжевый аурипегмент и др.

Пресная вода

Пресная вода – это тоже дар Земли, наша ценность, которую нужно беречь и всячески охранять. С годами, особенно при энергичной промышленной деятельности человечества, происходит загрязнение водоемов и рек. Порубка лесов вызывает обмеление рек, а сооружение некоторых водохранилищ – наоборот, заболачивание обширных площадей некогда плодородных земель.

Проблема сохранения ресурсов пресной воды и выявления запасов пресных вод, которые можно было бы получить путем бурения глубоких скважин для водоснабжения населения, сейчас является очень острой. Встает также задача кругооборота воды при промышленном использовании с возвратом ее снова в употребление. Большое значение имеют минеральные воды как средство лечения людей. Ресурсы минеральных вод огромны. Производятся разведки дополнительных запасов этих вод. Минеральные воды получают свои с компоненты – соли кислот, щелочи и т. д. – при взаимодействии их на глубине с горными породами и выщелачивании из них элементов.

Горячие источники образуются за счет вод, поступающих с больших глубин, и особенно часто встречаются в областях недавней вулканической деятельности. Горячие (термальные) воды и пар этих источников используются для создания электростанций, обогрева домов и теплиц (Камчатка, Исландия и др.).

Нерудные полезные ископаемые

Нерудные полезные ископаемые тоже очень разнообразные и значение этих минеральных образований ничуть не меньше, чем металлов. Интереснейшим является асбест. Особенностью асбеста – водного силиката магния – являются его длиннопризматические трубчатые кристаллы, которые можно расщеплять на тончайшие «каменные нити».

Толщина «асбестовых нитей» иногда менее 0,0001 миллиметра! Эти нити можно прясть. Асбест – жаростойкий материал. Эти его особенности были известны еще в древности. Самые длинноволокнистые разновидности этого минерала (длина волокна больше 8 сантиметров) используются для производства тканей в сочетании с хлопковой пряжей. Особенно идет пряжа с асбестовой нитью для производства блестящих, а также тяжелых тканей, например для занавесей в театры. Асбест присоединяют к хлопку для придания тканям не только красивого блеска, но и большей прочности.

Асбест используют в производстве трансмиссионных ремней. Коротковолокнистый асбест идет на производство теплоизоляционных материалов. Некоторые разновидности имеют кислотоупорные свойства, их применяют для изоляции подводных кабелей, для изготовления асбестоцементных труб и плит. Важны для техники кристаллы разных минералов из гидротермальных жил: кварца, кальцита, плавикового шпата.

Прозрачные разновидности этих кристаллов используются при производстве оптических приборов. Кальцитовые прозрачные кристаллы (исландский шпат) обладают сильным двойным светопреломлением. Эту особенность легко проверить. Рассматривая через прозрачный кальцитовый кристалл какое-нибудь пятно или букву на бумаге, можно увидеть вместо одного пятна два, их создали два отклоняющихся под углом луча, обладающие различной скоростью прохождения света.

Это свойство кальцита, его двойное лучепреломление, используется в производстве специальных пластин для поляризационных микроскопов. В кристаллах кварца, также применяемых в оптическом производстве, наоборот, ценится низкое двупреломление света: их используют для производства кварцевых клиньев, употребляемых для определения оптических свойств минералов.

Из прозрачных кристаллов кварца изготовляют оптические линзы. Очень большое значение имеет пьезоэлектрический эффект кварцевых кристаллов: при ориентированном давлении в них возбуждаются электрические заряды. Идеальные и хорошо сохранившиеся кристаллы прозрачного кварца употребляются для изготовления пьезокварцевых пластинок, стабилизаторов радиоволн, резонаторов эхолотов.

Кварцевое стекло пропускает ультрафиолетовые лучи. Красивые разновидности прозрачных кварцевых кристаллов применяются как поделочные камни и для украшений. Агаты – тоже минералы кремнезема – употребляются для подставок к точным приборам, для изготовления агатовых ступок и т. д.

Словом, здесь используются разные свойства минерала: твердость, прозрачность, пьезоэлектрические свойства, особенности оптических свойств.

Третий минерал этой группы – плавиковый шпат, или флюорит, имеет уже более разнообразные сферы применения: в металлургии – для понижения температуры плавления металла, в химии – в производстве плавиковой кислоты, в оптической промышленности редкие в природе бесцветные и прозрачные кристаллы флюорита используются при производстве особо качественных оптических линз. Кристаллы технически ценных оптических минералов выращиваются в специальных лабораториях и заводах, где люди создают очень совершенные и крупные кристаллы. Это техническое производство минералов позволяет лучше понять и условия их природного образования.

Строительные материалы

Большое значение имеют разнообразные традиционные строительные материалы, в основном горные породы: песчаники, граниты, туфы, известняки.

Горючие ископаемые

Горючие ископаемые – уголь, нефть, горючие сланцы используются не только в энергетике, но и для получения ценных органических соединений, широко используются в производстве синтетических материалов – тканей, а также пластмасс, которые во многом заменяют в технике цветные металлы и сталь. Здесь перечислены лишь некоторые области в которых используют минералы. Развитие техники и особенно электротехники открывает новые области их применения. Применение всех видов минерального сырья вкратце перечислить невозможно. Ясно одно: минеральное сырье – основа промышленности.