Полезные ископаемые, извлекаемые из недр, называются минеральным сырьем. С повышением уровня жизни и развитием научно-технического прогресса потребности общества в минеральном сырье неуклонно возрастают. Постоянно расширяется количество полезных ископаемых, вовлекаемых в промышленное использование.

В древние времена человек довольствовался лишь 18 химическими элементами. Но с развитием науки и техники список используемых полезных ископаемых постоянно расширялся. К XVII в. человечеству требовалось уже 25 элементов, в XVIII в. — 29, в XIX в.— 47 и в середине XX в.— 80 элементов. Для удовлетворения неизменно возрастающей потребности общества из недр Земли извлекается огромное количество разнообразных полезных ископаемых и их руд. Так, в 60-х годах XIX в. во всем мире добывалось ежегодно около 225 млн. т важнейших минеральных веществ (угля и руд, содержащих железо, золото, серебро, цветные металлы). А в середине 60-х годов XX в. ежегодная общемировая добыча минерального сырья достигла примерно 10 млрд., т. е. за сто лет она увеличилась в 44—45 раз.

Добыча минерального сырья значительно опережает рост населения. Так, в период с 1950 по 1970 г. население земного шара увеличилось с 2,5 до 3,6 млрд, человек, т. е. примерно в полтора раза. За это время потребление каменных и бурых углей, железных и марганцевых руд, калийных солей и фосфатов возросло на земном шаре в 2—3 раза. Потребление нефти увеличилось в 4 раза, природного газа — в 5 раз, бокситов — в 9 раз и т. д. Рост потребности в минеральном сырье ожидается и в будущем.

В 1970 г. мировое потребление металлов на душу населения составило 345 кг (в том числе 331 кг — черных и 14 кг — цветных).

За свою историю человечество изъяло из недр около 50 млрд, т нефти, 5 млрд, т железа, 125 млрд, т угля и много других полезных ископаемых.

Сегодня нет такой отрасли промышленности и сельского хозяйства, которая могла бы обойтись без минерального сырья. Разнообразие минеральных ресурсов и степень их вовлеченности в хозяйственный оборот определяют уровень развития экономики государства.

Извлекая из недр огромные массы горных пород и руд полезных ископаемых, перемещая их на поверхность Земли и перерабатывая, человек тем самым производит колоссальную по масштабам геологическую деятельность. Очевидными ее результатами являются преобразование рельефа земной ловерхности, изменение химического состава почвенных слоев и биосферы, загрязнение окружающей среды и атмосферы. Вместе с тем стремительно уменьшается количество минерального сырья, остающегося в недрах. Человечество стоит перед реальной угрозой истощения недр.

Существует много противоречивых прогнозов относительно «сроков обеспеченности» человечества теми или иными видами минерального сырья. Например, американские ученые Г.. Ландсберг, Л. Фишман и Д. Фишер указывали в 1965 г., что обеспеченность США многими важными сырьевыми ресурсами находится значительно ниже возможного уровня спроса на них в 2000 году.

По некоторым оценкам зарубежных ученых, на земном шаре до 2500 года будут израсходованы запасы всех металлов, причем до 1990 г. прекратится добыча свинца, олова, а также золота, серебра и платины; до 2000— .2100 гг.— никеля, молибдена, вольфрама, меди; до 2100—2200 гг.— марганца, кобальта, алюминия. Согласно другим данным алюминия хватит на 570, железа — на 250, цинка — на 23, меди — на 29, свинца — на 19, олова — на 35 лет. Многие подобные прогнозы нельзя считать надежными. Они составлялись неоднократно и оказывались ошибочными.

Вместе с тем минеральные ресурсы не являются беспредельными. Большинство полезных ископаемых относится к числу невозобновляемых природных богатств. Они образовывались в течение длительного периода в особых геологических условиях. Интенсивное использование минерального сырья в перспективе создаст дефицит по многим видам полезных ископаемых. Поэтому сегодня как никогда актуальной становится проблема рационального использования минеральных ресурсов.

Рациональное использование минерального сырья предполагает решение следующих практических задач: 1) вовлечение в хозяйственный оборот бедных руд и уменьшение потерь при добыче и переработке полезных ископаемых; 2) комплексное пспользование минерального сырья; S) утилизация вторичного сырья; 4) улавливание газов » ныли перерабатывающих сырье заводов.

В' настоящее время в первую очередь разрабатываются месторождения, руды- которых содержат значительный процент полезного компонента. Однако количество таких месторождений быстро сокращаете*. А бедные руды разрабатывать в бальшлмктве случаев* неэкономично. Достижения научио-техинчеекога прогресса позволят ускорить вовлечение в; производство худшего по качеству минерального егерь».. Например, в начале: века промышленными считали руды, содержащие 5—6% меди. А сегодня используются медиые руды, с концентрацией полезного компонента 0,5—Оуй%. В будущем процент содержания меди снизится еще: больше. Уже. сейчас технически возможно, разрабатывать руды, » которых содержится 0,24% свинца-; причем коэффициент извлечения полезного компонента составляет 05-—70% ■

К сожалению, нередко еще велики потери и при добыче и переработке минерального сырья. Например, при разработке месторождений в недрах остается до 60—70% разведанных запасов нефти, 20—45% угля, 25% черных металлов, 20% РУД цветных металлов и т. д.

Большинство месторождений являются комплексными и обычно содержат целый ряд полезных компонентов. Так, в нефтяных месторождениях попутными компонентами являются газ, сера, йод, бром, бор, ванадий, титан, никель и др.; в газовых — конденсат, гелий, сера, азот; в ископаемых углях — сера, германий, глинозем, редкие металлы и рассеянные элементы. Железные руды помимо железа содержат титан, ванадий, кобальт, свинец, медь, цинк,, кадмий, индий, таллий, германий, бор, серу, фосфор н другие элементы. В месторождениях полиметаллических руд в различных соотношениях содержатся олово, медь, никель, кобальт, вольфрам, молибден, золота;, серебро, платиноиды и целый, комплекс редких металлов.

В связи е этим большое экономическое значение приобретает нроблема комплексного- использования минерального сырья.

Благодаря достижениям науки и техники постоянно расширяется список химических элементов, извлекаемых из минерального сырья. В цветной металлургии насчитывается 11 профилирующих металлов. Но из руд цветных металлов извлекалось в 1940 г. 34 элемента, в 1950 г. — 43, в 1960 г. — 66 и в 1970 г. — 74 элемента. На предприятиях цветной металлургии в настоящее время производится почти все количество серебра, висмута, платины и платиноидов, значительная часть золота, а также цинк, свинец, медь, олово, ртуть, кадмий, молибден, рений, германий, галлий, таллий, селен, теллур, кобальт и другие ценные элементы. Здесь же получают около 20% производимой в стране серной кислоты.

Если недавно из бокситов получали только окись алюминия, то в настоящее время разработаны способы использования и остающегося красного шлама. Он является источником литейного чугуна, глинозема и вяжущих строительных материалов. Фосфоритовые руды могут являться сырьем для получения фтора и урана.

Химическая технология и химические процессы позволяют получать редкие и рассеянные элементы, содержание которых в земной коре очень мало — от сотых до миллионных долей процента (литий, бериллий, кобальт и др.). Они дают возможность извлекать из золы некоторых сортов каменных углей германий, содержащийся в них также в ничтожно малых количествах.

Долгое время использование в промышленности редкоземельных элементов ограничивалось невозможностью разделения их на отдельные составляющие. Элементы данной группы имеют близкие свойства, что затрудняет их отделение друг от друга. Советские ученые разработали технологию выделения многих из этих элементов. Она основана на использовании малых различий в растворимости соединений, образуемых редкоземельными элементами. В настоящее время отдельные элементы данной группы и их соединения находят эффективное применение в промышленности: соединения европия и иттрия — в цветном телевидении, соединения гадолиния, европия и самария — в атомной энергетике.

Серу получают в качестве побочного продукта при переработке нефти. В Японии на установках по обессер-ниванию импортной нефти извлекается около 90 тыс. т элементарной серы. Стоимость 1 т серы, полученной на нефтеочистительных заводах Японии, составляет 37— 42 долл, при стоимости добываемой в стране самородной серы более 56 долл.

Комплексный подход используется и при эксплуатации подземных вод. Например, при разработке подзем-йых йодо-бромных вод достаточно высок процент извлечения йода и брома. Однако другие полезные компоненты фце не улавливаются, хотя могут дать значительное количество дополнительных химических элементов.

Многие геотермальные (горячие) воды, помимо того что они содержат энергию в форме теплоты и давления. Содержат и целый ряд важных минеральных компонентов. Часто энергетическая ценность геотермальных вод перекрывается стоимостью растворенных в них ценных химических элементов. Полезными оказываются и сами «отработанные воды», от которых взяты энергия и химические элементы. Они используются для ирригационных целей и в качестве удобрений.

При разработке месторождений открытым способом в отвалы поступают огромные количества вскрышных пород. Их масса непрерывно возрастает, особенно в связи с вовлечением в производство менее богатого сырья. В условиях современных достижений науки и техники бтвалы рудников, обогатительных фабрик и металлургических заводов могут рассматриваться как поверхностно залегающие руды. На их добычу и разработку не требуется таких значительных капиталовложений, как в добывающую промышленность. Вскрышные породы могут быть широко использованы для производства строительных материалов, изготовления цемента, извести, стекла, силикатного кирпича, огнеупоров и формовочных материалов, как сырье для фарфоро-фаянсовой и бумажной промышленности и в дорожном строительстве. Например, вскрышные мело-мергельные породы, перекрывающие железорудные месторождения Курской магнитной аномалии, пригодны для производства извести, цемента. Потребность в таких материалах весьма значительна во всех районах страны, а себестоимость их при попутной добыче, как правило, ниже, чем на специализированных предприятиях.

Несмотря на огромное практическое значение проблемы комплексного использования минерального сырья, здесь еще имеется много неиспользованных резервов. До сих пор не извлекаются полностью ценные компоненты, содержащиеся в железных рудах. Нередко при обогащении железных руд эти компоненты, в частности цветные металлы, теряются в отвалах.

Не всегда полностью используется попутный нефтяной газ на нефтепромыслах. На каждую тонну добытой нефти приходится I5G—200 ма нефтяного газа. В нем наряду с бензином содержатся такие ценные виды- углеводородного сырья, как пропан и бутан. Несмотря на это, во всем мире немалая часть попутного нефтяного газа еще сжигается в факелах, так как для. его- улавливания необходимо строительство специальных газоперерабатывающих установок.

Человечество ищет пути более высокой и эффективной утилизации металлов, с тем чтобы реже обращаться- к запасам руд, содержащихся в недрах земли. Поэтому в проблеме использования минерально-сырьевых ресурсов важное значение имеет широкое вовлечение в производство вторичного сырья, в частности отходов обогатительных фабрик и металлургических заводов. Например-, сегодня в развитых индустриальных странах получение меди на 3#—4'0'% основывается на утилизации вторичного сырья.

Вблизи заводов черной и цветной металлургии,, тепловых электростанций скапливаются огромные количества шлаков — отходов, образующихся при выплавке, рафинировании и переплавке металлов и сплавов, а также золы и шлаков от сжигания энергетических углей. Вторичное использование шлаков — важный резерв получения дополнительной продукции и значительной экономии финансовых, трудовых и материальных затрат. В' условиях научно-технического прогресса все больше утверждается комплексный подход к использованию шлакот Металлургические шлаки могут быть использованы в качестве сырья для дополнительного получения — доиз-влечения ценных компонентов (металлов и других химических элементов), а также для производства различных видов строительных материалов и минеральных удобрений. Так, на некоторых заводах цветней металлургии из шлаков не только производят строительные материалы, но и извлекают такие ценные цветные металлы1, как цинк, свинец, медь.

В Балхашской степи ввгреела гряда искусственных холмов. Это довоенные отвалы Коуирадекого рудника-. Они состоят почти из- пустой породы, в каждой тонне которой содержится всего 260 граммов меди. Но- неемотр-я на это, недавно они стали источником дополнительного получения меди с помощью простой химической реакции. На вершину холма закачивается вода, разбавленная серной кислотой. Просачиваясь через толщу горн, она растворяет содержащие медь минералы и несет их <к подножию холма. Затем минералы оседают в специальных отстойниках, а вода, снова разбавленная кислотой, возвращается на вершину холма. Таким образом, из отвала «высасывается» вся медь. Этот метод может дать ежегодно дополнительно тысячи тонн меди.

Наиболее эффективным направлением использования шлаков и золы тепловых электростанций, работающих на угле и торфе, является производство стеновых материалов, специальных бетонов для гидросооружений, неорганических вяжущих веществ, материалов для дорожного строительства и т. д.

Невосполнимыми отходами, обычно безвозвратно терявшимися в ходе производственного процесса, являются разнообразные газы и пыли заводов, перерабатывающих минеральное сырье. Особенно велики отходы с газами и пылью, которые выбрасываются в воздух предприятиями металлургической, цементной, нефтеперерабатывающей, химической промышленности и теплоэнергетики. На некоторых заводах цветной металлургии ежегодно в виде мельчайшей ныли выносятся в атмосферу многие сотни тонн цинка, свинца и значительное количество редких металлов. Наибольший удельный вес в газообразных выбросах приходится на соединения, содержащие углерод и серу.

На металлургических заводах выплавка каждой ,1000 т стали связана с выбросами в атмосферу 40 т пыли, 30 т сернистого газа, 50 т окиси углерода.

Сера может быть получена из отходящих газов теплоэлектростанций, работающих на нефтяном топливе. Одна теплоэлектроцентраль мощностью в 1 млн. кВт, работающая на угле, каждый час выбрасывает в атмосферу до 15 т сернистых газов и до 6 т сернистой золы. При переработке медно-никелевых руд образуются сернистые газы, из которых получают серную кислоту.

На фосфорных заводах в воздух выбрасывается окись углерода, содержащая примеси фосфорина. При производстве 1000 т серной или азотной кислоты в воздух выделяется 20 т окислов азота и сернистого газа. Установка очистного фильтра только на одной мартеновской печи позволяет предотвратить выброс в воздух ©коло 12 т пылевидных частиц железа в сутки.

Улавливанию ценных компонентов из пыли и газов уделяется с каждым годом все больше внимания. Это не только сохраняет ценное сырье, на разведку, добычу, и переработку которого затрачиваются значительные финансовые, трудовые и материальные ресурсы, но и предупреждает загрязнение окружающей среды.         t

Сейчас более 50% общего прироста производства серы в мире получают из природных и попутных газов.

В области рационального использования полезных ископаемых, сокращения потерь при их добыче еще многое зависит от успехов в развитии научно-технического прогресса, разработки новых методов и технических схем.