Шрифт:
Закладка:
До 1939 г. мировое производство бериллия и его солей не достигало и 10 т в год. Однако с началом второй мировой войны интерес к бериллию резко повысился. Потребление бериллия воюющими странами увеличилось в пять раз. Началась погоня за источниками дефицитного бериллиевого сырья.
Соединенные Штаты Америки, не считаясь с затратами, вывозили берилловые концентраты из Бразилии и Южной Африки на самолетах. Гитлеровцы, отрезанные от источников сырья, пытались использовать нейтральную Швейцарию для контрабандного ввоза бериллиевой бронзы: от швейцарских «часовщиков» американским фирмам поступил заказ на такое количество бериллиевой бронзы, которого хватило бы на пружины для часов всему человечеству лет на пятьсот вперед. Хитрость была разгадана, однако пружины из бериллиевой бронзы время от времени появлялись в новейших марках авиационных скорострельных пулеметов, поступавших на вооружение фашистской армии.
В послевоенные годы интерес к бериллию еще более увеличился. Причиной явилось открытие свойств сверхчистого металлического бериллия, позволяющих применять его в атомных реакторах.
Источниками берилла служат в основном гранитные пегматиты, крупные жилы которых известны во многих районах земного шара. Пегматиты возникают при кристаллизации последних порций гранитных расплавов. В условиях высоких давлений из расплавов, проникших в трещины горных пород, медленно образовывались огромные кристаллы полевых шпатов, достигающие нескольких метров в поперечнике, сплошные массы кварца, крупные кристаллы светлой слюды и разнообразные минералы редких элементов, в том числе и берилл. Отдельные его кристаллы, росшие в пустотах, наполненных газоводным высокотемпературным раствором, приобретали качество первоклассных драгоценных камней. Кристаллы берилла в пегматитах отличаются крупными размерами. Обычно они бывают до 5 см в поперечнике при длине в 10–15 см. Нередки и кристаллы-гиганты, масса которых достигает десятков, сотен и даже тысяч килограммов. Наиболее крупный из известных кристаллов берилла достигал 9 м в длину и 1,5 м в поперечнике.
Кристаллы берилла распределены в пегматитах исключительно неравномерно. Часто, обнаружив гнездо кристаллов массой до тонны, рудокопы затем в течение многих дней безуспешно «вгрызаются» взрывчаткой в плотную породу, пока не наткнутся на новое гнездо или крупный кристалл. В Африке или Бразилии еще недавно тысячи местных жителей за гроши перерабатывали огромные объемы породы, выискивая шестигранные кристаллы берилла. Так кустарным способом ежегодно добывалось несколько тысяч тонн бериллиевого концентрата.
Поиски бериллия привели к открытию месторождений нового типа. По своим химическим свойствам бериллий — типичный амфотерный элемент. Его особенность — способность к образованию «комплексных» соединений; в них амфотер вступает в прочную связь с кислотным анионом, образуя комплексный ион. Геохимик А. А. Беус предположил, что бериллий может переноситься в природных растворах в составе комплексных соединений и выделяться из растворов в результате их взаимодействия с определенными горными породами. Задача поисков месторождений бериллия новых типов облегчалась тем, что академик Д. С. Коржинский и его школа длительное время изучали аналогичные геологические и геохимические особенности горных пород, первичный состав которых был изменен под влиянием глубинных растворов и с которыми уже ранее была известна связь месторождений других редких элементов — вольфрама и олова.
Отныне ведущее место в сырьевом балансе бериллия в мире занимают так называемые пневматогидротермальные месторождения, образованные в результате взаимодействия высокотемпературных паров и растворов («ппевма» — в переводе с греческого означает газ, «гидро» — водный, «терма» — тепло) с определенными типами горных пород. В подобных месторождениях накапливаются огромные массы бериллия, измеряемые десятками тысяч тонн. Концентрация металла в рудах этих месторождений значительно выше, чем в пегматитах. Часто они сопровождаются значительными скоплениями минералов фтора, которые сами по себе имеют промышленную ценность и, кроме того, выполняют роль «поискового признака» на бериллий.
Промышленное освоение новых месторождений столкнулось с рядом трудностей. Минералы бериллия, которые в пегматитах легко отбирались вручную, здесь оказались весьма мелки (обычно доли миллиметра), что потребовало разработки специальных методов их обогащения.
Первичное обогащение бериллийсодержащих руд основано на уникальной способности ядер бериллия испускать нейтроны при облучении γ-лучами низкой энергии. Фотонейтронный метод сортировки позволяет выделить черновой концентрат из относительно бедной руды. Теперь он полностью вытеснил ручную сортировку.
Берилл — силикатный минерал, не обладающий ни магнитными свойствами, ни высокой плотностью, ни природной гидрофобностью. Растворяется он также в весьма специфических условиях. Тем не менее обогащение руд берилла возможно. Например, высокая твердость берилла и хризоберилла позволяет применять избирательное измельчение при наличии в руде мягких пород: слюдистых сланцев, талька, глины.
Чтобы извлечь берилл, сначала флотируют слюды катионным собирателем. Затем пульпу промывают для удаления катионов, воду смягчают, обрабатывают руду плавиковой кислотой (кислотная схема) или едким натром (щелочная схема) и флотируют берилл жирными кислотами (олеиновой и др.). Плавиковая кислота, как и едкий натр, является активатором флотации берилла; их действие связано с частичным растворением на поверхности минерала кремнекислородных колец (Si6О18), благодаря чему в кристаллической решетке минерала обнажаются катионы бериллия. Кварц и полевой шпат при этом остаются без изменений и не флотируют.
Попавшие в берилловый флотационный концентрат турмалин и гранат отделяют магнитной сепарацией. Окончательную очистку от примесей производят гидрометаллургическим методом: выщелачиванием и обжигом при высокой температуре. Промышленное значение приобрели и другие минералы бериллия: бертрандит, фенакит, барилит, которые также являются силикатами.
Комплексная переработка пегматитовых и пневмато-гидротермальных руд, являющихся, как правило, редкометальными, предусматривает извлечение тантала, ниобия, лития, слюды, полевых шпатов, турмалина, касситерита.
Следует заметить, что бериллий является одним из самых токсичных элементов, вызывающих легочные заболевания, рак и специфическое заболевание — бериллез.
Красный минерал белого металла
Титан — самый распространенный среди бывших редких металлов. Его содержание в земной коре 0,63 %, т. е. больше, чем меди, цинка, свинца, никеля, олова, вольфрама, молибдена, ртути, висмута и еще дюжины цветных металлов, вместе взятых. Первый титановый минерал — известный с древности рутил назван в соответствии со своим цветом (от лат. rutilus — красный). Это полудрагоценный, полупрозрачный камень, отличающийся большой величиной двупреломления света, имеющий высокую твердость, а по химическому составу представляющий собой двуокись титана ТiO2.
Титан был открыт в 1791 г. английским химиком и минералогом У. Грегором в минерале менаканите (известном теперь как ильменит — FeTiO3) и был им назван менакитом. Но в 1795 г., когда немецкий химик Мартин Клапорт вторично открыл элемент — на этот раз в рутиле, — он сменил его на громкое, ко многому обязывающее имя «титан».
Происхождение этого названия одни связывают с большой распространенностью элемента в земной коре — в греческой мифологии титанами именовались дети Геи (Земли), другие считают, что Клапорт дал имя элементу в честь Титании — фантастической
