Преимущественно в сульфидных гидротермальных и частично магматических месторождениях, наряду с основными элементами, входящими в состав сульфидов, развиты также многочисленные рассеянные элементы — кадмий, индий, таллий, германий, галлий, селен, теллур, рений и др. Отдельные из них входят в состав железных руд, а некоторые концентрируются в различных силикатах и углях. Рассеянные элементы обычно содержатся в виде изоморфной примеси в сульфидах и некоторых других минералах и редко образуют самостоятельные минералы. Содержание рассеянных элементов в рудах составляет сотые, тысячные либо даже десятитысячные доли процента, но в ряде случаев они существенно повышают ценность руд.
Кадмий
Кадмий открыт в 1817 г. немецким химиком Штромейером в окисленных цинковых рудах. Так как новый элемент постоянно сопутствовал цинку, Штромейер назвал его кадмием, как в древности по-гречески обозначались руды цинка (Cadmea). Кадмий белый серебристый металл с температурой плавления 321°С, кипящий при температуре 767 °С, получил промышленное применение в начале XX в. в гальванотехнике, в частности для кадмирования медной проволоки, деталей автомобилей и самолетов. Значительная часть кадмия идет на изготовление легкоплавких сплавов, химикалиев, оборудования ядерных реакторов. Добыча кадмия в капиталистических странах в 1978 г. составила около 18,13 тыс. т. Главные производители кадмия США, Япония, Канада, Бельгия и ФРГ. По данным Горного бюро США мировые ресурсы кадмия составляют порядка 9 млн. т. В 2000 г. в США планируется потреблять 11 500 т кадмия [Коган Б. И., 1979].
Краткие черты геохимии кадмия
Среднее содержание кадмия в земной коре по А. П. Виноградову 1,3∙10-5%, по В. В. Иванову [1966] 1,1∙10-5%. Порядковый номер кадмия 48, атомная масса 112,40. Он состоит из смеси восьми изотопов: 106Cd, 108Cd, 110Cd, 111Cd, 112Cd, 113Cd, 114Cd и 116Cd. Распространенность в природе этих изотопов соответственно следующая (в %): 1,22; 0,88; 12,4; 12,8; 24,0; 12,3; 28,8 и 7,6. Изотопы 106Cd и 113Cd радиоактивны. Кадмий в природе проявляет единственную валентность, равную двум.
Кадмий — типичный халькофильный элемент, что определяется наличием 18 электронов в предпоследнем слое. В ряду возрастания сродства металлов к сере в природных условиях (ряд Шюрмана) кадмий стоит перед свинцом, цинком, никелем; кобальтом, железом и другими элементами. Кадмий образует весьма ограниченное число редко встречающихся природных соединений, являющихся в большинстве случаев гипергенными образованиями. По кристаллическим свойствам кадмий ближе всего к цинку, а из редких элементов к индию и таллию (ионные радиусы Cd 0,099 нм, In 0,099 нм, Т1 0,105 нм).
Кадмийсодержащие минералы и месторождения
Известно шесть кадмиевых минералов (содержание Cd в %): гринокит CdS (77,81), хоулиит CdS (77,81), ксантохроит CdS(H2O)x (77,22), кадмоселит CdSe (47), монтепонит CdO (87,5) и отавит CdCO3.
Основная масса кадмия рассеяна в большом числе минералов (более 50), преимущественно в сульфидах цинка, свинца, железа, меди, марганца и ртути [Иванов В. В., 1966]. Максимальная концентрация отмечена в минералах цинка и прежде всего в сфалеритах (до 5%). В большинстве же случаев содержание кадмия в сфалерите не превышает 0,5—0,6%. В других сульфидах, например, в станнине содержание кадмия 0,003—0,2%, в галените — 0,005—0,02%, в халькопирите — 0,006—0,12%; из этих сульфидов кадмий обычно не извлекается.
Кадмий не образует самостоятельных месторождений, а входит в состав руд месторождений других металлов. Относительно высокое содержание кадмия наблюдается в рудах среднетемпературных свинцовоцинковых и частично медноколчеданных месторождений.
Индий
Индий открыт в 1863 г. Рейхом и Рихтером при спектральном анализе сульфидных руд Фрейберга (ZnS, PbS). Металл впервые нашел практическое применение в 1924 г. В настоящее время он применяется для разных покрытий толщиной от 0,025 мм и меньше, наносимых гальванотехнически. Индий образует сплавы с серебром, сурьмой, оловом и другими металлами. На ветровые стекла самолетов наносится пленка, состоящая из сплава олова и окиси индия. Такая пленка предотвращает обледенение стекла и хорошо проводит электрический ток, что очень важно при электрическом обогреве ветровых стекол.
Слоем цинково-индиевого сплава покрывают стальные пропеллеры, чтобы повысить их антикоррозионные свойства. Известная автомобильная фирма «Студебеккер» заменила хромирование открытых частей автомобиля «индированием». Эти покрытия оказались значительно долговечнее хромированных. Индий широко применяется при изготовлении высококачественных специальных зеркал. Серебряные зеркала прожекторов, покрытые тончайшей пленкой индия, не тускнеют при любых метеорологических условиях. Добыча индия в капиталистических странах в 70-х годах превышала 45 т в год. США планируют увеличить добычу индия в 2000 г. до 47 т в год [Коган Б. И., 1979].
Краткие черты геохимии индия
Содержание индия в земной коре по А. П. Виноградову 2,5∙10-5%, по В. В. Иванову и др. [Таллий…, 1960] 1,4∙10-6%. В периодической системе элементов индий находится в третьей группе вместе с таллием и галлием, а по периоду — между кадмием и оловом. Порядковый номер его 49, атомная масса 114,82. У индия два стабильных изотопа 113In и 113In, распространенность которых соответственно около 4,2 и 95,8%. 145In имеет период полураспада 6∙10-4 лет. Индий несет во внешнем слое «0» три электрона. Для него наиболее вероятно одно- и трехвалентное состояние. Из характера расположения электронов в атоме вытекает, что индий должен быть отнесен к халькофильным элементам (18 электронов в предпоследнем слое).
По важнейшим геохимическим свойствам индий ближе всего к олову, кадмию, затем к галлию, таллию, железу и несколько дальше от цинка, меди и свинца [Иванов В. В., 1966].
Индийсодержащие минералы и месторождения
В настоящее время известно четыре индиевых минерала: самородный индий, рокезит CuInS2, индит Feln2S4 и джалиндит In(ОН)3.
В основном индий в виде изоморфной примеси содержится в раннем высокожелезистом сфалерите, где его содержание достигает десятых долей процента. В некоторых разновидностях халькопирита и станнина содержание индия составляет сотые — десятые доли процента, а в касситерите и пирротине тысячные доли процента. В пирите, арсенопирите, вольфрамите и некоторых других минералах концентрация индия 0,000 n%. Промышленное значение на индий пока принадлежит сфалериту и другим минералам, содержащим не менее 0,1% индия.
Индий самостоятельных месторождений не образует, а входит в состав руд месторождений других металлов. Согласно В. В. Иванову и др., наиболее высокое содержание индия установлено в рудах касситеритоносных скарнов и сульфидно-касситеритовых месторождений различных типов.
Таллий
Таллий открыт в 1861 г. Круксом в пыли сернокислотного завода в Гарце. Таллий применяется при изготовлении фотоэлементов, в медицине, химии. Карбонат, иодид и бромид таллия применяются в оптике для производства оптического стекла. Сульфат таллий включают в состав яда для борьбы с грызунами. Сплавы Pb—Sb—Sn—Tl превосходят лучшие оловянные сплавы для изготовления подшипников. Добавка 8,5% таллия в ртуть понижает температуру ее плавления с —39 до 60 °С. Такой сплав применяется в термометрах, которые позволяют измерять температуру от —59 до +550°С. JB настоящее время за рубежом основным потребителем таллия является военная промышленность (аппараты инфракрасной сигнализации, фотографирование в темноте, теплолокационное устройство). В виде сплавов таллий входит в состав нового класса полупроводниковых соединений.
Добыча таллия в капиталистических странах достигала 20 т, но за последние годы сократилась и ориентировочно составляет 10—12 т, в том числе в ФРГ 8 т. Главным сырьевым источником являются пиритные огарки, отходы и промпродукты кадмиевых цехов, пыль от обжига цинковых и свинцовых концентратов.
Краткие черты геохимии таллия
Таллий — мягкий, ковкий металл серебристо-белого цвета. Известны две модификации металлического таллия: α-таллий с гексагональной решеткой, устойчивый при температуре ниже 226—235° С и более высокотемпературный β-таллий с кубической гранецентрированной решеткой.
Порядковый номер таллия 81, атомная масса 204,37. В природе известны два стабильных изотопа 203Тl и 205Тl, распространенность которых соответственно равна 29,46 и 70,54%. В природных эндогенных процессах таллий ведет себя преимущественно как одновалентный элемент и лишь в процессах гипергенеза в сильно окислительных условиях возможно его трехвалентное состояние. Наибольшее сходство по физическим, химическим и кристаллохимическим свойствам одновалентный таллий обнаруживает, с одной стороны, с калием, рубидием и цезием, а с другой — со свинцом и серебром.
Среднее содержание таллия в земной коре, по А. П. Виноградову, 1∙10-7%.
Талийсодержащие минералы и месторождения
Таллий образует самостоятельные минералы лорандит TlAsS2, врбаит Tl4Hg3Sb2As8S20, гутчинсонит (Pb, Tl)S∙Ag2S∙5As2S5, круксит (Cu, Tl, Ag)2Se и авиценнит Тl2O3. Первые два встречены на Северном Кавказе в ассоциации с пиритом и марказитом. Главная масса таллия связана с сульфидами и прежде всего с дисульфидами железа. В пирите, в частности, он установлен в 25% проанализированных образцов. Его содержание в дисульфидах железа нередко составляет 0,1—0,2%, а иногда достигает 0,5%. В галенитах содержание таллия колеблется от 0,003 до 0,1% и редко более. Высокие концентрации таллия в дисульфидах и галенитах характерны для низкотемпературных телетермальных свинцово-цинковых месторождений в известняках, например, в известных свинцово-цинковых месторождениях ПНР. Содержится он в галенитах и других типах месторождений, например, на Алтае (до 0,04%). Исследования К. Ф. Кузнецова и др. [1959 г.] показали, что содержание таллия, достигающее 0,5 и более, отмечается в некоторых сульфосолях. Небольшое количество таллия встречается во многих других сульфидах, например, в сфалеритах и халькопиритах некоторых медноколчеданных месторождений. Его содержание колеблется от 0,0025 до 0,005%.
В связи с двойной геохимической природой таллий ведет себя, с одной стороны, как халькофильный, а с другой — как литофильный элемент, сопутствуя калию, рубидию, с которыми он имеет близкий ионный радиус, и цезию [Таллий…, 1960].
Германий
Германий открыт в 1886 г. Винклером. Он оказался тождественным элементу «экасилицию», существование и свойства которого были предсказаны Д. И. Менделеевым еще в 1870 г. Исключительно разнообразные, во многих случаях уникальные, свойства германия определяют его ценность и необходимость для многих отраслей современной промышленности! В последние годы германий широко используется для изготовления полупроводниковых диодов и триодов, фотоэлементов, тер мистеров, применяемых в радиотехнике, телемеханике и счетно-вычислительной технике.
Германиевые пленочные покрытия, наносимые на стекло, кварц или плотную керамику, широко применяют в радиотехнике в качестве пленочных сопротивлений для выпрямителей микроволн и в новейших системах радиодетекторных установок. Монокристаллический германий применяется также для дозиметрии радиоактивных излучений, в электронных устройствах как выпрямитель, усилитель и в качестве прямого преобразователя световой и тепловой энергии в электрическую. Кристаллы германия применяются также для определения температуры. Германий и его соединения нашли широкое применение в фотоэлектрических приборах, радарах, полярографах, в медицине (лечение злокачественного малокровия и сонной болезни). Германий используется для изготовления линз в инфракрасной оптике, как светочувствительный индикатор инфракрасных лучей, в качестве катализатора реакций при низкой температуре, для измерения сверхнизких температур, для получения сплавов с другими металлами, характеризующихся повышенной пластичностью и механической прочностью, стойкостью в кислых агрессивных средах и хорошими литейными качествами (сплавы германия с алюминием, магнием, медью, свинцом, оловом, серебром, золотом и платиной).
Производство германия в капиталистических странах возросло с 0,1 тв 1946 г. до 65 т в 1977 г. При этом до последнего времени 90% извлекаемого германия приходилось на сульфидные руды и 10% добывалось из угля, в настоящее время угли приобретают большее значение для добычи германия.
Запасы германия в капиталистических и развивающихся странах оцениваются в 1000 т. В США в 1977 г. выпущено 16 т, а применено 20 т германия; на 2000 г. прогнозируется выпускать 37 т [Коган Б. И., 1979].
Краткие черты геохимии германия
Германий относится к числу малораспространенных рассеянных элементов. Согласно А. П. Виноградову и Мезону, кларк германия равен 1,4∙10-4%. Порядковый номер германия 32, атомная масса 72,60. Известно пять природных устойчивых изотопов германия 70Ge, 72Ge, 73Ge, 74Ge и 76Ge, распространенность которых соответственно равна 20,5; 27,4; 7,8; 36,5 и 7,8%. Кристаллическая решетка металлического германия кубическая, типа алмаза с параметром 0,565 нм. По величине атомного радиуса (0,139 нм) германий близок к галлию, мышьяку, молибдену, кремнию, титану.
Металлический германий светло-серого цвета, имеет сравнительно высокую твердость, очень хрупкий. Температура плавления 937,2 °С, температура кипения 2700 °C. Германию присущи свойства металла и металлоида. В соответствии со строением наружной электронной оболочки атома германий может быть двух- и четырехвалентным положительным ионом. Как в гипогенных, так и в гипергенных процессах более характерны и устойчивы соединения четырехвалентного германия.
Сходство ионных радиусов иона Ge2+ 0,073 нм (по Аренсу) и изовалентных ионов Fe2+, Zn2+, Cu2+, Со2+, Ni2+ вполне допускает изоморфизм между ними. Этим (в некоторой мере) объясняется частое нахождение германия в минералах железа, меди, цинка. Среди четырехвалентных ионов Ge2+, при значении ионного радиуса 0,073 нм имеет сходство с Sn4+ и Мо4+. А. Е. Ферсман относил ионы германия к типу купро (или тип 18-электронных оболочек).
Германий обладает сидерофильными, литофильными и халькофильными свойствами и вследствие незначительного содержания в земной коре и геохимического сродства к некоторым широко распространенным элементам обнаруживает ограниченную способность к образованию собственных минералов, рассеиваясь в решетке других минералов [Гинзбург, 1959].
Германийсодержащие минералы и месторождения
Германий образует следующие минералы: германит Cu3(Ge, Fe)S4 (6—10% Ge), реньерит Cu3(Fe, Ge)S4 (5,5—7,7% Ge), аргиродит Ag8GeS5 (3,6—7% Ge), канфильдит Ag3(Sn, Ge)S6 (до 1,8—2% Ge), ультрабазит Pb28Ag22Sb4Ge3S51 (до 2,2% Ge), флейшерит Pb3Ge[(OH)4(SO4)2]∙4H2O, итоит Pb3[GeO2(OH)2(SO4)2], стотит FeGe(OH)6 и др.
Первичные минералы германия возникают в условиях гидротермального сульфидного процесса предположительно при средних и низких температурах. Для основных германиевых минералов — германита и реньерита — характерна ассоциация сульфидов; теннантита, борнита, энаргита, люцонита, идаита и др.
Типичным примером таких месторождений являются Тзумеб (Намибия) и Кипуши (Заир). Гипергенные минералы германия стотит, флейшерит и итоит обнаружены на месторождении Тзумеб в зоне окисления в ассоциации со вторичными минералами: церусситом, миметезитом, плюмбоярозитом и др. Основная же масса германия находится в виде изоморфной примеси в различных минералах, главным образом в силикатах и в сульфидах. Так, например, в некоторых сфалеритах содержание германия достигает десятых долей процента, в энаргитах до 0,5%, в пираргирите до 1%, в сульваните и франкеите 0,1%, в других сульфидах и силикатах (сотые и тысячные доли процента).
Германий концентрируется в месторождениях многих металлов. Согласно А. С. Жуковой [1960], германий обнаружен в рудах всех генетических типов месторождений, за исключением собственно магматических. Наибольшее промышленное значение имеют средне-низкотемпературные свинцово-цинковые медные и другие сульфидные месторождения, ископаемые угли и железные руды осадочно-метаморфического происхождения.
Галлий
Существование галлия было предсказано Д. И. Менделеевым в 1871 г. Французский химик Лекок де Буабодран в 1875 г. опубликовал данные о свойствах элемента, который был назван в честь родины ученого галлием (Gallia — Франция). Д. И. Менделеев обратил внимание, что при вычислении плотности галлия, принятой равной 4,7 г/см3, допущена ошибка. В действительности этот элемент должен иметь плотность 5,9—6 г/см3. Лекок де Буабодран убедился в своей ошибке, и повторные исследования подтвердили предсказания Д. И. Менделеева: плотность рассматриваемого элемента оказалась равной 5,96.
У галлия низкая температура плавления и высокая температура кипения (2000 °С). В связи с этим он применяется для изготовления высокотемпературных термометров, электроплавких предохранителей пожарных сигналов, полупроводниковых и электронных приборов. Легкоплавкость галлия используется в атомных реакторах, где жидкий металл служит превосходным теплоносителем. Сплав 82% галлия, 12% олова и 6% цинка, разжижающийся при 17°С, широко применяется в технике. Сплав галлия, висмута и олова используется в медицине.
Радиоактивный изотоп применяется для лечения костного рака. Галлий увеличивает коэффициент преломления стекла и применяется для изготовления специальных зеркал.
Добыча галлия в капиталистических странах достигла в 1977 г. 20 т [Коган Б. И., 1979].
Краткие черты геохимии галлия
Галлий находится в третьей группе периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Порядковый номер его 31, атомная масса 69,72. Известны два природных изотопа галлия 69Ga и 71Ga, распространенность которых соответственно равна 61,2 и 38,8%. Галлий — типичный рассеянный элемент с двойственной геохимической природой. Ввиду близости его кристаллохимических свойств с главными породообразующими элементами (Al, Fe и др.) и широкой возможности изоморфизма с ними галлий не образует больших скоплений, несмотря на значительную величину кларка [Галлий…, 1960]. Согласно О. В. Вершковской широко распространен изоморфизм (AlO4)5- и (GaO4)5-, а в гидротермальном процессе ZnS и Ga2S3; имеет место также изоморфизм Ga с Fe3+ и Fe2+. Среднее содержание галлия в земной коре, по А. П. Виноградову, 1,9∙10-3 %.
Галлийсодержащие минералы и месторождения
О. В. Вершковская выделяет следующие минералы с повышенным содержанием галлия: сфалерит (0—0,1%), магнетит (0—0,003%), касситерит (0—0,005%), гранат (0—0,003%), берилл (0—0,003%), турмалин (0,01 — более 0,01%), сподумен (0,001—0,07%), флогопит (0,001— 0,005%), биотит (0 — более 0,1%), мусковит (0 — более 0,01%), серицит (0 — более 0,005%), лепидолит (0,001—0,03%), хлорит (0—0,001%), полевые шпаты (0 — более 0,01%), нефелин (0—0,1%), гекманит (0,01—0,07%), натролит (0—0,1%).
В восстановительной среде галлий не способен образовывать сульфоанионы и всегда выступает как катион. Это свойство в сочетании с. другими факторами в значительной степени определяет круг минералов-концентратов галлия в гидротермальных сульфидных образованиях.
По О. В. Вершковской, содержание галлия в горных породах не зависит ни от их возраста, ни от района распространения, причем оно закономерно уменьшается с повышением основности пород.
Селен
По свойствам селен близок к теллуру. По аналогии с теллуром («tellus» по-латыни Земля) селен был назван в честь Луны — спутника Земли (по-гречески «Selene» — Луна). Минералы селена были открыты Берцелиусом непосредственно после открытия им же селена в 1818 г. в шламах свинцовых камер сернокислотного завода близ Гринсхольма, перерабатывавшего руды шведского месторождения Фалун. Селен известен в трех модификациях: аморфной (стекловидной, коллоидальной) с плотностью 4,26, кристаллической красной (моноклинной сингонии) и кристаллической серой с металлическим блеском (так называемый «металлический» серый селен с плотностью 4,8; температура плавления 217°С.
Селен широко применяется в новой технике и особенно в автоматике и сигнализации. Большое его количество идет на изготовление селеновых выпрямителей. Селен используется в полупроводниках, а также в стекольной промышленности для обесцвечивания стекла и получения рубинового и черного стекла (последнее содержит 0,6% Se и 0,1% CoCO3). В комплексе с кадмием селен придает стеклу способность к избирательной передаче красной части спектра, что используется в сигнальных установках на флоте и на железнодорожном транспорте.
Добыча селена была начата в 1910 г. В 1942 г. она составила 456 т, а в 1965 г. 950 т. Среднегодовое производство развитых капиталистических стран в 1968—1977 гг. 1172 т (Япония — 37%, Канада — 25%, США — 18%). США прогнозируют на 2000 г. добычу 1370 т. Основным источником селена являются: меднопорфировые руды Чили, США и Перу; медноколчеданные руды Канады, Швеции и Японии; свинцово-цинковые руды Мексики, Перу, Канады, Японии, Австралии и др.; медноникелевые руды Канады и ЮАР. Общие мировые запасы, связанные с различными видами руд, оцениваются в несколько сот тысяч тонн. Больше всего селена получают из руд медноколчеданных и меднопорфировых месторождений. Важнейшими потенциальными источниками селенового сырья являются ураноносные фосфориты (США, Северная Африка), уран-ванадиевые сланцы (США, Северная Африка и др.), ураноносные песчаники и урансодержащие туфы (США), настуран-селенидные руды (Канада, Заир).
В СССР производство селена началось с 1924 г.
Краткие черты геохимии селена
Кларк селена равен 6∙10-5% (5∙10-6% по А. П. Виноградову). Селен принадлежит к шестой группе периодической системы элементов Д. И. Менделеева и располагается во второй подгруппе между серой и теллуром. Его атомный номер 34, атомная масса 78,96. В природных условиях, существует шесть стабильных изотопов селена — 74Se, 76Se, 77Se, 78Se, 80Se и 82Se, распространенность которых соответственно равна 0,87; 9,02; 7,58; 23,52; 49,82 и 9,19%. На внешней электронной оболочке у него, так же как у серы и теллура, шесть электронов, что обусловливает его принадлежность к типичным металлоидам. Наличие двух неспаренных электронов определяет четкую валентность селена 2—; 4+ и 6+. Основные черты геохимии селена в земной коре определяются близостью его ионного радиуса (0,193 нм) к ионному радиусу серы (0,182 нм).
Селенсодержащие минералы и месторождения
Селен образует 37 минералов, среди которых в первую очередь должны быть отмечены ашавалит FeSe, клаусталит PbSe, тиманнит HgSe, гуанахуатит Bi2(Se, S)3; хастит CoSe2, платинит PbBi2(S, Se)3, ассоциирующие с различными сульфидами [Юшко-Захарова О. Е., 1964], а иногда также с касситеритом.
Главное промышленное значение на селен имеют сульфидные месторождения. Содержание селена в сульфидах колеблется от 0,0007 до 0,011%.
Теллур
Долгое время, почти до конца XVIII в., теллуриды, содержащиеся в золотых рудах Трансильвании, принимались за соединения сурьмы и висмута. В 1782 г. венгерский химик Мюллер фон Рейхенштейн, работая с золотыми рудами из Зибенбюргена, предположил наличие в них нового элемента, который первоначально принимался за сурьму, а потом за висмут. Бергман доказал, что элемент, в соединении с которым находится золото, не является сурьмой. Смерть Бергмана прервала его исследования. Только в 1798 г. немецкий химик Клапрот выделил этот элемент и изучил некоторые его свойства. Он дал ему название «теллур» (по-латыни «tellus». Земля).
Согласно Строкею, история открытия теллура несколько иная. В 1778 г. венгерский естествоиспытатель Китайбел установил присутствие в рудах Трансильвании нового элемента и выделил его. О своем открытии он сообщил Клапроту. Последний в 1798 г. опубликовал данные о новом элементе, который назвал теллуром, однако ничего не сообщил об открытии Китайбела.
Более обстоятельно свойства теллура и его соединений были изучены в 1832 г. Берцелиусом, который установил сходство его химических свойств с серой и селеном. Этот металл широко применяется в фотографии для тонирования бромо-серебряных отпечатков, при производстве термоэлектрических приборов, подшипников. Более 60% теллура используется в качестве добавок к чугуну и сталям, а также свинцу, олову и их сплавам для улучшения их свойств при механической обработке. Теллур используется в полупроводниковой технике, в стекольной промышленности (для получения коричневого стекла, и лазурей), в медицине (для лечения болезней крови и щитовидной железы), в качестве добавки к резине, в военном деле (фотоавтоматические приборы и отравляющие вещества), в холодильной технике, в качестве катализатора при крекинг-процессе. Добыча теллура составила в 1978 г. 190 т [Коган Б. И., 1979]. За период 1970—1974 гг. добыто 880 т, из них в США 81,5%. До 90% общего количества металла извлекается из медных руд.
Краткие черты геохимии теллура
Кларк теллура 1∙10-6% (1∙10-7% по А. П. Виноградову). Теллур расположен в шестой группе периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Ближайшим его соседом и аналогом является селен. Порядковый номер теллура 52, атомная масса 127,60. У теллура восемь изотопов — 120Те, 122Те, 123Те, 124Те, 125Те, 126Те, 128Те, 130Те, распространенность которых соответственно равна 0,089; 0,087; 1,46; 4,81; 4,99, 18,71; 31,79 и 34,49%. Наличие шести электронов в наружном слое атома характеризует теллур, подобно сере и селену, как металлоид. Теллур представляет собой металл серебристо-белого цвета. Температура плавления 452 °С, температура кипения 1390 °С.
Попытки определить содержание теллура в различных типах горных пород проводились в 1955—1957 гг. Н. Д. Синдеевой [Синдеева Н. Д., 1959]. Все анализы показали отсутствие теллура. Содержание теллура в горных породах, по-видимому, ниже принятых кларковых величин по крайней мере на один порядок. В минералах горных пород его содержание также ниже предела чувствительности большинства современных методов анализа.
Теллурсодержащие минералы и месторождения
Теллур образует 40 самостоятельных минералов. Наиболее часты теллуриды меди, свинца, цинка, серебра и золота. В. В. Щербина предложил следующий ряд возрастающего сродства металлов к теллуру: Cu, Pb, Ni, Bi, Hg, Ag, Au. Изоморфная примесь теллура наблюдается во многих сульфидах, однако изоморфизм Те—S выражен хуже, чем в ряду Se—S, и в сульфиды входит ограниченная примесь теллура. Среди минералов теллура особое значение имеют креннерит (Au, Ag)Te, калеверит AuТе2, алтаит PbТе, гессит Ag2Te, сильванит AuAgTe4, петцит Ag3AuTe2, мутманнит (Ag, Au)Te, монбрейит Au2Te3, нагиагит [Pb5Au (Те, Sb)] самородный теллур и др.
Большая часть упомянутых минералов развита в низкотемпературных золото-серебряных месторождениях, где они обычно выделяются после основной массы сульфидов совместно с самородным золотом, сульфосолями серебра, свинца, а также с минералами висмута. Несмотря на развитие большого количества теллуровых минералов, главная масса теллура, извлекаемого промышленностью, входит в состав сульфидов других металлов. В частности, теллур в несколько меньшей степени, чем селен, входит в состав халькопирита медно-никелевых месторождений магматического происхождения, а также халькопирита; развитого в медноколчеданных гидротермальных месторождениях. Теллур содержится также в пирите, халькопирите, молибдените и галените месторождений порфировых медных руд, полиметаллических месторождений алтайского типа, галенита свинцово-цинковых месторождений, связанных со скарнами, сульфидно-кобальтовых, сурьмяно-ртутных и некоторых других, охарактеризованных Н. Д. Синдеевой. Содержание теллура в молибдените колеблется в пределах 0,0008—0,0053%, в халькопирите — 0,009—0,0031%, в пирите до 0,007%.
Рений
Существование элемента под номером 75 периодической системы было предсказано Д. И. Менделеевым в 1869 г. Ноддак с сотрудниками Такке и Бергом открыли в 1925 г. элемент № 75 в платиновых рудах и назвали его рением в честь Рейнской области Германии. В 1926 г. английский ученый Лоринг высказал предположение, что рений в основном концентрируется в молибдените; оно вскоре подтвердилось.
Температура плавления рения 3170°С, температура кипения около 5900 °С. Рений один из самых тяжелых металлов (плотность 20,53), дает сверхтвердые и тугоплавкие сплавы с танталом, вольфрамом, молибденом, медью и другими металлами. Высокая температура плавления и высокое электросопротивление обусловливают применение рения в сверхжаропрочных сплавах для электротехнических целей, в авиа- и ракетостроении, в точном приборостроении, электронной, радиотехнической, электровакуумной промышленности. Рений растворяется только в азотной кислоте, ему принадлежит первое место по антикоррозионной стойкости. Сплавы рения с металлами платиновой группы используются в деталях морских электродвигателей, в фотолампах, в рентгеновских установках, в катодных телевизионных трубках и радиолокационных лампах, при переработке нефти. Препарат рения используется при лечении злокачественных опухолей. Широко применяются рениевые покрытия вольфрамовых нитей накаливания и рений как заменитель металлов группы платины.
Добыча рения в капиталистических странах выросла с 1135 кг в 1955 г. до 5,17 т в 1978 г. США вместо 2 т в 1976 г. планируют в 2000 г. добычу 4,1 т. Главным производителем и потребителем рения являются США. Мировые ресурсы рения оцениваются в 10 тыс. т, из них 4536 т в США.
Краткие черты геохимии рения
Кларк рения по С. М. Баситовой [1961 г.] 5—6∙10-7%, по И. и В. Ноддак [1935 г.] 1∙10-7%. В периодической системе рений расположен в главной подгруппе (подгруппа марганца) седьмой группы и относится к шестому большому периоду. В соответствии с принадлежностью к седьмой группе периодической системы рений характеризуется многообразием валентных состояний — от 1— до 7+ Наиболее устойчивы валентности 4+ и 7+, в которых рений встречается в природе. Геохимически близок к рению молибден (радиус атома рения 0,137 нм), а молибдена 0,14 нм. Химически чистый рений подобен марганцу, однако химическая активность его несколько ниже [Иванов В. В., 1969].
Рений является одним из наименее распространенных элементов земной коры. Содержание его в породах составляет десятимиллионные доли процента. До недавнего времени собственно рениевые минералы не были известны. Л. М. Вишневская и др. [1961 г.] в медно-свинцовых рудах Джезказганского месторождения медистых песчаников впервые обнаружили комплексный сульфид меди и рения — джезказганит.
Ренийсодержащие минералы и месторождения
В природе рений находится преимущественно в рассеянном состоянии. Сейчас рений определен в 55 минералах-носителях, в которых содержание его колеблется от 1 ∙ 10-8 до 1,88%. Наиболее высокие концентрации рения наблюдаются только в 14 минералах: в молибдените (до 1,88%), гадолините (до 6∙10-5%), тортвейтите (6∙10-5%), колумбите (до 2,57∙10-4%), клаусталите (8∙10-5%), осмистом иридии (1∙10-4%), платине (до 8∙10-5%), халькопирите (до 1∙10-3%), пирите (до 2∙10-3%), псиломелане (2∙10-4%), цирконе (5∙10-3%), повеллите (17∙10-3%) и вульфените (до 11∙10-4 %).
Особенно высокие концентрации рения отмечены в минералах молибдена — молибдените, повеллите и вульфените.
Рений всегда присутствует в молибдените из среднетемпературных гидротермальных медно-молибденовых, а также низко- и среднетемпературных уран-молибденовых месторождений. Концентрация его достигает десятых долей процента, в среднем около 0,205—0,01 % [Горохова, 1964].