Курсовая работа: Висмут и его соединения в природе
Висмутин встречается исключительно в высокотемпературных гидротермальных
месторождениях, связанных с грейзенами или скарнами. В качестве
минерала-спутника наблюдается в месторождениях олова, вольфрама, мышьяка, часто
в ассоциации с самородным висмутом, арсенопиритом, халькопиритом, иногда
самородным золотом, топазом, бериллом, пиритом, галенитом и многими другими
сульфидами. Очень редко образует самостоятельные месторождения.
В зоне окисления легко разрушается, образуя основные
карбонаты в виде псевдоморфоз по висмутину.
В России известен в олово-вольфрамовых высокотемпературных
кварцевых жилах Белухи и Букуки с кварцем, касситеритом, арсенопиритом,
сфалеритом, халькопиритом, галенитом и самородным висмутом, в оловоносных
грейзенах Шерловой Горы (Восточное Забайкалье). Встречается на всех скарновых
месторождениях Дальнегорска (Приморье) в виде вкрапленности, гнёзд и включений
в полиметаллической и боросиликатной руде. Существенный интерес представляют
месторождения Средней Азии, например скарны Устарасая (в 70 км. к северо-востоку от г. Ташкента), где висмутин с самородным висмутом встречается в ряде
кварцевых жил в известняках в ассоциации с пиритом, арсенопиритом,
халькопиритом и др.
Крупнейшие в мире висмутовые месторождения находятся в
Боливии (Тасна, Чоролк и др.) и в Перу (Серро-де-Паско) и генетически связаны с
молодыми изверженными породами.
Из других зарубежных месторождений стоит отметить:
месторождения Рудных гор (Нижняя Саксония, Германия), Коннектикут (США),
Мексика, Великобритания, Швеция, Италия (окрестности Турина), Чехия, Венгрия,
Румыния. Характерен для оловянно-свинцово-цинковых месторождений Японии.
2.1.2
Прочие руды, содержащие висмут
Виттихенит минерал состава SCu 2S.Bi2S3
(Bi 42,15 %) кристаллизуется в ромбической сингонии, кристаллы тетраэдрические,
агрегаты зернистые, цвет темно-серый до светло-серого, черта черная, блеск
металлический, твердость 2—3, плотность 6,3 г/см3. Встречается в
гидротермальных жилах богатых медью и висмутом.
Тетрадимит Вi2Те2S (Bi 59,27 %)
кристаллизуется в тригональной сингонии, кристаллы ромбоэдрические, агрегаты
листоватые и зернистые. Цвет стально-серый, блеск металлический, твердость
1,5—2, плотность 7,3 г/см3. Распространен в гидротермальных и
контактово-метасомати-ческих месторождениях. Кристаллическая структура
типичная слоистая. Пятнадцатислойная плотнейшая ромбоэдрическая упаковка
содержит в вертикальном периоде повторяемости три идентичных пакета, состоящих
из пяти слоёв, каждый из которых сложен атомами своего рода. Состав и порядок
заполнения слоёв в каждом пакете следующий: ТеВiSВiТе.
Таблитчатые или ромбоэдрические кристаллы чаще всего являются
четверниками с плоскостью срастания по {0118) и {0115). Встречается
преимущественно в виде листоватых или пластинчатых агрегатов.
По многим внешним признакам похож на молибденит; отличается
от него более сильным блеском, большим удельным весом.
В России он встречен во Фроловском руднике из группы
Турьинских рудников (Северный Урал), Шилово-Исетском золоторудном месторождении
(в 66 км. к востоку от Екатеринбурга), в ряде пунктов Западной и Восточной
Сибири. Отмечен с золотом, гесситом и висмутином в кварцевых жилах
Дарасунского месторождения (Восточное Забайкалье). Совместно с пиритом,
висмутом и цумоитом (ВiТе) наблюдается в кальцитовых
жилах, вмещаемых гранат-диопсидовыми скарнами Тырныауза (Кабардино-Балкария,
Северный Кавказ).
В Северо-Западном Казахстане отмечен в кварцевых золотосодержащих
жилах месторождения Кумак. Наблюдался также в ряде золоторудных месторождений
США, Мексики, Британской Колумбии и др.
Галеновисмутит PbBi2S4 (Bi 55,48 %)
кристаллизуется в ромбической сингонии, кристаллы игольчатые, столбчатые
пластинчатые, агрегаты зернистые. Цвет минерала оловянно-белый до светло-серого,
черта светло-серая, блестящая, твердость 2,5—3,5, плотность 7,1 г/см3.
Встречается в высокотемпературных месторождениях висмута, скарнах и
золото-кварцевых жилах.
Козалит Pb2Bi2S5 (Bi 42,10%)
(по руднику Козала в Мексике) кристаллизуется в ромбической сингонии, кристаллы
призматические, игольчатые, агрегаты шестоватые, лучистые, зернистые, цвет
свинцово-серый, черта черная, твердость 2,5—3, плотность 6,7—7,0 г/см3.
Айкинит CuPbBiS3 (Bi 36,29 %) (по фамилии Айкин)
кристаллизуется в ромбической сингонии, кристаллы длинностолбчатые до
игольчатых, агрегаты зернистые и друзы. Цвет минерала серый с цветной
побежалостью, черта серовато-черная, блестящая, твердость 2—2,5, плотность 7,1
г/см3.
Бисмит Bi2О3 (Bi 89,6 %)
кристаллизуется в моноклинальной сингонии, кристаллы псевдоромбические,
агрегаты тонкозернистые и порошковатые, цвет серовато-зеленый, желтый, блеск
полуалмазный, матовый, твердость 4,5, плотность 9,2 г/см3. Развит в
зоне окисления.
Традиционные потребители висмута – металлургическая,
фармацевтическая и химическая промышленность. В последние десятилетия к ним прибавились
ядерная техника и электроника. Широкому применению висмута в металлургии и
электронике способствовало и то обстоятельство, что висмут – наименее токсичный
из всех тяжелых металлов.
Из соединений висмута шире всего используют его трехокись Bi2O3. В частности, ее применяют в фармацевтической промышленности
для изготовления многих лекарств от желудочно-кишечных заболеваний, а также антисептических
и заживляющих средств. В производстве полимеров трехокись висмута служит
катализатором; ее применяют, в частности, при получении акриловых полимеров. Bi2O3 употребляют также в производстве эмалей, фарфора и стекла –
главным образом в качестве флюса, понижающего температуру плавления смеси
неорганических веществ, из которой образуются эмаль, фарфор или стекло. Соли
висмута находят применение в областях, весьма далеких друг от друга. Это, к
примеру, производство перламутровой губной помады и производство красок для
дорожных знаков. Далеко в прошлое ушло то время, когда висмут считался
малоценным металлом с ограниченной сферой применения. Сейчас он нужен всем
странам с высокоразвитой промышленностью. Поэтому и спрос на него продолжает
расти.
Собственно висмутовые месторождения имеют ограниченное распространение
и обычно этот металл образует комплексные руды с другими металлами в ряде
рудных формаций гидротермальных месторождений. Среди них выделяются следующие:
1. Вольфрам-медно-висмутовые
2. Месторождения пятиэлементной формации (Co-Ni-Bi-Ag-U)
3. Золото-висмутовые
4. Мышьяк-висмутовые
5. Медно-висмутовые
6. Кварц-висмутовые
Трудно назвать рудное месторождение, в котором не было бы
висмута, но еще сложнее назвать такое месторождение, в котором концентрация его
была бы столь высокой, что оно могло бы с выгодой разрабатываться только ради
висмута. Как же быть? Поступают просто: висмут берут отовсюду, где извлечение
его экономически (или технологически) оправдано. Вот перечень сырьевых
источников висмута, обеспечивающих около 3/4 мирового (без СССР) спроса:
медные, свинцовые и серебряные рудники Перу, свинцовые месторождения Мексики,
медные и свинцово-цинковые руды Японии, медные, свинцовые и
серебряно-кобальтовые месторождения Канады, вольфрамово-оловянные и
оловянно-серебряные руды Боливии.
За исключением боливийских, все перечисленные руды висмутом
бедны. Основной производитель висмута – свинцовая промышленность – извлекает
его из концентратов, в которых не больше сотых, реже десятых процента висмута,
а в исходных рудах полиметаллических месторождений от 0,0001 до 0,01% Bi. Та же
примерно картина наблюдается и в медной промышленности. Обычно висмут здесь
извлекают из анодных шламов, образующихся при электролитическом рафинировании
меди. Источником висмута может быть и вторичное сырье. Например, в ФРГ
значительное количество висмута извлекают при переработке пиритных огарков и из
металлического лома. Сколько же висмута получают ежегодно во всем мире?
Известно, что в 1968 г. мировое производство висмута (без СССР) составило 3800
т. Предполагают, что мировая потребность в висмуте в 2000 г. составит 5...6 тыс. т.
Эндогенные месторождения висмута формировались на средней и
поздней стадиях геосинклинального этапа, а также в процессе тектономагматической
активизации консолидированных участков складчатых областей и платформ.
Собственно висмутовые месторождения не имеют широкого распространения и обычно
этот металл образует комплексные руды с другими металлами в ряде рудных
формаций. Месторождения висмута и висмутсодержащих руд формировались в
различные эпохи рудообразования. В докем-брийскую эпоху образовались
месторождения висмутсодержащих руд в Канаде (Большое Медвежье озеро, Эльдорадо
и др.), в позднепалеозойскую (герцинскую) — месторождения в Рудных горах
(Яхимов в Чехии), Средней Азии (Адрасман в Таджикистане, Брич-Мулла и Устарасай
в Узбекистане), в мезозойскую эпоху — месторождения в Южной Корее (Санг-Донг и
др.). Значительное количество месторождений висмутсодержащих руд принадлежит
альпийской металлогенической эпохе (Таена в Боливии, Сан-Грегори в Перу).
Минерально-сырьевая база висмутодобывающей промышленности
представлена как собственно висмутовыми, так и комплексными висмутсодержащими
месторождениями. Общие запасы висмута в мире (без учета стран СНГ) составляют
около 130 тыс. т. Ведущими странами-держателями запасов висмута являются:
Япония (более 40 тыс. т), США (30 тыс. т) и Австралия (20 тыс. т). Значительные
запасы этого металла сосредоточены в Боливии, Мексике, Перу, Канаде, Китае,
России и других странах. Уникальные месторождения висмута встречаются редко
(месторождение Теннант-Крик в Австралии). Богатые руды содержат Bi более 1 %,
рядовые — 1—0,2 %, бедные — менее 0,2 % (в комплексных рудах).
В мировой практике висмут в основном добывается в качестве
попутного компонента из комплексных руд: Со-Ni—Bi—Ag—U, As—Bi, Cu—Bi, а также
из висмутсодержащих свинцовых и медных руд. Общая добыча и производство висмута
составляла: в 1937 г. — 600—700 т, в 1960 г. -2600 т, в 1975 г. - 5380 т и в 2000 г. - более 10000 т. Главными производителями висмута в настоящее время
являются Боливия, Перу, Мексика, Австралия и США.
Известны следующие типы месторождений висмутовых и висмутсодержащих
руд:
1) грейзеновые,
2) скарновые,
3) плутоногенные гидротермальные,
4) вулканогенные гидротермальные.
Грейзеновые месторождения представлены комплексными W— Sn—Bi
рудами. Формирование их связано с аляски-товыми гранитами. Рудные тела имеют
форму штокверков, труб и жил, приуроченных к трещинам скола. Наиболее
характерным и хорошо изученным представителем этого типа является месторождение
Альтенберг в Германии. В рудах месторождения помимо олова и вольфрама
содержится висмут в виде висмутина и самородного висмута.
Скарновые месторождения пространственно связаны с
гранат-пироксеновыми и другими известковистыми скарнами. Они формируются на
контакте гранитоидов с карбонатными породами или на некотором удалении от этого
контакта и реже в гранитоидах. Это, как правило, комплексные W—Mo—Bi
месторождения. Главными рудными минералами являются шеелит, молибденит,
висмутин, второстепенными — касситерит, магнетит, пирротин, пирит, арсенопирит,
вольфрамит, халькопирит, сфалерит и галенит. Месторождения этого типа выявлены
в России (Восток-П в Приморье, Тырныаузское на Северном Кавказе), Южной Корее
(Санг-Донг), Канаде (Эмеральд-Фини) и других странах.
Плутоногенные гидротермальные месторождения известны в Узбекистане
(Брич-Мулла, Устарасай), Германии (Нейбулак, Шнееберг), Перу (Сан-Грегори), США
(Монте-Кристо), Канаде (Эльдорадо). Оруденение связано с гранитоидными
интрузиями. Рудные тела представлены в основном жилами и линзами. Среди
месторождений этого типа выделяются две формации — арсенопирит-висмутовая и
пятиэлементная (Со—Ni—Ag—Bi—U). В качестве примера месторождений
арсенопирит-висмутовой формации охарактеризуем месторождение Устарасай. Оно
расположено в Узбекистане в пределах Брич-Муллинского рудного поля (Чаткальский
хребет). Участок месторождения сложен кварцитами, песчаниками, известняками и
доломитами верхнего девона.
Интрузивные породы представлены штоком монцонитов, дайками сиенит-аплитов,
а также гранодиоритами и дайками диабазов и диабазовых порфиритов.
Верхнедевонские отложения слагают юго-восточное крыло Коксуйской антиклинали,
осложненной продольными разломами, надвигами и крутыми сбросами. Оруденение
развито в известняках в виде секущих кварц-висмутовых жил, пластообразных
рудных залежей и столбообразных мышьяк-висмутовых метасоматических тел.
Формирование месторождения протекало в течение трех стадий:
мышьяковую, свинцово-висмутовую и свинцово-сурьмяную.
Первая стадия проявлена слабо и представлена метасоматическими
пластообразными телами, сложенными арсенопиритом (70-80 %) и кварцем (20-30 %).
Вторая стадия характеризовалась образованием разнообразных
рудных минералов — пирита, пирротина, висмутина, самородного висмута, висмутовых
сульфосолей и жильных минералов (кварц, доломит, кальцит).
Третья стадия минерализации развита незначительно в виде
маломощных (до 2—7 см) крутопадающих жил. На этой стадии выделялись кварц и
ассоциирующие с ним сфалерит, галенит, буланжерит, бурнонит, арсенопирит.
Вулканогенные гидротермальные месторождения висмута
встречаются относительно редко. Они известны в Таджикистане (Адрасман),
Швейцарии (Аннивере), Германии (Шварцвальд), Италии (Бочегиано), Боливии
(Таена). Генетически тесно связаны с вулканогенными комплексами дацит-риолитовой
формации, а пространственно — с субвулканическими дайками, жерловинами и
некками и локализуются в вулканических структурах, синвулканических разломах и
трещинах. Рудные тела представлены ветвящимися жилами, линзами, штокверками,
реже трубами. Глубина формирования месторождений 0,5—1,0 км. Среди них
выделяются халькопирит-висмутовая и касситерит-вольфрамит-висмутовая рудные
формации. Типичным представителем халькопирит-висмутовой рудной формации
является месторождение Адрасман. Оно расположено в Восточном Карамазаре
(Таджикистан). Участок сложен верхнепалеозойской эффузивной толщей. Собственно
месторождение приурочено к некку кварцевых порфиров и контролируется пересечением
разломов субширотного и субмеридионального направлений. Главное рудное тело имеет
трубообразную форму и прослеживается на глубину более 200 м от земной поверхности. Другие рудные тела представлены линзами, штокверками и жилами. Разрывные
нарушения, определяющие положение Главной зоны и Свинцового разлома, являются
наиболее древними. В последующее время движения по Свинцовому разлому
возобновлялись. Они фиксируются приуроченностью к нему на отдельных участках
даек кварцевого сиенит-порфира и диабазового порфирита, более молодых, чем
туфолавы, слагающие некк. Дальнейшее развитие месторождения связано с проявлением
гидротермальной деятельности. Наиболее ранние гидротермальные образования
представлены кварц-сульфидно-висмутовыми метасоматическими телами и рудными
жилами, сложенными кварцем, халькопиритом, висмутом и другими медно-висмутовыми
минералами. Вторая стадия характеризовалась развитием кварцевых жил и
метасоматических тел тонкозернистого халцедоновидного кварца с галенитом и
халькопиритом. Главная рудоносная зона представляет собой минерализованный тектонический
разрыв, в висячем боку которого развиты многочисленные рудоносные жилы
северовосточного простирания. Главные рудные минералы: пирит, гематит,
арсенопирит, висмутин, самородный висмут, борнит, сфалерит.
Висмут относится к малоподвижным водным мигрантам и его концентрация
в подземных водах составляет около 20 мкг/дм3, в морских водах - 0.02 мкг/дм3.
В таких концентрациях висмут не оказывает негативного влияния на качество воды,
по крайней мере у Всемирной Организации Здравоохранения нет таких данных,
соответственно нет и рекомендаций ВОЗ по содержанию висмута в воде. Предельно
допустимая концентрация в воде (ПДК) для висмута установлена российскими СанПиН
на уровне 0.1 мг/л или 100 мкг/л. Практически превышено ПДК может быть только в
районе сброса висмут содержащих строчных вод.
Технология удаления из воды – обратный осмос, ионный обмен,
дистилляция.
3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВИСМУТА
Не смотря на то, что висмут относится к категории тяжелых
металлов, он является умеренно токсичным элементом. Некоторые источники даже
называют висмут "самым безобидным" тяжелым металлом. Будучи очень близок
по своим свойствам к свинцу, висмут намного менее ядовит. В связи с этим
экологи ратуют за постепенную замену свинца в промышленных и производственных
процессах на висмут.
Все вышесказанное, тем не менее, отнюдь не означает, что
висмут совершенно безопасен. Например, растворимые соли висмута ядовиты и по характеру
своего воздействия (хоть и в меньшей степени) аналогичны солям ртути. Другое
дело, что водорастворимых солей висмута очень мало и, соответственно
вероятность встречи с ними невелика. Используемые же в медицине соли висмута, о
которых шла речь ранее, фактически нерастворимы в воде, применяются в виде
коллоидных растворов и не имеют высокой токсичности. Однако при длительном или
интенсивном приеме содержащих висмут препаратов возможно возникновение
осложнений. Одно из основных проявлений - так называемая "висмутовая
кайма" - воспаление возникающее из-за отложения сернистого висмута по
краям десен. Возможны нарушения и со стороны мочевыводящих путей.
Висмут в организме человека депонируется в почках, печени,
селезенке т костной ткани. Выводится висмут через желудочно-кишечный тракт, с мочой
и потом. Процесс выведения очень длительный. Канцерогенность висмута не
установлена.
Профессиональные отравления или кожных заболевания при работе
с висмутом почти не отмечаются. Однако хроническое отравление висмутом может
привести к изменению белкового, углеводного и липидного обменов, снижению
содержания гемоглобина в крови и другим нарушениям. Подробнее о клинических
проявлениях отравления висмутом можно узнать на сайте МНИИ Педиатрии и детской
хирургии.
Уровень знаний сегодняшнего дня позволяет сделать вывод об
отсутствии какой-либо физиологической роли висмута в организме человека.
Висмут относится к токсичным ультрамикроэлементам. В организм
человека висмут поступает в основном с пищей, а также с воздухом и водой, в
количестве 5-20 мкг/сутки. Всасывание висмута, поступившего в
желудочно-кишечный тракт, незначительно и составляет около 5%. После всасывания
висмут обнаруживается в крови в виде соединений с белками, а также проникает в
эритроциты. Между органами и тканями висмут распределяется относительно
равномерно. Некоторое накопление висмута может наблюдаться в печени, почках (до
1 мкг/г), селезенке и костях. Обнаруживается висмут и в головном мозгу.
Висмут, прошедший через желудочно-кишечный тракт, выделяется
в виде сульфида висмута, окрашивая кал в темный цвет. Резорбированный висмут
выделяется с мочой.
О физиологической роли висмута известно немного. Висмут
индуцирует синтез низкомолекулярных белков, принимает участие в процессах оссификации,
образует внутриклеточные включения в эпителии почечных канальцев. Возможно,
этот элемент обладает генотоксичными и мутагенными свойствами.
Токсическая доза для человека: данные отсутствуют.
Летальная доза для человека: данные отсутствуют.
Индикаторы элементного статуса висмута.
Оценка содержания висмута в организме проводится по
результатам исследований биосубстратов – мочи, крови, волос и биоптатов. При
хронической интоксикации висмутом определяют его концентрацию в суточной моче.
В норме концентрация висмута в моче не превышает нескольких микрограмм на миллилитр.
Пониженное содержание висмута в организме. Данные о
клинических проявлениях, вызываемых дефицитом висмута, отсутствуют.
Повышенное содержание висмута в организме. Интоксикация
обычно наблюдается лишь при длительном воздействии на организм солей висмута в
больших дозах. Тем не менее, встречаются случаи ятрогенных, профессиональных и
бытовых отравлений.
Механизм токсического действия висмута изучен мало.
Установлено, что при отравлении солями висмута поражаются почки, ЦНС, печень,
кожа и слизистые оболочки. Длительный прием препаратов висмута в больших дозах
может вызвать симптомы "висмутовой" энцефалопатии (особенно у больных
с нарушением функции почек). Опасным считается хроническое поступление висмута
в количествах 1-1,5 грамма в день.
Причины избытка висмута: избыточное поступление.
Основные проявления избытка висмута:
·
снижение памяти,
бессонница;
·
признаки
поражения нервной системы (нарушения чувствительности, регидность затылка);
·
слабость
сердечной деятельности, аритмии;
·
появление темной каймы
вокруг десен, пигментация слизистой оболочки десен и полости рта;
·
стоматит, фарингит,
затруднение глотания;
·
слюнотечение,
тошнота, рвота, боли в животе, метеоризм, понос;
·
токсический
гепатит с жировой дегенерацией и циррозом;
Страницы: 1, 2, 3
|