Месторождения титановых и цирконовых руд

 

Месторождения титановых руд

 

Диоксид титана (TiO ₂) в чистом виде в природе встречается редко. В большинстве случаев для получения TiO₂ служит минерал ильменит, по химическому составу представляющий собой метатитанат железа (FeTiO₃).

Диоксид титана – мелкодисперсный порошок белого цвета с желтоватым оттенком. Как природный, так и искусственный диоксид титана обнаруживает полиморфизм. Модификациями диоксида титана являются анатаз, брукит и рутил. Характеристики этих модификаций приведены в табл. 10.1.

При нагреве анатаз и брукит переходят в рутил. При переходе анатаза в рутил обычно происходит агрегирование частиц. Размер частиц увеличивается от 1–2 до 5–15 мкм.

Анатаз (TiO ₂) – минерал химически устойчив. Цвет бурый, коричневый, черный. Блеск алмазный.

Встречается в пегматитах и кристаллических сланцах (хлоритовых, слюдяных). Хорошо образованные кристаллы наблюдаются на кварце в жилах альпийского типа на Северном Урале. Встречаются в Атлянских золотоносных россыпях на Южном Урале, около г. Миасс и в других местах.

 

Таблица 10.1. Свойства различных модификаций диоксида титана

Наимено- вание модифи- кации	Сингония	Плот- ность г/см^3	Твердость по шкале Мооса	Показатели преломления		Температура		α ·10^6х град^-1	Относительная диэлектрическая проницаемость
				Ng	Np	плав- ления	пере- хода в рутил
Анатаз	татраго- нальная	3,9	5-6	2,55	2,49	--	915	4,7-8,2	31
Брукит	ромби- ческая	3,9-4,0	5-6	2,70	2,58	--	650	14,5-22,9	78
Рутил	татраго- нальная	4,2-4,3	6	2,90	2,61	1560- 1825 в зави-симости от чис-тоты	--	7,1-9,2	┴ оси 89 ║ оси 173

 

Брукит (TiO ₂). Цвет брукита желто- или красно-бурый до черного. Блеск алмазный. При прокаливании плотность его увеличивается и становится равной плотности рутила (очевидно, происходит перестройка кристаллической структуры). Превосходные кристаллы брукита встречаются в Атлянской золотоносной россыпи: близ г. Миасс и в жилах альпийского типа в ряде мест Урала.

Рутил (TiO ₂) является наиболее устойчивой модификацией TiO₂ как при высоких, так и при низких температурах. Рутил образуется, главным образом, эндогенным путем при магматических, пегматитовых и гидротермальных процессах, а также при региональном и контактном метаморфизме и экзогенных процессах.

Происхождение магматогенное – в основных и щелочных изверженных породах. Метаморфическое – в гнейсах и сланцах. Гидротермальное – в кварцевых жилах и особенно жилах альпийского типа, где рутил образует отдельные кристаллы и друзы. Встречается в россыпях.

Кристаллы рутила – призматические, столбчатые до игольчатых. Часто на гранях кристаллов наблюдается шероховатость. Двойники обычно коленчатые. Сетчатые сростки двойников игольчатого рутила называются сагенитом. Цвет темно-желтый, бурый, красный, черный. Блеск алмазный, у непрозрачных черных разностей – металловидный.

Крупных скоплений рутил в природе не образует.

Рутил содержит 96–99% TiO₂. Наиболее обычные примеси FeO (до 1,4%), Nb₂O₅ (до 2,5%), Fe₂O₃ (до 6,7%).

Рутил наряду с ильменитом является важнейшим источником титана (60% Ti). Кроме того, из него извлекают Nb и Ta.

Рутил – акцессорный минерал гнейсов, кварцитов, эклогитов (Кутимское месторождение, Пермская область), наждаков. В полевошпат-слюдяных и кварц-слюдяных сланцах центрального Уралтау (Республика Башкортостан) обнаружены линзы и гнездообразные участки пород, содержащих до 50–60% рутила с мусковитом, полевым шпатом, кварцем, турмалином, названные рутилом.

Превосходные кристаллы рутила известны в жилах альпийского типа Приполярного Урала. Рутил и сагенит известны в россыпях по р. Каменке в Сысертском районе Свердловской области. Известны месторождения рутила в пегматитовых жилах Ильменских гор (Челябинская область). В настоящее время рутил изготавливается синтетически.

Рутил употребляется для выплавки ферротитана, применяемого в производстве некоторых стойких при ударе сортов стали, в керамике, в радиотехнике, для изготовления титановых белил и др.

Месторождения титановых руд расположены в основном на Южном Урале и представлены промышленными рудами титаномагнетита как коренного, так и россыпного залегания. Титановые месторождения выявлены в пегматитах Ильменских, Шишимских и Назямских гор (Челябинская область). В месторождениях Кусинско-Копанской группы при бортовом содержании 5% титана прогнзные ресурсы его в ильменитовых, титано-магнетитовых и ильменит-титаномагнетитовых рудах по категории Р₁ составляют сотни миллионов тонн. Наиболее ценные участки разведаны, запасы доведены до промышленных категорий или категории С₂. Установлены месторождения комплексных медно-ванадиево-титано-железных руд, в которых концентрат титана получается как побочный продукт (Куроямский, Погорельский массивы, массив Куйбас и многие другие). На ряде участков развиты первичные магматические метаморфогенные рутилоносные амфиболиты, эклогиты. Прогнозные ресурсы некоторых из них составляют более 100 млн. тонн (категория С₂). Крупные прогнозные ресурсы категории Р₃ связываются с массивами габбро на юго-востоке Челябинской области. Они еще требуют изучения. Остаточные скопления титана отмечены в корах выветривания диабазовых порфиритов в Каменском районе, в коре плагиогранитов на Большом Романовском прииске около г. Челябинска. Россыпи минералов титана установлены на западе в Челябинской области, в районе Атляна, в Яумбаевском рудоуправлении, в бокситовых месторождениях, в угленосных отложениях Полтаво-Брединского района. Россыпи титана известны в районе Кусинско-Копанской группы месторождений.

Прогнозные ресурсы разных россыпей от сотен тысяч до нескольких миллионов тонн диоксида титана. В титаноциркониевых россыпях титан сосредоточен в свободном ильмените, рутиле и выделение его не представляет сложности.

Ильменит – титанопористый железняк (FeTiO₃). Является важной титановой рудой. Слабо магнитен. Твердость 5–6 (по Моосу). Хрупок. Плотность 4,72–5,0 г/см³. Служит основным источником получения различных соединений титана – сплава ферротитана, диоксида титана, четыреххлористого титана. Кристаллы ильменита известны в пегматитах нифелиновых сиенитов Ильменских гор, в магнезитовых жилах Сатки.

Химический состав (%): Fe – 36,8; Ti – 31,6; в качестве изоморфных примесей может содержать Mg, нередко в значительных количествах (пикроильменит), иногда Mn (до нескольких %). Существует непрерывный изоморфный ряд FeTiO₃–МgTiO₃ и, вероятно, ряд FeTiO₃–МnTiO₃. Цвет ильменита железисто-черный или стально-серый. Блеск полуметаллический. Непрозрачен.

 

Перовскит (CaTiO ₃ ). Это минерал, представляющий собой соединение диоксида титана с основным оксидом. Твердость 5,5–6 (по Моосу). Блеск алмазный. Плотность 3,97–4,04 г/см³.

Перовскит встречается в некоторых магматических горных породах, в контактных известняках, а также в титанистых доменных шлаках. Крупных скоплений он обычно не образует. Самостоятельного практического значения не имеет.

Известны месторождения перовскита в ряде районов Урала (Сарановское хромитовое месторождение, Назямские и Шишимские горы и др.).

 

Титанит (сфен) – минерал, являющийся силикатом кальция и титана CaTiO[SiO₄]. Встречается в виде отдельных кристаллов, вросших в породу, или в виде друз по трещинам. Иногда образует зернистые агрегаты. Часто наблюдаются двойники. В качестве вторичного минерала титанит образуется по ильмениту и другим титансодержащим минералам в пегматитах (каемки толщиной до нескольких сантиметров вокруг выделений ильменита в Ильменских, Вишневых, Назямских и Шишимских горах).

В Ильменских горах сфен различных генераций встречается главным образом в сиенитовых и нефелин-сиенитовых пегматитах. В Назямских и Шишимских горах сфен встречается в контактовых образованиях на границе габбро и амфиболитов с известняками. Титанитовые месторождения найдены на хр. Бырранга (Таймыр).

Химический состав титанита (%): CaO – 28,6; SiO₂ – 30,6; TiO₂ – 40,8. Нередко устанавливаются примеси FeO (до 6%), иногда MnO (до 3%), MgO, Fe₂O₃, Al₂O₃ (до 12%), (Y, Ce)₂О₃ (иттротитанит), изредка Cr₂O₃, ZrO₂ (до 0,18 %), Nb₂O₅, F,OH, Th и др.

Цвет – желтый, бурый, зеленый, иногда черный, розовый или красный. Блеск – алмазовидный, жирный. Твердость 5–6 (по Моосу). Плотность 3,29–3,56 г/см³.

Сфен служит сырьем для получения диоксида титана, широко применяемого в качестве белого пигмента в титановых белилах.

 

Титаномагнетит – магнетит (FeFe₂O₄) с содержанием TiO₂ (до нескольких %); содержит повышенное количество ванадия. Титаномагнетиты служат рудой на ванадий.

При плавке титаномагнетитовых руд из шлаков извлекается ванадий, имеющий большое значение при изготовлении качественных сталей. Оксид ванадия (V₂O₅) используется в химической промышленности, а также как краситель – в керамике и для других целей.

Кусинское месторождение ильменит-магнетитовых руд расположено на левом берегу руки Кусы в 15 км к востоку от Кусинского завода и в 18 км к северу от г. Златоуст. Рудные тела имеют жилообразную форму и круто падают на юго-восток под углом 70–80^оС. Мощность их от 1 до 10 м, средняя 3м; залежи разведаны на глубину до 150–250 м. Руды сложены магнетитом (60–70%), ильменитом (20–30%), хлоритом (2–10%). Ильменит располагается отдельными зернами величиной 0,1–2,0 мм среди других зерен магнетита, что способствует довольно легкому обогащению этих руд.

Химический состав руд (%): FeFe₂O₄ – 50–57; V₂O₅ – следы; S – 0,12; Р – 8,1; TiO₂+Cr₂O₃ – 11–22.

Нижне-Тагильское и Первоуральское титаномагнетитовые месторождения представлены жилами сплошных руд, залегающими среди изверженных пород габбровой формации.

 

 

Цирконовые руды

 

      В природных минералах цирконий присутствует в виде диоксида циркония ZrO₂ (бадделеит, бразелит и другие), циркона ZrSiO₄ и цирконо-силикатов (эвдиалит, эльпидит и другие). Из всех минералов, содержащих цирконий, практическое значение имеют пока только циркон, бадделеит, и отчасти эвдиалит. Наиболее распространенным цирконийсодержащим минералом, из которого получают диоксид циркония, является циркон ZrSiO₄ (ортосиликат циркония). Цирконийсодержащее сырье различных месторождений содержит от 33 до 66% ZrO₂. Содержание ZrO₂ в природном минерале может доходить до 99%.

    Минерал циркон (ZrSiO₄) широко распространен в природе. Промышленным сырьем служат чаще всего цирконовые пески. Теоретический состав (%): ZrO₂ – 67,1; SiO₂ – 32,9. Циркон химически инертен. Цирконий может замещаться Th, Fe, Ca, Nb. В виде примесей в цирконе почти всегда присутствуют: гафний (HfO₂) – до 4%, торий (ThO₂) и оксиды других редкоземельных элементов, а также в небольшом количестве оксиды железа (0,35% и больше), часто кальция (0,05 – 0,4%), магния, иногда Al₂O₃.

     Химический состав циркониевого сырья приведен в табл. 10.2.

 

Таблица 10.2. Химический состав циркониевого сырья

Циркон в большинстве случаев радиоактивен. В осадочных породах присутствует в виде окатанных удлиненной формы зерен. Для него характерна способность к образованию идиоморфных кристаллов. Окраска разнообразная: желтая, бурая, красноватая, реже – зеленоватая, бесцветная. Блеск алмазный до стеклянного. Плотность из-за примесей колеблется от 3,98 до 4,9 г/см³, твердость по шкале Мооса 7–8.

 Циркон растворяется в плавиковой кислоте, в порошкообразном состоянии под воздействием концентрированной серной кислоты медленно разлагается. При нагревании обычно обесцвечивается. При температуре 1775^оС плавится инконгруэнтно с образованием при охлаждении моноклинного диоксида ZrO₂ и аморфного кремнезема.

Циркон очень стойкий минерал. При разрушении содержащих его горных пород циркон попадает в россыпи, где в значительных количествах образует промышленные месторождения. Циркон как акцессорный (второстепенный) минерал присутствует в магматических, метаморфических и осадочных породах.

Прозрачная разновидность циркона (гиацинт) имеет красный, красно-бурый цвет. Кристаллы мелкие, часто хорошо образованные – короткостолбчатые, призматические, реже дипирамидальные; иногда коленчатые двойники. Цвет – светло-желтый, желтовато-зеленый, оранжевый, красный, темно-коричневый, реже – бесцветный, серый. Блеск – стеклянный, алмазный, иногда жирный. Твердость 7–8. Хрупок. Излом неровный. Плотность 4,68–4,70 г/см³.

Прозрачные разности (гиацинты) используются в ювелирном деле как драгоценные камни. Обычный циркон применяется для получения металлического циркония и оксида циркония, отличающегося высокой огне- и кислотоупорностью. Диоксид циркония используется в производстве огнеупоров, технической и бытовой керамики, глазурей, при изготовлении эмалей и стекла для химической посуды.

Циркон добывается преимущественно из россыпей.

На Урале известно более 10 месторождений и рудопроявлений, содержащих циркон в качестве основного полезного минерала или в виде минерала-спутника в комплексных рудах. Например, в кварцитах и вмещающих породах месторождения Гора Караульная суммарное содержание циркона и рутила составляет 0,05–1,0%.

Циркон распространен, главным образом, среди миаскитовых и сиенитовых пегматитов (Ильменские и Вишневые горы, Челябинская область), россыпные месторождения циркона расположены на Южном, Среднем и Северном Урале. Практическое значение имеют россыпные месторождения Южного Урала.

В настоящее время промышленную добычу циркона и поставки концентрата осуществляет Вишневогорский ГОК (Челябинская область). Запланирован ввод в эксплуатацию Малышевского месторождения циркона (Свердловская область). Оба месторождения находятся в недропользовании Минатомпрома РФ, поэтому, в первую очередь, обеспечивают сырьем свою отрасль.

Циркон используется в качестве основного компонента для термостойкой керамики. Температурный коэффициент линейного расширения циркона незначителен и при нагреве до 1400^оС составляет в среднем 4,5∙10^-6 град.^-1. В соответствии с этим спекшийся циркон нечувствителен к перемене температур.

Для радиокерамики используется обогащенный циркон (содержание ZrO₂ – 97,5%).

В огнеупорном производстве цирконовые изделия выпускались в ограниченном количестве в опытном порядке, поэтому сведения об их производстве и службе ограничены.

Промышленность выпускает в основном технический диоксид циркония.

Из частично стабилизированного ZrO₂ изготавливают волоки, плавающие поплавки, резцы для обработки металла. Для производства огнеупоров преимущественно используют электроплавленный ZrO₂ с содержанием стабилизирующих оксидов, обеспечивающих наличие от 5 до 40% моноклинной фазы, так как двухфазовый материал более термостоек.

Хорошая коррозионная стойкость и низкая теплопроводность ZrO₂ позволяет эффективно его использовать в качестве плит скользящих затворов при плавке агрессивных и марганцовистых сталей, раскисленных повышенным количеством алюминия и сталей Х18Н9Т на установках полунепрерывного литья.

 

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Титано-циркониевые россыпи Урала перспективны, но требуют дальнейшего всестороннего изучения.

2. Комплексный состав россыпей (ильменит, рутил, циркон) не влияют на характер их разработки, так как технология получения отдельных компонентов не представляет трудностей.

 

ГЛАУКОНИТЫ

 

Глаукониты – слоистые низкотемпературные магнезиально-железистые гидрослюды, представляют собой водный алюмосиликат калия, магния и железа, встречаются в виде округлых микроагрегатных зерен размером 0,01–0,8 мм. Наиболее характерен глауконит в составе фосфоритных руд, песков и глин, которые при большом его содержании (до 70%) называются глауконитовыми. Обычно химический состав глауконита выражается формулой: K₂O∙MgO∙4Fe₂O₃∙10SiO₂∙nH₂O.

По современным представлениям формула этого минерала выглядит следующим образом: (K, Na, CaO)(Fe³⁺, Mg, Fe²⁺, Al)₂ [(Al, Si)Si₃O₁₀](OH)₂∙H₂O

Глаукониты характеризуются широкой вариацией химического состава. Они содержат Fe₂O₃ – до 28%; FeO – до 8,6%; MgO – до 4,5% и К₂О – до 9,5%. Многие залежи глауконитовых пород содержат высокую примесь Р₂О₅ и даже включают горизонты фосфоритов. Есть данные о присутствии серы.

Окраска глауконитов зеленая различных оттенков, в природе они встречаются обычно в виде микроагрегатных зерен – микроконкреций. При детальном микрозондовом изучении было установлено, что последние являются продуктом соосаждения железистой слюды и монтмориллонита.

Международная номенклатурная комиссия приняла решение называть глауконитом железистую слюду, отвечающую формуле

K(Fe³⁺, Mg)(Si_3,8-3,5Al_0,2-0,5)O₁₀∙2H₂O

Между глауконитом и селадонитом K(Fe³⁺, Mg)Si₄O₁₀·2H₂O существуют постепенные переходы. Имеется в глауконите примесь фенгитовой частицы (K, Mg_0,5Al_1,5[Al_0,5Si_3,5O₁₀](OH)₂). Агрегаты, состоящие существенно из глауконита, рекомендовано называть глауконитом, промежуточные – смешанослойным глауконитмонтмориллонитом.

Содержание главных компонентов в типичных глауконитах колеблется в следующих пределах (%): K₂O – 4,0–9,5; Na₂O – 0,0–3,0; Al₂O₃ – 5,5–22,6; Fe₂O₃ – 6,1–2,79; FeO – 0,8–8,6; MgO – 2,4–4,4; SiO₂ – 47,6–52,9; H₂O – 4,9–13,5. Плотность 2,2–2,8 г/см³. Твердость 2–3 (по шкале Мооса). Хрупок.

Глауконит – широко распространенный в природе минерал, общие ресурсы которого оцениваются в 35,7 млрд. тонн.

Уральский регион относится к одному из перспективных по запасам глауконита районов.

На восточном склоне Урала в Ново-Лялинском районе мощность кварц-глауконитовых песков и песчаников достигает 34 м; содержание в них глауконита до 50%. Ориентировочные запасы Лобвинского, Белореченского и Караульского месторождений около 150 млн. тонн.

На территории Челябинской области в восточной ее части глауконитсодержащие породы (пески) имеют большое распространение от широты пос. Багаряк на севере до широты райцентра Миасское на юге. Всего выделено 10 перспективных площадей. Из 7 первоочередных площадей поисковые работы проведены на 4: Кабанской, Каринской, Актюбинской и Сункурдукской.

Кабанская площадь расположена в Каслинском районе в 115 км к северу от г. Челябинска, в 6 км к западу от с. Усть-Багарак. На Кабанской площади выявлено два проявления глауконитовых песков: Кабанское и Заречное.

Кабанское проявление расположено непосредственно к западу от оз. Кабанье. Мощность продуктивного горизонта неравномерна и колеблется от 1,8 до 9,0 м, составляя всреднем 5,1 м. Залежь сложена мелкозернистыми кварцево-глауконитовыми песками. Содержание глауконита неравномерное и колеблется от 36,5 до 60%, в среднем – 45%.

Прогнозные ресурсы составляют 34 млн. тонн.

Заречное проявление находится на южном фланге Кабанской площади (левый берег р. Синары). Продуктовый горизонт довольно выдержан по мощности 4,4–6,3 м (в среднем 5,1 м). Залежь сложена мелкозернистыми глауконитовыми песками с содержанием глауконита 49,7–57,1% (среднее 52%).

Прогнозные ресурсы составляют 15,1 млн. тонн.

 

Каринская площадь расположена в пределах Кунашакского района в 100 км к северу от г. Челябинска. По результатам поисков в пределах Каринской площади выявлено два проявления глауконитовых песков: Карийское и Айтакское.

Каринское проявление находится на правом берегу р. Синары в 1 км к югу от д. Карино. Мощность продуктивного горизонта неравномерная и колеблется от 1,5 до 8,7 м (средняя 6,0 м). Сложен горизонт глауконитовыми песками. Содержание глауконита равномерное в центральной части залежи и составляет 55–65 %, понижается к краевым ее частям до 35–40%.

Химический, минеральный и гранулометрический состав Каринского проявления глауконитсодержащих пород представлен в табл. 11.1, 11.2 и 11.3.

Прогнозные ресурсы составляют 4,3 млн. тонн.

   Айтакское проявление расположено в 2,5 км к юго-востоку от Каренской залежи и в 3,5 км к юго-востоку от д. Карино.

  Полезная толща залежи сложена собственно глауконитовыми песками, переслаивающимися с кварц-глауконитовыми.

Содержание глауконита относительно равномерное (44,5–55,0%). Прогнозные ресурсы составляют 69,3 млн. тонн.

Актюбинская площадь расположена в Красноармейском районе в 84 км к северо-востоку от г. Челябинска и в 60 км к северу от с. Миасское. В пределах Актюбинской площади выявлено два проявления глауконитовых песков: Кирды и Межозерное.

Проявление Кирды находится непосредственно к западу от оз. Кирды. Мощность продуктивного горизонта неравномерная и колеблется от 2,5 до 11,2 м (средняя 7,9 м). Содержание глауконита равномерное, в пределах 40,9–66,7%, в среднем 55,2 %.

 

 

Таблица 11.1. Химический состав проб, мас. %

Химические соединения	Проба 1	Проба 2	Проба 3
SiO2	75,0	71,3	69,2
Al2O3	4,55	5,28	5,24
CaO	0,40	0,55	1,15
MgO	1,46	1,87	2,27
Fe	8,04	8,89	8,89
FeO	< 0,50	1,72	2,08
Fe2O3	11,5	10,8	10,4
K2O	3,44	3,68	4,46
Na2O	0,23	0,27	0,29
MnO	0,39	0,46	0,33
P2O5	0,061	0,096	0,450
S	0,010	0,082	0,079
CО2	0,13	н/обн	0,26
Конституционная вода	2,60	3,74	3,80
Влага гидратная (адсорбционная)	2,56	3,96	3,59
Сумма	100,12	99,96	99,96

 

 

Таблица 11.2. Минеральный состав проб, масс. %

Минерал	Проба 1	Проба 2	Проба 3
Глауконит, монтмориллонит	57,0	65,0	70,0
Кварц, холцедон	40,0	34,0	28,0
Карбонат кальция	0,2	0,0	0,5
Гидроксиды железа	2,0	0,2	0,2
Фосфат кальция	0,1	0,2	1,0
Полевой шпат	0,1	ед. зерна	ед. зерна
Магнетит	0,2	0,1	0,1
Рутил	0,3	0,4	0,1
Пирит	0,1	0,1	0,1
Сумма	100,0	100,0	100,0

 

Таблица 11.3. Зерновой состав глауконита по классам крупности

Классы крупности, мм	Массовая доля, %
	Проба 1	Проба 2	Проба 3
+ 0,59	--	ед. зерна	ед. зерна
- 0,59…+0,42	0,5	ед. зерна	0,3
-0,42…+0,21	15,8	19,6	18,6
-0,21…+0,15	45,5	35,0	23,9
-0,15…+0,074	36,4	44,5	55,8
-0,074	1,8	0,9	1,4
Итого	100,0	100,0	100,0

    

Прогнозные ресурсы составляют 135 млн. тонн.

Межозерное проявление находится в 6 км к югу от проявления Кирды, на площади между озерами Шуран-Куль и Сугояк.

Продуктивный горизонт сложен глауконитовыми песками. Мощность горизонта неравномерная, составляет 5,8–10,6 м (средняя 8,3 м). Содержание глауконита высокое и находится в пределах 51,4–65,5% (среднее 57,7%).

Прогнозные ресурсы составляют 39,6 млн. тонн.

В Актюбинском Приуралье известно месторождение кварц-глауконитовых песков Кызыл-Сай. Средняя мощность нижнего горизонта 0,59 м, содержание глауконита 80–90%, мощность верхнего горизонта 0,95 м, содержание глауконита 39%.

В Ишимбаевском районе Республики Башкортостан имеется мелкое (запасы по категориям А+В+С₁ – 90 тыс. тонн) Байгузинское месторождение глауконитовых песков.

По предварительным результатам изучаемые проявления глауконита перспективны для промышленного освоения.

Глаукониты, благодаря своим специфическим свойствам (наличию красящих оксидов, активных катионов К⁺, слоистой структуре), представляют ценное промышленное сырье различного назначения. К настоящему времени определилось четыре основных направления их использования: в качестве минеральных пигментов для получения красок, как смягчителей вод, сорбентов и калийных удобрений.

Минерал глауконит в последние годы все больше привлекает к себе внимание своей дешевизной, недорогим способом добычи, а также достаточной для промышленного использования сырьевой базы минерала. Получая новые данные о физико-химических свойствах минерала, продолжается поиск областей применения глауконита.

Одним из перспективных способов применения минерала в естественном виде представляется его использование в программах реабилитации загрязненных территорий от тяжелых металлов, радионуклидов, где не требуется дополнительная обработка.

Гранулированные образцы глауконита удовлетворяют требования ГОСТа по показателям механической прочности и химической стойкости и могут быть использованы в качестве фильтрующей загрузки в процессах водоподготовки.

Глауконит, обработанный слабым раствором серной кислоты, проявляет хорошие адсорбционные и осветляющие свойства и может быть применен для осветления и очистки масел, сточных вод текстильных производств.

Глауконит может быть рекомендован в качестве минеральных удобрений, как кормовая добавка для сельскохозяйственных животных и птиц.

За последние десятилетия проведенные исследования подтвердили целесообразность использования глауконитсодержащего сырья для получения окрашенных стекол, глазурей, а также стеклокристаллических материалов, в качестве добавок в производстве черепицы, кирпича, керамических плиток, каменного литья, наполнителей для поливинилхлоридных композиций и др.

 

     

ТЕХНОГЕННОЕ СЫРЬЕ УРАЛА

 

В результате хозяйственной деятельности человека в природе накапливаются большие количества промышленных отходов – неиспользованные побочные продукты, остатки сырья, материалов, полностью или частично изменившие свои свойства.

Самый большой объем отходов приходится на отходы горно-промышленных предприятий и связанных с ними перерабатывающих производств, образующихся при добыче, обогащении, переработке полезных ископаемых (вскрышные и попутно добываемые породы). Источниками различных отходов являются тепловая энергетика и топливная промышленность (золы, шлаки), угледобыча и углеобогащение (пустые породы, угольные шлаки, хвосты флотации); черная и цветная металлургия (шлаки и шламы); промышленность строительных материалов (отходы обогащения каолинов, переработки асбестовых, тальковых и других руд, бой кирпича, стекла и др. изделий) и т.д.

Под складирование горно-промышленных отходов, в целом по России, занято свыше 500 тыс. га земель, а негативное воздействие отходов на окружающую среду проявляется на территории, превышающей эту площадь в 10–15 раз.

В настоящее время на предприятиях горнодобывающей, металлургической, химической, деревообрабатывающей, энергетической, строительных материалов и других отраслей промышленности РФ ежегодно образуется около 7 млрд. тонн отходов. Используется же лишь 2 млрд. тонн, или 28% от общего объема. В связи с этим в отвалах и шламохранилищах страны накоплено около 80 млрд. тонн только твердых отходов. Под полигоны ежегодно отчуждается около 10 тыс. тонн пригодных для сельского хозяйства земель.

    Уральский экономический район, как старейший регион с высоко развитой горнодобывающей и перерабатывающей промышленностью, лидирует по количеству горно-промышленных отходов (ГПО). За последние 60 лет в Уральском регионе накоплено более 10 млрд. тонн вторичного минерального сырья. Главными поставщиками техногенного сырья являются горнодобывающая и металлургическая промышленность, а также теплоэнергетика, использующая твердое топливо. По оценкам ВИЭМСа (с привлечением информации Госкомстата РФ, различных отраслевых ведомств и организаций), к 2010 г. объем ГПО в Уральском регионе будет составлять около 5 млрд. тонн (табл. 12.1).

Около 25% территории Уральского региона оцениваются как кризисные в связи с загрязнением, связанным с хранением ГПО.

    Среди многочисленных разновидностей вторичного минерального сырья имеются разнообразные неорганические материалы и вещества, которые могут быть использованы в огнеупорной и других отраслях промышленности. По химико-минеральному составу техногенное сырье можно классифицировать как магнезиальное, магнезиально-силикатное, алюмосиликатное, кремнеземистое, известь- и углесодержащее.

Наиболее высокоогнеупорное и качественное техногенное сырье представлено преимущественно некондиционным отвальным магнезитом, хвостами обогащения талька, пылеуносом обжиговых и плавильных печей, осыпью и корковой зоной блоков плавленого периклаза, а также магнезиальными продуктами химического производства (хлориты, сульфиты и карбонаты магния).

 

Таблица 12.1. Ожидаемые к 2010 году объемы ГПО по                        отраслям промышленности, млн. тонн

Черная металлургия			Цветная металлургия				Топли-вная энерге-тика	Угольная промыш-ленность
Вскрышные и вмещающие породы скальные	Шлаки металлургические	Отходы обогатительных фабрик	Вскрышные и вмещающие породы		Шлаки металлургии	Отходы обогатительных фабрик	Золошлаки	Отходы обогатительных фабрик
			скаль-ные	рыхлые
1376	418	1079	798	547	207	275	497	46

 

     Существенным резервом магнезиального сырья могут быть шлаки высокоуглеродистого феррохрома, представляющие собой форстеритошпинельный материал, который в настоящее время не используется.

    К числу магнезиально-силикатных отходов относятся: некондиционные хромитовые руды и нерудные продукты их обогащения, отходы талька и асбеста, пыль печей для обжига дунита, форстеритошпинельные ферросплавовые шлаки и другие материалы. Суммарный годовой объем прироста таких отходов превышает 10 млн. тонн. Запасы в отвалах составляют более 500 млн. тонн.

    Магнийсодержащие отходы, образующиеся в процессе производства на комбинате «Магнезит», содержат преимущественно оксид магния. Они являются ценным сырьем для магнезиальных жаростойких бетонов, а также могут быть успешно использованы при изготовлении сравнительно недорогих магнийфосфатных связок.

       Значительные объемы шлаков высокоуглеродистого феррохрома накоплены на Серовском ферросплавном заводе, Челябинском электрометаллургическом комбинате. Шлаки от выплавок высокоуглеродистого феррохрома представляют собой огнеупорный материал, основными минеральными фазами которого являются форстерит (55–60%), алюмомагнезиальная шпинель (36%), стекловидная фаза мелилитового состава (3–4%). В качестве механических примесей в шлаке присутствуют корольки феррохрома (до 5%). Технические требования на шлаки приведены в табл. 12.2.

Таблица 12.2. Технические требования на шлак форстеритошпинельный плавленый

Наименование показателей	Норма, массовая доля, %
MgO, не менее SiO2, не более Al2O3, в пределах СаО, не более Максимальный размер кусков, мм, не более	42,0 33,0 14–19 2,0 200,0

 

Химический состав и огнеупорность проб шлаков низкоуглеродистого и высокоуглеродистого феррохрома Серовского ферросплавного завода, прошедших частичную магнитную сепарацию, представлены в табл. 12.3, зерновой и фазовый состав, насыпная масса их приведены в табл. 12.4.

   

Таблица 12.3. Химический состав и огнеупорность шлаков феррохрома

	Содержание оксидов, %						Огнеупор-ность, ^оС
	Cr2O3	MgO	Al2O3	SiO2	СаО	FеO
Шлак высокоуглеродис-того феррохрома	5,0	43,0	18,0	31,0	2,5	1,0	1650
Шлак низкоуглеродистого феррохрома	5,0	13,0	7,0	29,0	45,0	1,0	1320

 

В «Уралмехнабор» получены безобжиговые форстеритовые огнеупоры на основе шлаков высокоуглеродистого феррохрома, которые удовлетворяют требованиям ГОСТ 4832-79.

    Шлак низкоуглеродистого феррохрома характеризуется низкой огнеупорностью 1320^оС, что обусловлено высоким содержанием в нем оксида кальция – 45%. Его целесообразно применять для получения строительного безобжигового кирпича (тротуарного камня, кирпича бетонного облицовочного, камня бетонного стенового) и других изделий.

К перспективным направлениям утилизации промышленных отходов относится применение их в качестве сырьевых компонентов в производстве строительных материалов различного назначения. Это позволяет не только снизить их стоимость, но в ряде случаев получить материалы с более высокими физико-механическими свойствами, по сравнению с материалами на основе традиционных составляющих.

Таблица 12.4. Зерновой, фазовый состав и насыпная масса шлаков феррохрома

Наименование показателей	Шлак феррохрома
	высокоуглеродистого	низкоуглеродистого
Зерновой состав, %, фракция: Более 5 мм       3–5 мм       2–3 мм       1–3 мм       0,5–1 мм      менее 0,5 мм в том числе 0,088–0,5 мм       менее 0,088 мм	32,0 31,0 4,5 2,5 4,5 25,5 12,7 12,7	4,0 23,5 18,5 17,5 17,5 19,0 9,5 9,5
Насыпная масса валовой пробы, г/см^3	1,92	1,58
Фазовый состав по рентгенофазовому анализу	Mg2SiO4 (основная фаза) (Al, Cr)2O3, Са3 SiO5 - примесь	Mg2SiO4 (Mg, Fe) (Al, Cr)2O4 Са3 SiO5

                      

Одним из наиболее эффективных направлений является использование промышленных отходов в качестве компонентов жаростойких материалов. Для этих целей целесообразно применять некоторые виды шлаков ферросплавного производства, цветной металлургии, доменные шлаки, отходы абразивного производства и высокоглиноземистые отходы нефтехимии.