ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
"ЭКОМОНИТОРИНГ"
СРЕДНЕУРАЛЬСКАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ
620014
г.Екатеринбург ул.Вайнера, 55 (Уралнедра), каб. 513 |
тел. 257-20-06, 219-39-08 факс 257-20-06 |
|
ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТОЕ
СЫРЬЕ УРАЛА 1. Бокситы Для
производства высокоглиноземистых огнеупоров применяют как природное, так и искусственное
сырье: гидраты глинозема, входящие в состав боксита (гидраргиллит,
бемит, диаспор), корунд, минералы силлиманитовой
группы - кианит (дистен), андалузит, силлиманит;
искусственный, технический глинозем и электроплавленный
корунд. Бокситы
- представляют собой продукты гидролитического разложения алюмосиликатов в
процессе выветривания; они содержат рудные минералы в виде гидроксидов алюминия различной степени гидратации (гиббсит, бемит, диаспор) и
оксида алюминия - корунда. Количество этих минералов в бокситах колеблется в
широких пределах. Почти всегда в них содержатся водные силикаты алюминия
(каолинит и реже другие минералы каолинитовой группы). Химический
состав бокситов (табл. 1) непостоянный и колеблется в широких пределах:
содержание глинозема - от 36 до 80%, оксида железа - от долей до 30%.
Наиболее вредной примесью является кремнезем, содержание которого изменяется
от долей до 10% и более; он присутствует в виде геля, кварца, а также
составной части алюмосиликатов. Кроме того, в боксите присутствуют СаО, MgО, MnО,
реже К2О, Na2О и другие
оксиды. Структура
боксита: оолитовая, бобовая, плотная (яшмовидная), землистая. Цвет -
темно-красный, красный, розоватый, серый, зеленовато-серый. По внешнему виду
боксит похож на глину, но отличается от нее тем, что с водой не дает
пластичной массы. Иногда боксит нельзя отличить от землистого бурого
железняка; в таком случае необходимо произвести химический анализ. Боксит
представлен химической осадочной породой, по другим данным - конечным
продуктом выветривания магматических, метаморфических и осадочных пород в
жарком тропическом климате (латеритное выветривание) или осадочным продуктом
после растворения известняков атмосферными водами. Месторождения
бокситов на Урале сконцентрированы на Северном, Южном и Приполярном Урале и
простираются полосой вдоль восточного склона, на котором боксит встречается в
виде залежей неправильной формы. На Северном Урале - в трех бокситорудных районах - Северо-Уральском, Ивдельском, Карпинском, - в разное время открыты десятки
месторождений и проявлений. Из
месторождений Северного Урала наибольшее значение приобрело месторождение
Красная Шапочка. Боксит этого месторождения отличается малым содержанием SiO2, оно приурочено к полосе девонских известняков.
Средняя мощность бокситового тела около В
пределах района Южноуральских бокситовых рудников
выделяют две пачки: нижнюю рудную и верхнюю - терригенно-карбонатную. Нижняя в
районе Ново-Пристанской и Кукшинской групп
месторождений, расположенных на северо-востоке Южноуральских
бокситовых рудников, сложена внизу красно-коричневым, выше - серым слоистым
бокситом и аллитом. К западу от этих месторождений
нижняя пачка представлена железистыми бокситовыми породами с бобовинами и оолитами, затем оолитовыми пестроцветными бокситами Вязовской
группы рудопроявлений и бемит-шамозитовыми
железистыми рудами западного борта Сулеймановской брахиантиклинали. На
Южном Урале известны Кукшинское месторождение
бокситов, недалеко от станции Сулея, Усть-Катавское,
Варненское и другие. В Южноуральском
районе бокситовых рудников предусмотрено проведение разведки на Улуирском месторождении. В связи с этим запасы бокситов в
районе будут увеличены и обеспеченность рудника значительно повысится.
Предусмотрено проведение общих поисков бокситов на Саткинской
площадке и в зонах погружения формаций верхнего девона. В
Северо-Уральском бокситорудном районе предусмотрены
продолжение разведки глубоких горизонтов Черемуховского
и Кальинского месторождений и оценка перспектив
месторождений до глубины 2000-2500 метров. Предусмотрено также проведение
разведки бокситорудных участков в Ивдельском районе в целях обеспечения прироста запасов
бокситов, пригодных для открытой добычи. С
позиций формационного анализа детальнее других изучен Северо-Уральский район.
Здесь уже установлено, что к западу от Крутоловско-Коноваловского
надвига, в Петропавловской зоне, бокситы образуют крупные месторождения, а к
востоку, в Турьинской зоне, удалось обнаружить лишь
бокситовые рудопроявления. Промышленные месторождения Красная Шапочка, Кальинское, Ново-Кальинское, Черемуховское, Сосьвинское и
Северное разведаны детально. Все эти месторождения образуют Северно-Уральский
бокситовый бассейн, который уникален в том плане, что здесь встречаются
практически все известные среди девонских бокситов разновидности руд, все
формации бокситоносного комплекса, весь широкий
спектр пород, входящий в состав рудных, рудовмещающих формаций. К
югу от Северо-Уральского - в Карпинском районе, известно полтора десятка
бокситовых месторождений и рудопроявлений (Богословское, Талицкое,
Тотинское, Западно-Тотинское,
Шайтанское, Любвинское и
др.). Из них промышленное значение имеет лишь Тотинское. Ивдельский
район насыщен бокситами больше, чем Карпинский. В нем известны месторождения
сравнительно качественных бокситов, значительных по масштабам оруднения. В Ивдельском районе
известно три десятка бокситовых месторождений и рудопроявлений (Суеватское, Лозьвинское, Люльхинское, Пешинское, Новое, Вижайское, Талицкое, Северо-Тошемское, Тошемское, Юртищенское, Наталовское, Горностаевское и другие). На
обширных площадях вблизи известных рудопроявлений Суеватского,
Лозьвинского, Люльхинского,
Вижайского, а также Талицкого
месторождения могут быть открыты новые бокситовые залежи. Не исчерпаны
перспективы открытия новых рудных залежей и к западу от Крутоловско-Коноваловского
надвига, восточнее месторождений Северо-Тошемского,
Парминского, Юртищенского
и др. Исследования
последних лет, проводимые на Приполярном Урале, непосредственно к северу от
известных промышленных скоплений девонских бокситов Северо-Уральского и Ивдельского районов, позволяют положительно оценить
девонские образования Тагильской структуры с точки
зрения возможной бокситоносности. Девонские
карбонатные образования северной части Тагильского
среднепалеозойского погружения по возрасту и условиям залегания аналогичны бокситоносным формациям Северо-Уральского бокситового
района. На
Приполярном Урале, в центральной части Северо-Сосьвинского
бассейна (реки Манья, Лопсия, Нахор),
толща девонских крансноцветов по положению в
разрезе соответствует субровскому бокситовому
горизонту и служит его аналогом и перспективным районом на девонские бокситы.
Выявлены проявления бокситов и высокоглиноземистых пород в пределах Карского синклинория - самого северного на западном склоне Урала. В
Южноуральском бокситорудном
районе предусмотрено проведение разведки на Улуирском
месторождении. В
Севоро-Уральском бокситорудном
районе предусмотрено продолжение разведки глубоких горизонтов Черемуховского и Кальинского
месторождений и оценка перспектив месторождений до глубины 2000-2500 м. Предусмотрено
проведение разведки бокситорудных участков в Ивдельском районе в целях обеспечения прироста запасов
бокситов. 2.
Природный корунд Система
Al - О включает ряд кислородных соединений
алюминия. Важнейшим из них является Al2O3
(глинозем). В природе оксид алюминия встречается в кристаллическом состоянии
в виде минерала корунда (α-Al2O3)
и гидратов оксида алюминия. Корунд является породообразующим минералом. В
природе корунд встречается как в чистом, так и (более часто) в загрязненном
виде. Разновидности, окрашенные в различные цвета, представляют собой
драгоценные камни (сапфир, рубин, лейкосапфир и
др.). В виде примесей в корунде находятся микроскопические включения
магнетита (Fe3O4), железного блеска -
гематита-магнетита (Fe2O3), оксида хрома Cr2O3. Кроме того встречаются, хотя и в значительно
меньших количествах, кварц, известняк, рутил, хлорит, цианит,
слюда и др. Зернистый корунд в смеси с магнитным железняком и небольшим
количеством кварца называется наждаком. Более чистые разновидности корунда
содержат 95-98% Al2O3. Корунд
растворим в H2SО4 при температуре выше 200ºС. Нерастворим в минеральных кислотах и щелочах. Твердость
корунда 9 (по Моосу), истинная плотность 3,9-4,1 г/см3 (в зависимости от примесей), огнеупорность, в
зависимости от содержания оксида хрома Cr2O3,
колеблется 1850 до 2030ºС. Образование
корунда в основном связано с магматическими процессами, контактным или
региональным магматизмом. Корунд обнаружен в
некоторых бокситах (Северный Урал), он накапливается в россыпях - зерна и
метакристаллы до 15-20 см в поперечнике (в районе Рай-Из,
Полярный Урал), в корундо-полевошпатовых жилах
(верховье реки Березовка, Кыштымский
район), в пегматитах Ильменских гор, вдоль
восточного берега озера Лертяш. В хлоритовых
сланцах месторождения Косой Брод Свердловской области обнаружен наждак.
Рубины и сапфиры встречаются в россыпях на территории Свердловской области.
Однако содержание корунда в породе невелико, и эти месторождения не имеют
промышленного значения. В
пегматитах Урала в россыпях по рекам Санарке и
Каменке выявлены розовые топазы, а в Ишимских и Назямских горах - шпинель MgAl2O4. Природный
корунд используется для оптико-механической, подшипниковой и стекольной
промышленности, в производстве абразивной бумаги и точильных кругов. Сведений
о применении в настоящее время природного корунда для производства огнеупоров
и керамики в Российской Федерации и за рубежом нет. Борзовское
месторождение корунда расположено в Содержание
корунда в породе составляет около 60-70%. Месторождение почти совершенно
выработано. Химический
состав бокситов и природных корундов Урала приведен в табл. 1. 3. Кианиты
Урала В
последние годы все больший интерес вызывают кианитовые (дистеновые)
породы - кианит, андалузит и силлиманит. Минералы группы кианита являются
модификациями одного и того же алюмокремниевого соединения Al2O3·SiO2 или Al2SiO5, и, следовательно, имеют один и тот же химический
состав. Однако, несмотря на общность химического состава, эти минералы
значительно различаются вследствие структурной индивидуальности по некоторым
важным свойствам (табл. 2.). Таблица 1. Химический
состав бокситов и природных корундов Урала
Таблица 2. Важнейшие
свойства минералов кианитовой группы
Между
всеми тремя формами минералов кианитовой группы возможны полиморфные
превращения при изменении температуры и (или) давления. Закалка всегда позволяет
стабилизировать переход и сделать его необратимым. Однако наиболее активно
такие превращения протекают в порошковых материалах
в присутствии жидкой фазы и поэтому не могут иметь особого значения при
промышленном обжиге кианита с целью получения тонкокерамических и огнеупорных
материалов. Все три минерала при нагреве выше 1300ºС
с большей или меньшей скоростью разлагаются на муллит и кристобалит
(или силикатное стекло). Конкретная температура фазового перехода зависит от
дисперсности материала и наличия примесей. В идеале прошедшая до конца
реакция может быть представлена следующим образом: 3(Al2O3
·SiO2) →3Al2O3·2SiO2 + SiO2 . Именно
эта реакция имеет практическое значение при производстве муллитокремнеземистой
керамики и огнеупоров из минералов кианитовой группы. Наибольшее
использование находит кианит. При обжиге он значительно расширяется, в связи
с чем при изготовлении муллитового кирпича его
обычно подвергают предварительной термообработке. Так, при обжиге до 1500ºС кианит увеличивает свой объем примерно на
11-16% только в том случае, если в состав массы он был введен в сыром
состоянии в виде зерен размером от 0,54 до 3-4 мм. Если
тот же кианит был измельчен (до зерен размером в сотые доли миллиметра), то
рост его объема при обжиге не превышает 2,0-2,5%. На этом и основан метод
производства кианитовых изделий без предварительного обжига. Огнеупоры,
изготовленные из кианитовых концентратов, обладают преимуществами перед
кварцевыми, высокоглиноземистыми и другими огнеупорными материалами. Вследствие
высокого содержания глинозема кианит может быть использован в производстве
алюмокремниевых сплавов (силумина), а также металлического алюминия. Введение
кианита или его аналогов (силлиманита, андалузита) в количестве от 30 до 65%
в состав фарфоровой массы позволяет получить после обжига при 1400-1550ºС изделия с большим содержанием муллита,
высокой прочностью (до 140 МПа при изгибе), термостойкостью и со значительным
электрическим сопротивлением при повышенной температуре. Идея использования
природных силикатов алюминия состава Al2O3·SiO2 в качестве сырья для изготовления огнеупоров,
химически стойкой керамики, электротехнического фарфора и других видов тонкой
керамики относительно нова. Кианитовые
минералы находят широкое применение в США в качестве добавки при изготовлении
электротехнического фарфора, в производстве огнеупорных изделий. В
Великобритании искусственный силлиманит используют для производства
высокоогнеупорных изделий: из плавленого муллита получают стеклобрус
для стекловаренных печей. В Германии на основе кианитовых пород получают
высокоогнеупорные материалы. В
бывшем СССР производство огнеупоров из высокоглиноземистого природного сырья
едва превышало 50 тыс. тонн в год. Россия и другие республики СНГ обладают
большими запасами сырья группы кианита. Крупнейшие месторождения
сосредоточены на Кольском полуострове, в Карелии, Забайкалье, Туве, на Алтае,
в Якутии, в Казахстане, в Средней Азии, на Урале, Кавказе и Украине. Их
суммарные запасы составляют 1 млрд. тонн, что многократно превышает ресурсы
всех остальных стран, взятых вместе. По
крайней мере, 20 рудопроявлений кианита, представляющих потенциальный
промышленный интерес, расположены на Урале. Из них более 5 находятся в
Челябинской области. Все они были открыты в 30-50-х
годах прошлого века. Детальному изучению и доразведке
большая часть рудопроявлений не подвергалась. На
Урале высокоглиноземистое сырье представлено только кианитом, лишь в районе Косулино (Свердловская область) обнаружены запасы
лучистого андалузита. Прогнозные ресурсы на перспективных площадях Урала
приведены в табл. 3. Таблица 3. Прогнозные
ресурсы кианита
Только
на Сосновско-Абрамовской, Сысертской,
Брусянской и Карабашской
кианитовых площадях запасы оценены в 28 млн. тонн, что существенно для
огнеупорных и других предприятий промышленно развитого Урала. Согласно
данным Восточного института огнеупоров (г. Екатеринбург), для основных
металлургических и огнеупорных предприятий Урала (Богдановичский
огнеупорный завод, Нижне-Тагильский, Челябинский,
Магнитогорский металлургические комбинаты) в настоящее время требуются
маложелезистый боксит и кианитовое сырье для изготовления ковшовых изделий
специального назначения (продувка и вакуумирование
стали), воздухонагревательного и насадочного кирпича, легковесных изделий,
огнеупорных масс и заполнителей, производства стекловолокнистых огнеупорных
материалов. Потребность
предприятий Урала в высокоглиноземистом огнеупорном сырье составляет 300-400
тыс. тонн, в том числе для изготовления стекловолокнистых материалов - 50-70
тыс. тонн в год. Все
уральские месторождения кианита доступны для разработки. Практически все они
расположены в экономически развитых районах, вблизи автомобильных и железных
дорог. Химический
состав кианитов приведен в таблице 4. Таблица 4. Химический
состав кианитов
*
- Теоретический состав кианита - 37,10% SiO2,
62,90% Al2O3 Кианиты
этих месторождений требуют обогащения из-за сравнительно низкого их
содержания в добываемых породах. Руды имеют простой минеральный состав (кварц
+ кианит 90-95%, пирит + магнетит 5-10%), что существенно упрощает обогащение
и позволяет создать на их основе безотходное производство концентратов
(кианит - для получения глинозема, огнеупоров, силумина и керамики; кварц - в
качестве формовочного песка, для стекольной и керамической промышленности,
производства динаса; пирит - для выработки серной кислоты). Содержание
кристаллов кианита в породе Борисовского
месторождения колеблется от долей до 26% и в среднем составляет 7,1% для
россыпей и 8,5% для коренных залежей. Мощность россыпей 1,5-2,5 м, мощность
вскрыши в среднем Михайловское
месторождение представлено непрерывной полосой кианитсодержащих
сланцев. Мощность вскрыши Мало-Каслинское месторождение имеет две линзы сланцев, обогащенных кианитом. Средняя
мощность вскрыши около Карабашское (Егустинское) месторождение в настоящее
время наиболее детально исследовано. Прогнозные ресурсы по категориям Р1+Р2, рассчитанные до глубины В
пределах рудопроявления выделен участок с оптимальными горно-геологическими
параметрами (минимальный объем вскрышных работ, выдержанный рудный горизонт
при пологом залегании), пригодный для закладки в самое ближайшее время
опытно-промышленного карьера. Руды
данного месторождения были многократно исследованы на обогатимость,
а кианитовый концентрат и изделия из него - на огнеупорность и
термостойкость. В
1987 году шесть проб кианитовых кварцитов были изучены на обогатимость
в лаборатории ПГО «Уралгелогия»
(г. Екатеринбург). Из всех проб получены концентраты с содержанием
45,09-57,73% Al2O3 и 0,86-2,0% Fe2O3. В
последние годы ОАО «Уралмеханобр»,
ТОО «Алкам», лабораторией обогащения Уралгеолкома исследованы вещественный состав и обогатимость кианитов ряда уральских месторождений. В
процессе исследований, с учетом достигнутых технологических показателей,
затрат на добычу и обогащение сырья и мировой цены на кианит, определено
содержание глинозема, связанного с кианитом, для рентабельной переработки
руд. Расчеты показали, что для рентабельной переработки кианитовых руд
содержание Al2O3 в руде должно составлять не менее
15-20% (по кианиту 25-30%). В
табл. 5 приведены результаты обогащения кианитовых россыпей класса 25-2 мм в
тяжелых суспензиях плотностью 2,8 г/см 3 и термическим разупрочением
кварца. Таблица 5. Результаты
обогащения кианитовых россыпей
*
после доводки доизмельченного до 0,3-0,00 мм
концентрата методом магнитной сепарации при напряженности поля 1200-1300
кА/м. **
материал крупностью 25-2 (1) мм, состоящий в основном из кварца и кианита,
нагревают до температуры 700 - 900ºС и резко
охлаждают в воде, затем измельчают с выделением кианита класса 6 (10)-2(1). В
табл. 6 показан выход и приведена качественная характеристика кианитовых
концентратов Карабашского месторождения, полученных
методом флотации. Таблица 6. Качественная
характеристика кианитовых концентратов
При
обогащении карабашских кианитов может быть попутно
получено 2-3% слюдяного (мусковитового) продукта и
50-55% кварцевых песков, отвечающих требованиям ГОСТ 7031-75, в основном
марки ПК-93 (>93% Al2O3, <0,3% Fe2O3 и TiO2, <1% СаО). Магнитной
сепарацией в поле высокой интенсивности 1300 кА/м можно получить концентраты,
содержащие: Fe2O3 - 0,7-1,5%; TiO2
- 0,8-1,0%; Al2O3 - 52,0-57,0%. При этом выход
кианита снижается на 0,5-1,0%. Абрамовский участок (Сосновско-Абрамовская кианитовая
залежь) относится к перспективным как для организации производства
обогащенного кианита, так и по прогнозным запасам сырья. Сосновский
участок характеризуется пониженным содержанием глинозема в кианите
(41-41,5%). Кианитовые
руды Мало-Брусянского участка имеют линзообразную
форму длиной 100- Лабораторией
обогащения Уралгеолкома испытаны на обогатимость три пробы с содержанием Al2O3
от 13,1% до 16,2%. Основные породообразующие минералы - кварц, полевые шпаты,
мусковит. Рудные минералы присутствуют в незначительном количестве, кианит
представлен зернами флотационной крупности (0,3-0,03 мм). На
основании проведенных исследований предложены две технологические схемы
обогащения: гравитационная с промежуточной магнитной сепарацией и без нее, и
флотационная с доводкой кианитового концентрата и хвостов (кварцевого
продукта) магнитной сепарацией в сильном поле. Лучшие результаты достигнуты
при использовании флотационной технологии, которая позволяет получить
кианитовые концентраты с содержанием Al2O3 50-55%,
при извлечении 68-78%, при выходе 18-21%. Хвосты флотации рекомендованы для
производства изделий тонкой керамики, изготовления сварочных материалов и др. В
Восточном институте огнеупоров из необогащенных кианитов, в основном
кварцевого состава, получены алюмосиликатные изделия общего назначения,
отвечающие требованиям ГОСТ 390-83. Изготовлены также огнеупоры марок ШУС и ПВ, которые могут
применяться при температурах до 1250ºС. Кианитовое
сырье можно также использовать в технологии производства шамотных огнеупоров
без предварительного обжига (на Сухоложском, Богдановичском и др. заводах). На
основании проведенных исследований может быть разработан технологический
регламент и выполнено технико-экономическое обоснование обогащения уральских
кианитов, выбрано месторождение и определена мощность горно-обогатительного
комбината. Проведенные работы дают возможность считать, что основными
источниками сырья для производства обогащенного кианита на Урале могут стать Сосновско-Абрамовская и Брусянская
кианитовые залежи. Для
оценки и определения запасов кианита, уточнения содержания Al2O3 в сырье необходима постановка геологоразведочных
работ, проведение укрупненных технологических испытаний с целью определения
возможности использования полученных концентратов в производстве, как
огнеупоров, так и тонкой керамики. (Солодкий Н.Ф. и другие «МСБ
Урала…». Томск,
Издательство ТПУ, 2009) |