Изучение минеральных, химических и вещественных составов образцов проб техногенного происхождения Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 502/504 Т.Н. Нарбекова

ИЗУЧЕНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ, ХИМИЧЕСКИХ И ВЕЩЕСТВЕННЫХ СОСТАВОВ ОБРАЗЦОВ ПРОБ ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

А втором под руководством к.г.-

лл. м.н. Л.Н. Коваленко и д.т.н. профессором Л.К. Говоровой впервые в 1992 году выполнено исследование образцов загрязнений, взятых с промышленной площадки завода, что представляет интерес как в связи с вопросом извлечения металлов, так и с оценкой локальной экологической ситуации предприятия. Для этого использованы стандартизованные методики химико-

аналити-ческого контроля, а также оптическое и микрозондовое исследование. Опробование произведено в летний период, когда территория свободна от снежного покрова по схеме случайных чисел с учётом практических возможностей и технических средств пробирного отбора. Масса каждого отобранного образца составляла 3-8 кг. После ручной разбраковки образцов, чтобы избежать повторов, для исследования выделено 13 проб.

Отобранные пробы представлены разнородным по составу грубообломочным материалом, включающим выломки отработанной футеровки металлургических агрегатов, образцы с отвалов половья, разнообразные по составу шлаки, пыли и др., отобранные на территории завода. В связи с разнородностью исследованного материала минеральный состав каждой исследованной пробы приводится отдельно.

На рис. 1, 2 представлены микроструктуры: шамота, пропитанного про-

дуктами плавки и никелевого шлака от варки черновой меди.

Визуально и оптически образец разделяется на три зоны - рабочую, оксидную и малоизменённую. Рабочая зона представляет собой пористый изменённый материал шамота, пропитанный продуктами плавки, полностью заместившими цементирующую составляющую.

Продукты плавки представлены оксидами в виде гематита и ферритов меди и никеля. Гематит содержит изоморфные примеси никеля (0,3 % по массе) и меди (0,7 % по массе). В ферритах обнаружена примесь кобальта, среднее содержание которого составляет 0,3 % по массе. Оксиды, проникшие вглубь огне-упора, концентрируются в нём в виде оксидной каймы шириной 3-4 мм, разделяющей, рабочую и малоизменённую зону и содержащей реликтовые включения алюмосиликатов шамота. Состав оксидной зоны преимущественно гема-титовый. Содержание оксидов в этой зоне 80-85 % объем.

Малоизменённая зона на 15 % насыщена продуктами плавки, содержащими соединения меди. Медьсодержащие компоненты наиболее глубоко проникают внутрь огнеупора и занимают пространство пор и трещин, как цементирующей составляющей, так и алюмоси-ликатных кристаллов шамота. Проникновение носит механический характер, продуктов химического взаимодействия

Рис. 1. Микроструктура шамота, отраженный свет, увеличение 50х: а - окисленная зона шамота; б - малоизмененная зона; 1 - оксиды (гематит, ферриты); 2 - сульфиды меди; 3 -сульфиды никеля; 4 - силикаты

Рис. 2. Микроструктура никелевого шлака от варки черновой меди; отраженный свет, увеличение 100х: 1 - металлическая эвтектика Си-Си20; 2 - ферриты никеля; 3 - куприт; 4 -силикаты

расплава с материалом огнеупора не обнаружено. Соединения меди представлены халькозин-борнитовым твёрдым раствором и ферритами меди. В ассоциации с ними присутствуют единичные включения сульфидного твёрдого раствора на основе никеля (типа миллери-та). В нём обнаружена изоморфная примесь кобальта в количестве 0,1-2,2 % масс.

Проба, отобранная на ровной площадке шлакового отвала, представляет собой образец конвертерного шлака, содержащего до 7 % штейновых включений, которые представлены сульфидным твёрдым раствором, борнитовым твёрдым раствором с халькозином и металлическим твёрдым раствором на основе никеля.

В пробе никелевого шлака от варки черновой меди содержится 30-35 % металлизированной эвтектики Си-Си2О, ферриты никеля и меди, закись меди и силикаты.

В пробе фрагмента футеровки хромомагнезитового состава обнаружены единичные включения сульфидов штейна и металлической меди размером до 0,03 мм.

В пробе оксидной настыли - включения силикатов. Оксиды представлены гематитом и ферритами меди с никелем. Гематит содержит изоморфную примесь меди 0,2 % по массе, а ферриты - примесь кобальта в количестве до 0,15 % по массе.

Проведено исследование проб пыли с разных участков территории медного завода и пыли с окна селитебной жилой зоны. Химический анализ проб пыли с территории промышленной зоны показал богатое содержание в них цветных металлов (особенно меди), которое практически соответствует их содержанию в медных концентратах. По количеству присутствующей серы можно предположить, что металлы пыли находятся в состоянии мелкодисперсных сульфидных частиц, которыми усеяна территория Медного завода. Химический анализ пробы с окна селитебной зоны показал её количественную идентичность с составами загружаемых вкрапленных руд.

С помощью оптического и микро-зондового методов исследований в пробе пыли с окна селитебной зоны наряду с силикатными компонентами обнару-

нааягщ

“ .'N

Л:

Г .

Фото 1

Фото 2

жены неизмененные частицы рудного сырья - пирротин, пентландит, халькопирит, а также продукты плавки металлическая медь, металлический сплав на основе железа, сульфидный твёрдый раствор состава Ni-Co-S, халькозин, оксиды железа и никеля. Суммарное содержание этих компонентов составляет 5-7 объёмных. Все определения проводились на участке РМА НЛО ГМОИЦ.

Повторно в 2004 году были отобраны пробы для определения структурных особенностей, степени насыщения сульфидной и металлической фазами, исследования фазового состава, и уточнения химического состава минеральных фаз, образцов кирпича марки ХПТ-У и футеровки электролизных ванн цеха электролиза никеля.

Рентгеноспектральные исследования проводились на электронном микроскопе «Cam Scan MV 2300». Фотографирование произведено на рентгенфлюорес-центном микроскопе «Фокус РМК-1» при увеличении 500х.

Фрагмент магнетитовой настыли футеровки конвертера - основными фазами являются магнетит, фаялит и силикатные компоненты, характерные для шлаков конвертирования. В образце присутствует мельчайшая (0,002-0,01 мм) эмульсионная вкрапленность сульфидных фаз, приуроченная большей частью к магнетиту, а так же и разнообразная,

по форме и размерам, интерстициональ-ная вкрапленность размером от 0,05 до 0,5-1 мм, и более крупные прожилковидные выделения.

Объемное содержание сульфидной фазы в образце составляет около 5-8 %. Структурные взаимоотношения сульфидных фаз типичны для штейнов. Сплошные поля эвтектики №3Б2 - Си2Б окружают, выделения халькозин-борнитового твердого раствора и халькозина.

Кирпич ХПТ-У (подина конвертера никелевого завода). В образце, со стороны, контактировавшей с расплавом, имеется слой толщиной 2-3 мм, в котором присутствуют три минеральные фазы: халькопирит, кубанит, и железоникелевый твёрдый раствор. Вблизи этого слоя в структуре кирпича отмечается достаточно многочисленная (15-20 % объём.) тонкая вкрапленность минералов того же химичес-кого состава, что и в слое расплава. Форма вкрапленников неправильная, ксероморфная (фото 1) и прожилковидная (фото 2), образованная в результате заполнения сульфидными фазами пустот и микротрещин между частицами оксидов и силикатов. Размер вкрапленников меняется от 0,02 до 1,5 мм (преобладающий - 0,2-0,5 мм).

На основании оптического и микро-зондового исследования грубообломочного материала со шлаковых отвалов за-

7S

водов можно сделать вывод, что произ- цветные металлы в самостоятельных

вольно отобранные пробы, содержат минеральных формах.

— Коротко об авторах

Нарбекова Татьяна Николаевна - Норильский индустриальный институт.

------------------------------------- © Т.Н. Нарбекова, А.Б. Нарбеков

2006

УДК 502/504

Т.Н. Нарбекова, А.Б. Нарбеков

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ПРОДУКТОВ СЕВЕРА И ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ

Яорильский промышленный район является одним из самых уникальных и крупнейших техногенных систем Заполярья. Он включает в себя более 50 различных производств, в число которых входят горные, обогатительные, металлургические предприятия, которые располагают около полутора тысячами постоянных источников образования жидких, твёрдых и газопылевых отходов. Так, ежегодные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составляют около 2 млн т, сбросы загрязняющих сточных вод-более 200 млн м3, объём добычи горной массы около 10 млн м3. В настоящее время на территории региона накоплено уже около миллиарда кубометров отходов производства и по-

требления промышленного и прилегающих к нему районов, уничтожены и повреждены сотни гектаров растительности и почв. Вместе с тем отходы хвостохранилищ предприятий НПР представляют значительный научный и промышленный интерес.

В настоящее время в хвостохрани-лищах находится более 300 млн. т сухого вещества с содержанием платины и палладия в количестве 0,7-1,6 г/т (до 5 г/т), родия - до 0,15 г/т, иридия - 0,027 г/т, рутения - 0,052 г/т. осмия - 0,01 г/т, меди - до 0,5 , никеля - до 0,5 % [1].

Для изучения техногенного рассеяния цветных и благородных металлов на территории Норильского промышленного района нами были проведены крупномасштабные опробования территорий