CC BY
135
- © Г.Ф. Склярова, 2012
УДК 553.682 (571.6) Г.Ф. Склярова
ПЕРСПЕКТИВЫ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАГНЕЗИТОВОГО СЫ1РЬЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
Малый Хинган - единственный на Дальнем Востоке страны район, обладающий промышленными запасами высококачественного магнезиального сырья, к минеральным видам которого относятся магнезиты и бруситы. Промышленно-технологические исследования показали эффективность их применения в различных отраслях экономики: металлургической, огнеупорной, химической, экологической. Ключевые слова: магнезиты, бруситы, Дальний Восток, перспективы.
На территории Еврейской АО Малый Хинган - единственный на Дальнем Востоке страны район, обладающий запасами высококачественного магнезиального сырья, к минеральным видам которого относятся магнезиты и бруситы.
Магнезиты
Магнезит - природный карбонат магния (МдСОз), содержащий 47,8% МдО. Стратиформные залежи кристаллического магнезита локализованы в доломитовых толщах мурандав-ской свиты верхнего протерозоя, выполняющих Кимканский наложенный прогиб.
В настоящее время на территории Малого Хингана известны 3 месторождения (Сафонихинское, Ёуковское и Самарское) и 11 проявлений магнезита (Старосмолокуровское, Снежное, Молодежное, Верхнесамарское, Центральное, Южное, Романовское, Инженерское, Старичихинское, Овчин-никовское и Перевальное). Рудопро-явления группируются в две территориально обособленные полосы: Северную, длиной 36 км и шириной 7 км, включающую Сафонихинское месторождение, Старосмолокуровское и Молодежное проявления и Южную -
в бассейне р. Самары (в 15-45 км к северу от р.Амур), протяженностью 40 км и шириной 6 км, объединяющая остальные проявления. Они представлены залежами пластообразной и линзовидной формы, в целом имеющими зональное строение: центральные их части - высококачественные однородные скрытокристаллические магнезиты, периферийные - магнези-ты более низкого качества (иногда ок-варцованные, оталькованные), переходящие во вмещающие доломиты. Магнезитовые руды содержат примеси доломита, кальцита, кварца, халцедона, опала, талька, углеродистого вещества, окислов железа и марганца, по количеству которых определяется качество и технологическая ценность сырья.
Краткое описание типового месторождения магнезитов.
Сафонихинское месторождение расположено на левом берегу р. Биджан, в 50-60 км от ж-д станции Биракан, в Облученском районе ЕАО. Залежи магнезитов выявлены в составе нижних горизонтов доломитов му-рандавской свиты верхнего протерозоя, слагающей восточное крыло сложной антиклинали. Месторожде-
ние представлено тремя участками (с запада на восток) - Алексеевский, Вторая Сафониха, Первая Сафониха
- общего геологического строения, но различной степени изученности и оценки.
В целом для Сафонихинского месторождения морфология рудных тел характерна линзовидная с выклиниванием к флангам и на глубину, по составу преобладают окварцованные магнезиты с подчиненным развитием (до 13,5%) среди них чистых однородных разностей, представляющих кондиционное сырье. Усредненный химсостав магнезитов (в %): МдО-45,64 (предельное 47,12), БЮ2 -1,4 (2,2), СаО -1,33 (2,5).
Структура магнезитов криптокри-сталлическая, текстура массивная. В промышленности магнезит применяется в основном после предварительного обжига, осуществляемого при определенных режимах. При обжиге до 1000 0С магнезит теряет углекислоту и превращается в оксид магния (белую аморфную порошковую массу
- каустический магнезит); при температурах обжига 1500-1700 0С оксид магния претерпевает перестройку молекулярной структуры и превращается в спеченный магнезит-периклаз кристаллического строения; при температуре 28000С оксид магния плавится и образует плавленный перик-лаз. Различные виды обожженного магнезита имеют практическое применение. Технологическими испытаниями установлено, что магнезиты, содержащие до 3,5% кремнезема, могут использоваться в огнеупорной промышленности, окварцованные магнезиты - для получения каустического магнезита. Кондиционные магнезиты пригодны для производства магнезиального металлургического порошка и огнеупорного кирпича.
В результате переоценки запасов и прогнозных ресурсов магнезитов по Мало-Хинганскому рудному району суммарные запасы высококачественных магнезитов определены в количестве 12035 тыс. т (при содержаниях МдО - 43,3 - 45,6 %), прогнозные ресурсы - в 10901 тыс. т; запасы низкокачественных магнезитов и их прогнозные ресурсы оценены соответственно в 56990 и 62610 тыс. т [1, 2]. Стоимостные оценки магнезитового сырья в недрах (за товарную продукцию принят магнезит необработанный по усредненной цене [4] 50 долларов за тонну) по выявленным месторождениям Еврейской АО составили (млн. долл.): потенциальная (валовая) - 4342.25; товарная (в недрах) - 1061,591. Горнотехнические и гидрогеологические условия месторождений благоприятны для разработки открытым способом.
Основным потребителем обожженного магнезита является огнеупорная промышленность, где широко используются периклазовые огнеупоры, сырьем для которых, в основном служат кристаллические магнези-ты. Огнеупоры преимущественно предназначены для металлургии, потребляющей в разных странах от 65 (США, Германия, Англия) до 95% (Италия, РФ) их производства. Кроме того, периклазовые огнеупоры используются (от 8 до 30%) в производстве строительных материалов (стекольная, цементная промышленность), в электротехнической промышленности (основные потребители - Япония, Зап. Европа, США, Канада). Каустический магнезит применяется в производстве абразивов, строительных материалов, в химической промышленности. За рубежом около 40% общего количества каустического пе-риклаза применяется в сельскохозяйственном секторе в качестве магнези-
альных кормовых добавок, удобрений. Для применения в металлургии используются магнезиты при содержаниях оксида магния не менее 42 %, кремнезема - не более 2 %, оксида кальция - не более 2,5 %, окиси железа - не более 5 %. Установлено, что производимые в России периклазовые огнеупоры из кристаллических магне-зитов недостаточно чисты, в связи с чем их огнеупорность несколько понижена. Поэтому в мире для получения более качественных периклазо-вых огнеупоров наблюдается переход на более чистые разности - магнезиты выветривания и даже на очень дорогую чистую магнезию, получаемую из морской воды или солей эвапорито-вых толщ.
Технологические и лабораторно-технологические испытания малохин-ганских магнезитов для использования их в огнеупорной промышленности проводили: Ленинградский институт огнеупоров (технологическая проба магнезитов Старосмолокуровского проявления), ВИЭМС (16 средних технологических проб различных участков Сафонихинского месторождения), ВНИИогнепоров, г. Харьков (технологическая полузаводская и 17 лабораторно-технологических проб Луковскогопроявления, 2 технологические полузаводские и 15 лабора-торно-технологических проб участка Вторая Сафониха).
Испытания показали, что малохин-ганские магнезиты пригодны для производства металлургических порошков различного качества (1-3 группы), используемых для заправки стен, подин и откосов электросталеплавильных печей, изготовления жаропрочных бетонов, для производства магне-зит-хромитовых и форстеритовых огнеупорных изделий, высококачественные порошки - для получения плавленного периклаза. Для произ-
водства магнезиальных вяжущих материалов разработки технологии выполнялись ДВ НИИ по строительству (г.Владивосток), которым изучено несколько лабораторно-технологичес-ких проб участка Вторая Сафониха и получены положительные результаты. В 1991-1992 гг. ЦСЛ Дальстроя (г. Хабаровск) совместно с ДВИМСом проведена серия лабораторно-техно-логических испытаний магнезиальных пород (магнезиты, оталькованные магнезиты, низкосортные бруситы, доломиты, серпентиниты) с Биракан-ского и Молодежного проявлений, в результате которых были получены цементы с хорошими вяжущими свойствами, на основе которых с добавлением опилок хвойных деревьев и талька был произведен высококачественный ксилолит. С целью изучения электротехнических свойств для производства сварочных материалов ЦНИИКМ «Прометей» (г.Владивосток) в 1993 г. были исследованы 3 лабо-раторно-технологические пробы маг-незитов участка Вторая Сафониха и Молодежного проявления. По результатам испытаний была установлена пригодность для сварочных материалов как высококачественных магнези-тов Сафонихинского месторождения так и окварцованных известковистых магнезитов Молодежного проявления. Предварительными исследованиями установлена возможность использования магнезитов и вмещающих магнезит - доломитовых пород в качестве поделочного камня и облицовочного сырья. Всеми исследователями отмечаются: высокие декоративные свойства камня, хорошая полируе-мость их, снежно-белый цвет, хлопьевидный и узорчатый рисунок.
Ведущими добывающими странами являются: КНР, Россия, КНДР, Турция, на долю которых приходилось 73 % общего производства магнезита.
Мировое производство магнезии, возросшее за 50 лет более чем в 9 раз, в 1996 г. составило 8,5 млн т, из которых 6 млн т приходится на природное сырье, а 2,5 млн т на магнезию, получаемую из морской воды и рассолов. В некоторых странах (США, Япония, Англия, Израиль, Южная Корея) производство магнезии осуществляется из жидкого сырья. в. на магнезиальную продукцию, получаемую из морской воды, составляли 220-290 ф.ст/т. Поскольку удельный расход электроэнергии на производство магнезии из жидкого сырья в 3-4 раза больше, чем из магнезита, при современном удорожании энергоресурсов роль породного магнезита в производстве магнезии возрастает. В общемировом производстве магнезиальной продукции из природного магнезита и брусита примерно 7075% приходится на долю спеченных периклазовых порошков, 25-30 % -каустического и 3-5 % - плавленного периклаза.
В России, располагающей примерно 35% общемировых запасов магнезита, единственным предприятием, поставляющим периклазовый порошок является ОАО «Магнезит», («Магнезит» - монополист магнезиальной продукции состояние сырьевой базы которого (18,6% по запасам, 97.9% по добыче от общероссийских) не обеспечивает повышающийся спрос. Необходим переход к подземной добыче. Дефицит в огнеупорной продукции покрывается за счет импорта (около 30% потребности). В последние годы в связи с заменой мартеновских печей на конвертерные и электропечи возросла потребность промышленности в огнеупорах повышенного качества, для производства которых требуется магнезит с содержанием МдО не менее 43 %, вредных примесей не более: СаО - 4 %, БЮг -
2%. Запасы кристаллического магнезита в РФ значительные и использование этого сырья после его обогащения могут быть направлены на изготовление огнеупоров нового поколения [1, 2]. В целом по России, обеспеченность разведанными запасами магнезиального сырья с учетом ожидаемого проектного уровня их погашения составляет более 80 лет. Основные проблемы заключены в том, что промышленные запасы сосредоточены на востоке страны (Красноярский край, Иркутская область, Еврейская АО), тогда как главные потребители магнезиальной продукции расположены в западных и центральных районах страны.
Бруситы
Брусит (по фамилии американского минералога Бруса) - природный кристаллический гидрооксид магния -Мд(ОИ)2, в ряду промышленных магнезиальных минералов занимающий ведущее место по содержанию МдО -69%, весьма редко образующий промышленные скопления в природе. Встречается в виде землистых, волокнистых и кристаллических масс. Цвет преимущественно белый и светлосерый с голубыми, зелеными, розовыми оттенками, твердость 2,5. Образуется за счет метаморфизма исходно магнезиальных и магнийсодержащих карбонатных пород в виде неправильных тел бруситов и бруситовых мраморов. Физико-механические свойства бруситов: объемный вес 2,27 - 2,49 т/куб.м, коэффициент разрыхления 1,67- 1,87, удельный вес - 2,44 грамм/куб.см, пористость - 3,86 %, естественная влажность - 11-13 %, временное сопротивление сжатию 520 кг/кв.см.
В мире известны единичные месторождения апомагнезитовых мономинеральных бруситов: в России (Куль-дурское), США (Габбское), КНДР (По-
киондонг) и аподоломитовых брусит-кальцитовых мраморов в Канаде (провинции Квебек и Онтарио). Промышленность использует брусит с содержаниями (%): оксида магния не менее 63-65 (I и II сорта) и не более 1-2 СаО, 1,2-1,8 Э1О2 и 0,15-1 Рв2Оз, МдО 64-62 % (1-111 сорта), сырье с меньшими количествами - 60-55 % (1У-У сорта) отнесено к забалансовому (отрабатывается попутно и складируется в спецотвалы). При выветривании бруситы характеризуются очень низкой концентрацией вредных примесей: железа (не более 0,1-0,2%), мышьяка, меди, цинка и др.
В России месторождения бруситов известны только.на территории Еврейской АО, где действует единственное предприятие в стране (Богда-новичское АО «Огнеупоры») по открытой добыче и переработке бруси-та Кульдурского месторождения. Кроме того, здесь известны еще 4 месторождения аналогичного строения
[1, 2, 3].
Краткое описание типового месторождения бруситов
Кульдурское месторождение представлено двумя залежами - Основной (в центральной части месторождения) и Южной (непромышленной) в 500 м восточнее.
Основная залежь линзовидной формы вытянута в СВ направлении на 420 м, глубиной 540 м, шириной около 220 м. Она имеет сложное строение, обусловленное наличием линзообразных тел кальцифиров, секущих даек диабазовых порфиритов и тектонических нарушений, придающих месторождению блоковое строение. Большая часть месторождения выходит на поверхность под делювиальным маломощным чехлом (0,5-2,5 м). Глубина развития брусита около 20-30 м - в центральной, до 60-80 м - в ЮЗ и 120 м в СВ частях. Контак-
ты бруситов с вмещающими кальци-фирами четкие. Цвет бруситов серый до черного и розовый. По структурно-петрографическим особенностям выделены следующие разновидности: псевдоморфные (периклазовые, первичные), колломорфные метаколло-идные (волокнисто-полосчатые) и ав-томорфные (преобладающие - пластинчато-зернистые, перекристаллизованные в условиях деформации). На отдельных участках месторождения встречаются брусит-магнезитовые породы, бруситсодержащие кальци-фиры и бруситовые мраморы. В приповерхностных частях залежи, по зонам разломов и трещиноватости до глубины 4-5 м, иногда 25-45 м образуются девейлитовые коры выветривания.
Кульдурское месторождение разрабатывается открытым способом -карьером ЗАО «Кульдурский бруси-товый рудник» с 1969 года. Ввиду сложного строения месторождения доразведкой установлена невозможность геометризации брусита по сортам. Обогащение брусита осуществляется за счет ручной сортировки на конвейерах до дробления. Раздробленный на дробильных комплексах брусит из карьера (взрывные работы) в виде фракции от 0 до 500 мм подается на дробильно-сортировочный комплекс, где куски вскрышных пород, некондиционных бруситов удаляются вручную. Перед поступлением на дробильно-сортировочную фабрику брусит подвергается рудоразборке и освобождению от крупных обломков дайковых пород, скарноидов, сланцев. Для дробления брусита на руднике используется щековая дробилка марки С-886 с получением фракции 0-150 мм и ДСУ-200 с получением на первой стадии фракции 0-210 мм, на второй стадии - 0-40 мм. Традиционная технология полу-
чения окиси магния из бруситов включает: измельчение руды, обогащение флотацией или тяжелой-средней сепарацией, сушку, обжиг. Процесс требует больших затрат электроэнергии и применение дорогостоящего оборудования. В результате получают окись магния с содержанием основного вещества 92-94 %, основная примесь - двуокись кремния. Для производства качественных высокотемпературных огнеупоров следует учитывать количество двуокиси кремния, так как каждый процент ее снижает термостойкость огнеупора на 1000С.
Промышленностью используется брусит с содержанием окиси магния не менее 64-62 % (I- III сортов), а сырье с содержанием окиси магния 6055 % (IV-V сортов) отнесено к забалансовым. Оно попутно отрабатывается и складируется в спецотвалы. Отгрузка готовой продукции производится только навалом в открытых вагонах. В настоящее время ЗАО «Кульдурский бруситовый рудник» в состоянии отгружать 500-600 т продукции в сутки [1, 3, 4].
Запасы Кульдурского месторождения бруситов учтены в количестве 4242 тыс.т при средних содержаниях MgO 62,0-64,0 %, забалансовые -5684 тыс. т Суммарная стоимость магнезитового сырья по месторождениям Малого Хингана с выходом продукции - магнезит необработанный составляет (в млн .долл.): потенциальная -1984.6; товарная (в недрах) -563.772. В 2008 году на Кульдур-ском месторождении добыто 8 тыс. т брусита 1-3 сортов, потери - 0,2 тыс.т, вывезено в спецотвалы 6 тыс.т добытых некондиционных (забалансовых) запасов брусита 4-5 сортов с содержаниями окиси магния менее 5065 %. Товарный брусит используется ОАО «Огнеупоры» для получения
электротехнического периклаза и шпинельных порошков, ОАО «Комбинат «Магнезит» - для производства плавленных огнеупоров. В 2007 году для нужд электротехнической промышленности фирмы "Сумимото-Корпорейшн» 2 тыс. т брусита, было отправлено в Японию, измельченный брусит поставлялся в Ставропольский край, где он используется в качестве добавки при изготовлении азотных удобрений.
Всесоюзным НИИэлектротермиче-ского оборудования по результатам проведения плавок периклаза на Бо-гдановичском заводе огнеупоров (Свердловская область) сделано заключение, что бруситы являются непревзойденным магнезиальным сырьем для получения электротехнического периклаза высокого качества, используемого в производстве огнеупорных изделий ответственного назначения, прежде всего для изготовления изделий для шиберной (бесстопорной) разливки стали и периклазо-вых электротехнических порошков. Основное применение бруситов в качестве сырья для получения каустического магнезита, искусственного пе-риклаза намного эффективнее, чем из магнезитов, и характеризуется меньшим расходом электроэнергии, более короткими сроками плавки, отсутствием выделения углекислого газа, более высокими электротехническими показателями продукции. Образование искусственного периклаза за счет дегидратации брусита происходит при температуре около 450 С.
С целью расширения сфер использования бруситов проводились исследования в различных лабораториях страны.
Технологическими исследованиями бывшего Центрального НИИбумаги Комсомольского целлюлозно-картон-ного комбината было показано высо-
кое качество бруситов для производства варочных растворов, позволяющих увеличить выход целлюлозы, расширить сырьевую базу за счет вовлечения в переработку лесных пород, не использующихся при кальциевом и натриевом основаниях, а также производить регенерацию щелоков, что важно для снижения (до минимума) загрязнения водоемов сточными водами.
Восточным институтом огнеупоров доказана возможность получения из бруситов II и III сортов магнезитового металлургического порошка высшей марки (ТВС по ГОСТу) и магнезиальных огнеупоров, соответствующих современным техническим условиям. Установлена принципиальная возможность использования брусита (окиси магния) для производства резиновых смесей, магнезиального бетона, изоляторов, фосфата магния, а также в качестве поделочного и облицовочного камня.
Технологическими испытаниями Белгородского государственного технологического университета было предложено исследовать на прочность, коррозионную стойкость, линейные деформации и водопроницаемость цементы, полученные на Те-плоозерском цементном заводе с добавкой брусита Кульдурского месторождения, обожженного на горячем клинкере. Проведенные испытания установили возможность применения данной технологии для производства безусадочных цементов.
С целью изучения магнезиальных вяжущих веществ из отходов обогащения брусита в лабораторных условиях Институтеа горного дела СО РАН (В.Н. Зырянова, Г.И. Бердов, 2006 г.) были проведены исследования по изучению химического и фазового состава отходов обогащения брусита - отсева после дробления и
тонкодисперсной фракции, удаляемой при мокром обогащении. Установлено, что отходы в исходном состоянии (взятые из отвала) содержат гидратационно - инертные соединения и не проявляют вяжущих свойств. Термообработка отходов при температуре 450-500 0С обеспечивает высокую гидратационную активность полученного оксида магния вследствие высокой дефектности его структуры. Это позволяет получать магнезиальные вяжущие вещества с прочностью при сжатии, равной 54-60 МПа.
Таким образом, проведенными исследованиями показано возможное применение бруситов в различных отраслях экономики.
В металлургической промышленности брусит как сырье для производства комплексных флюсов, используемых в конвертерном производстве.
В огнеупорном производстве высокое содержание оксида магния в периклазах, полученных из брусита путем плавки в электродуговых руд-но-термических печах при относительно низком содержании вредных примесей в виде оксидов кальция, кремния и железа, позволяет использовать их в производстве периклазо-вых электротехнических порошков и огнеупорных изделий. Производство электроплавленных периклазов организовано и успешно функционирует на Богдановическом ОАО «Огнеупоры».
Для экологических целей. Учеными из Института горного дела СО РАН г. Новосибирска обнаружены чрезвычайно высокие сорбционные свойства брусита по отношению к ионам металлов в водной среде. Исследования сорбционных свойств брусита проводились в сопоставимых условиях с цеолитами. Установлено, что сорбционная емкость брусита по
сравнению с цеолитами в 8-10 раз выше. Полученные результаты делают брусит привлекательным для многофункционального применения в гидрометаллургии (процессах электролиза, выщелачивания и т.п.) и экологии (очистка природных вод, рассолов, очистка техногенных и сточных вод). Например, показана сравнительная сорбционная емкость брусита в 3-5 раз превышающая аналогичные свойства других адсорбентов по отношению к ионам меди (мг/г): брусит -300-400, активированный уголь - 100 - 120, сульфоуголь - до 100, цеолиты - 40 - 50, модифицированный цеолит - 80 - 100. Экспериментально показано, что сорбционная способность брусита при извлечении металлов из моно- и поликомпонентных растворов по отношению к металлам неодинакова и увеличивается в ряду: Мп < N1 < Со < Сс1 < гп < Си. Русское горно-химическое общество успешно провело промышленные испы-
1. Баланс запасов полезных ископаемых на 1 января 2009 года. Выпуск 39. Магнезит, брусит, дунит - МПР РФ ГФ.:2009
2.. Геология и полезные ископаемые Приамурья. - Хабаровск: Магеллан - 1999.
тания с запуском в производство аммиачной селитры нового продукта -молотого бурсита (под торговой маркой «Агромаг»), а также активно внедряет свои продукты на рынки анти-пиренов и водоочистки под торговыми марками «Экопирен» и «Аквамаг».
Химическая промышленность. Магнезиальные бетоны характеризуются эластичностью, высокой ранней прочностью, легкостью, стойкостью к действию масел, смазок, лаков и красок, органических растворителей, щелочей и солей, включая сульфаты, они обладают бактерицидными свойствами. В небольших количествах оксид магния используется в химической промышленности для получения металлического магния, в фармацевтической промышленности для изготовления различных лечебных препаратов, применяется также для различных целей в резиновой, бумажной, керамической и других отраслях.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3..Минеральные ресурсы России. Выпуск 4. - М.: Геос. - 1999.
4...Цены мирового рынка на минеральное сырье и продукты его переработки. -ВНИИЗарубежгеология. - 2002. ШИЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Склярова Галина Федоровна - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, sklyarova@igd.khv.ru, Институт горного дела ДВО РАН.
