В данной статье приведена характеристика сырья для производства магнезиальных вяжущих — каустического магнезита и доломита, а также рассмотрены крупные месторождения магнезиального сырья и его минералогический состав.
Ключевые слова: магнезиальное сырье, месторождение, магнезиальные вяжущие, доломит, магнезит.
Известны два магнезиальных вяжущих вещества: каустический магнезит и каустический доломит. Каустическим магнезитом называется продукт, получаемый обжигом магнезита (МgСО3) с последующим его измельчением в тонкий порошок. Каустический доломит отличается от каустического магнезита тем, что сырьем для его изготовления служит не магнезит, а доломит (CaСО·МgСО3). Оба эти вяжущие вещества затворяют раствором хлористого магния, сернокислого магния или некоторых других солей.
Магнезит (горький шпат) встречается в природе в двух видах — кристаллическом и аморфном. Первый имеет четкое кристаллическое строение и напоминает крупнозернистый мрамор. Второй похож на фарфоровую массу. Твердость обоих видов магнезита по шкале Мооса колеблется, в пределах 3,5–4,5; уд. вес 2,9–3,1. Теоретический состав магнезита 47,82 % MgO и 52,18 % СО2.
Природный магнезит всегда содержит различные примеси: глину, углекислый кальций и др. В зависимости от примесей он бывает белого, желтого, серого и другого цвета. Для аморфного магнезита характерна примесь кремнезема и отсутствие примесей соединений железа. В природе магнезит встречается реже, чем известняк и доломит.
Доломиты являются распространенной горной породой. Твердость доломита по шкале Мооса 3,5–4,0; уд. вес 2,85–2,95. Теоретическое содержание в доломите СаСО3–54.27 %; МgСО3–45,73 % или в окислах: CaO-30,41 %; MgO-21,87 % и СО2–47,72 %.
Природный доломит имеет обычно некоторый избыток углекислого кальция. Кроме того, в доломите встречаются глинистые и другие примеси. Цвет доломита белый, желтый и буроватый, в зависимости от примесей, главным образом железистых соединений. Он отличается от вскипающего от слабой соляной кислоты известняка тем, что на доломит эта кислота действует только при нагревании или измельчении в порошок. [1]
Магнезиты и доломиты применяются не только как сырье для производства вяжущих материалов, но и в качестве сырья в огнеупорной и некоторых других отраслях промышленности.
Производство каустического магнезита включает в себя добычу сырья, дробление, обжиг и помол. Этот минерал обычно встречается в месторождениях с метаморфизованным доломитом. Также вместе с гипсом он есть в соленосных породах осадочного типа и отдельных породах магматического типа.
Добывают магнезит в таких странах Европы, как Чехия, Германия, Италия, некоторых областях Польши и Австрии. Есть залежи магнезита в Северной Корее, Китае, Индии, Мескике и Соединенных Штатах. В России этот минерал добывают в Оренбургской, Челябинской областях, в Среднем Поволжье, на Дальнем Востоке. Савинское месторождение в Иркутской области является самым крупным в России и мире.
Добычу обычно ведут в карьерах с помощью взрывного метода. Глыбы дробят на фрагменты диаметром от 150 до 300 мм прямо на месте добычи, после чего сортируют по твердости и чистоте на три сорта. Обжиг выполняют в печах различного типа. Обычно используют вращающиеся или шахтные устройства с выносными топками.
После обжигания при 700–1000 градусов теряется до 94 % углекислот, и формируется каустическая магнезия в форме химически активного порошка. Если температуру обжигания увеличить до 1500 градусов, получится обожженная магнезия. У нее невысокая активность, но очень большой уровень огнеупорности. После обжига сырье перемалывают в шаровых или иных мельницах. Каустический магнезит должен быть измельчен так, чтобы при прохождении через сито № 02 оставалось не больше 2 %, а через сито № 008 — максимум 25 %. Чтобы предупредить гидратацию вещества, его пакуют в металлические барабаны.
Производство каустического доломита принципиально не отличается от производства каустического магнезита. Доломит в заводских условиях обжигают при температуре 650–750° С, чаще в шахтных печах с выносными топками; используются и вращающиеся печи. [2,3]
Помол обожженного каустического доломита, как и магнезита, осуществляют в шаровых и других мельницах, работающих с сепараторами. При затворении каустического доломита растворами солей магния окись кальция реагирует с ними, образуя хлористый или сернокислый кальций, что отрицательно отражается на качестве затвердевшего каустического доломита.
Каустический доломит, как и каустический магнезит, должен измельчаться до остатка на сите № 02 не более 5 %, а на сите № 008 не более 25 %. Однако его вяжущие свойства значительно улучшаются при более тонком помоле. Каустический доломит затворяют водными растворами солей хлористого и сернокислого магния обычно той же концентрации, что и каустический магнезит. Схватывание и твердение каустических доломита и магнезита обусловлено в основном гидратацией МgО и образованием оксихлорида магния или других основных солей.
Месторождения магнезиального сырья известны во многих странах мира. Наиболее полные сведения имеются по магнезиту, как по самому распространенному и наиболее широко используемому минералу. Магнезит образуется в значительных количествах в процессе выветривания горных пород основного состава, а также в гидротермальных жилах, метасоматитах и метаморфитах.
Наиболее распространенным типом промышленного сырья для получения магнезиальных продуктов является кристаллический магнезит, на долю которого приходится около 70 % производства, еще 15 % приходится на аморфный (скрытокристаллический) магнезит. По различным оценкам, из морской воды и рассолов получают около 15 % всего объема мирового производства магнезиальных порошков.
В России, на Южном Урале, известны крупные месторождения магнезита: Саткинское — в Челябинской области, и Халиловское — в Оренбургской области. На Саткинском месторождении, как особая поделочная разновидность, выделяется рисунчатый и пёстроцветный каракульчатый магнезит с дендритами и пятнами оксидов марганца. К югу от Миасса, на Калканском месторождении выявлено 10 жил аморфного магнезита в серпентинитах. В Сибири поделочный магнезит имеется на Тальском месторождении в Енисейском кряже; а в республике Тува — в месторождении Ак-Довурак. В Иркутской области, близ Усолье-Сибирское, магнезит находили на Савинском месторождении. [5]
В Казахстане запасы магнезита, пригодного для производства магнезиальных огнеупоров, разведаны на четырех месторождениях: Сарыкуболды, Кенеспай, Масьяновское, Кентерлауское. Из других неразведанных по промышленным категориям наиболее крупным по запасам является Курчумское месторождение, запасы магнезитовых руд которого составляют 342 млн т. Магнезиты известны в Кемпирсайском рудном районе в рудных полях хромитовых месторождений. На месторождении Миллионном запасы магнезита 5 млн т, в том числе “чистого” магнезиального сырья 1 млн т, прогнозные ресурсы — 14,1 млн т. [6]
В Армении поделочный магнезит снежно-белого цвета добывался на Шорджинском месторождении, у Дилижана. В Норвегии имеется месторождение Снарум, к западу от Осло, с волокнистым магнезитом в серпентинитах, образовавшихся по основным породам. Во Франции, у Квинси деп. Шер, в окварцованных известняках имеется месторождение магнезита бледно-розового оттенка за счёт прожилков розового опала-квинцита. В Италии в месторождении Пассо ди Вица с метаморфитами связано образование железистого магнезита-брейнерита. В Греции месторождения магнезита в коре выветривания основных пород находятся на островах Эвбея, Лесбос и полуострове Халкидики. Такие же месторождения известны в Турции в районе Эскишехира. В Индии прозрачный магнезит встречался в Тамилнаде на месторождении близ Селама. В Китае значительные месторождения кристаллического магнезита имеются на Ляодунгском полуострове, провинции Ляонин; и на месторождении Тайквайодо в Корее. В Центральной Австралии, в коре выветривания по серпентинитам, встречаются нодули и жилы никелесодержащего магнезита ювелирного качества, так называемого лимонного хризопраза. В Канаде подобные месторождения опализованного магнезита находятся в провинции Квебек. В США крупные тела магнезита в месторождениях осадочного генезиса имеются в Неваде, округ Кларк. В Бразилии, штат Баия, на месторождении Брумаду в гидротермально-метасоматических жилах встречаются гигантские кристаллы магнезита размером до 1 м, а в полостях кристаллы ювелирного качества размером до 30 см. В этом же штате, на руднике Педра-Прета добывается поделочный магнезит.
Основным объектом сырьевой базы огнеупорной промышленности России является Саткинская группа месторождений магнезита. Данное месторождение кристаллического магнезита гидротермального происхождения находится на западном склоне Южного Урала (в 50 км. к юго-западу от г. Златоуста). Крупные магнезитовые залежи образовались здесь метасоматическим путём среди доломитовой осадочной толщи докембрийского возраста. Мощность пластов магнезита в Саткинском месторождении достигает 40 м. Саткинские месторождения магнезита (Саткинское, Березовское, Никольское, Ельничное) были открытые в 1894 году, начали эксплуатироваться в 1900 году, а в настоящее время образуют одну из крупнейших сырьевых баз огнеупорной промышленности. Добыча на этих месторождениях осуществляется открытым способом комбинатом «Магнезит». Наибольшим распространением в залежах пользуется средне- и крупнозернистый магнезит с размерами зерен 3–10 мм. Мелкозернистая разновидность минерала встречается в виде маломощных прослоев и гнезд, гигантозернистая — на контактах с породами висячего бока, либо также в виде единичных гнезд. Магнезит характеризуется высокой чистотой: спектральный анализ показывает почти полное отсутствие элементов-примесей; содержание MgO в минерале — близко к теоретическому, количество СаО не превышает 1–1,5 %. Помимо магнезита в составе руды в незначительном количестве встречаются доломит, кальцит, тальк, кварц и пирит. В тяжелой фракции магнезитов установлены единичные мелкие зерна граната и сфалерита. Качество сырого магнезита Саткинских месторождений определяется главным образом ограничением содержаний в нем оксида кальция и кремнезема.
В Челябинской области находится Катавское месторождение магнезита, имеющего следующий химический состав: 40,7 % MgO; 2,3 % CaO; 3,9 % SiО2; 2,4 % А12О3; 1,8 % Fe2О3; нерастворимого остатка 1,0 %; потери при прокаливании 48,8 %. В Башкирии известны Ширмаевское и Белорецкое месторождения магнезита. Состав ширмаевского магнезита: 44,4 % MgO; 2,8 % CaO; 0,2 % А12О3; 0,5 % SiО2; потери при прокаливании 51,9 %. Содержание окиси магния в белорецком магнезите не превышает 41 %. [7]
На Урале имеется значительное количество небольших месторождений аморфного магнезита. Наиболее крупное, Халиловское, месторождение находится в районе г. Орска. Халиловское месторождение находится в западной части большого змеевикового массива и представляет собой жилы различной мощности длиной до 10 м и шириной 0,05–1,0 м. В халиловском магнезите содержится значительное количество примесей кремниевой кислоты, а также CaO. Халиловский магнезит состоит из мельчайших кристаллов MgCО3 размером около 0,001 мм; магнезит пропитан аморфной кремнекислотой, содержание которой в отдельных местах доходит до 10–12 %. Химический состав халиловского магнезита: 43,3–47,4 % MgO; 0,5–4,6 % CaO; 0,1–0,80 % А12О3; 0,02–4,70 % SiО2; потери при прокаливании 49,8–52,3 %.
В Сибири месторождения высококачественного магнезита, содержащего свыше 46 % MgO, обнаружены в Красноярском крае по р. Рыбной. Химический состав его следующий: 99,6–97,7 % MgCО3; от следов до 3,0 % СаСО3. В этом же районе в бассейне реки Удороги обнаружены залежи магнезита, имеющего следующий состав: 46,7 % MgO; 0,3 % А12О3; 1,5 % СаО; 0,6 % нерастворимого остатка; потери при прокаливании 50,5 %. Месторождения магнезита известны и в Иркутской области вблизи г. Черемхово. Содержание окиси магния в магнезите составляет 41,5–45,5 %.
Преимущественно разработка месторождений магнезита осуществляется открытым способом. Этот процесс может быть подразделен на 5 операций — удаление покрывающего слоя, бурение, подрыв, извлечение, перемещение на перерабатывающее предприятие. Чистые магнезиты встречаются в природе очень редко. Теоретически это выражается 47,8 % MgO и 52,2 % CaO. Весьма ценным типом сырья для получения магнезиальных продуктов является морская вода и рассолы, эти источники занимают значительное место в структуре получения магнезиальных порошков. Продукция, получаемая из морской воды и рассолов, характеризуется высоким качеством — содержание MgO составляет 96–99 %, порошки имеют высокую плотность и микрозернистый состав (40–80 мк), что очень важно для качества огнеупоров. В ряде стран (США, Нидерланды, Япония, Мексика, Израиль, Ирландия, Иордания) оксид магния получают из морской воды путем смешивания ее с обожженным доломитом или известняком. По оценке Геологической службы США, на долю Японии, Нидерландов и США в настоящее время приходится 56 % мирового производства магнезиальных порошков из морской воды. В 2002 г. мировое производство составило 10,8 млн т. Общие ресурсы магнезита разных промышленных типов составляют почти 8,5 млрд т. Наиболее крупными разведанными запасами магнезита обладают Китай, КНДР, Россия, Словакия, Турция и Австралия. На долю этих стран приходится более 90 % от общих мировых разведанных запасов. [8]
Расширяется рынок потребления продуктов на основе магнезиального сырья, что связано с ростом потребления огнеупорных материалов в динамично развивающихся металлургической и цементной промышленности. Магнезиальные вяжущие являются строительным материалом XXI века и благодаря своим уникальным свойствам во многом превосходят портландцементы, поэтому разработка месторождений магнезиального сырья является актуальным вопросом современной промышленности.
Литература:
1. Белогурова О. А., Гришин Н. Н., Саварина М. А. Жаростойкие бетоны на основе негидратированных магнезиальносиликатных пород. Огнеупоры и техническая керамика. 2005. № 8.
2. Еремин Н. И. Неметаллические полезные ископаемые: Учебное пособие. М., 2007. 459с.
3. Количественная и геолого-экономическая оценка ресурсов неметаллических полезных ископаемых: Методическое пособие. Т. III: Нерудное металлургическое сырье. Казань, 2007. 94 с.
4. Козлова В. К., Душевина A. M. Комплексное использование доломитов Таензинского месторождения // Строительные материалы. — 2004.
5. Прокофьва В. В. Магнезиальные силикаты в производстве строительной керамики. СПб., 2005. 157 с.
6. Мирюк О. А. Влияние состава компонентов на твердение смешанных магнезиальных вяжущих. //Научные основы энерго- и ресурсосберегающих технологий. Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова, 2005
7. Объединение независимых экспертов в области минеральных ресурсов, металлургии и химической промышленности. Обзор рынка магнезиального сырья (магнезита и брусита) и магнезитовых порошков в СНГ. Издание 3-е дополненное и переработанное. Москва, 2011.
8. Щипцов В. В. Магнезиальное сырье: история, мировой потенциал и ресурсы Карелии. Горный журнал. 2010.
