Справочное пособие Под редакцией проф. Г. Н. Масленниковой Издательство тпу 2009
| Вид материала | Документы |
- Под редакцией профессора А. В. Федорова Таганрог Издательство гоувпо «Таганрогский, 7878.06kb.
- Учебник под редакцией, 9200.03kb.
- Учебное пособие Издательство тпу томск 2007, 3017.06kb.
- Учебное пособие Издательство тпу томск 2008, 1944.17kb.
- Краткое пособие по практическим умениям Под редакцией проф. Д. Ф. Костючек, 1594.51kb.
- Л. М. Семенюк Под редакцией докт психол наук, проф. Д. И. Фельдштейна Х 91 Хрестоматия, 4158.51kb.
- Учебное пособие Под редакцией Л. М. Шипицыной Москва Санкт-Петербург 2007 Авторы: Шипицына, 2318.2kb.
- Учебное пособие Издательство тпу томск 2006, 1217.64kb.
- Учебное пособие Издательство тпу томск 2005, 1494.29kb.
- Программа по литературе В. Я. Коровиной. Издательство «Просвещение», 2005г.; учебник, 42.87kb.
6. МАГНЕЗИАЛЬНОСИЛИКАТНОЕ СЫРЬЕ УРАЛА
Силикаты магния, наряду с глинами и кремнеземом, являются одним из наиболее важных видов керамического сырья. В отличие от магнезита, месторождения силикатов магния распространены исключительно широко, причем запасы, как правило, составляют миллиарды тонн, а очень часто вообще могут считаться неисчерпаемыми.
MgО образует с SiО2 только два безводных силиката: ортосиликат (Mg2SiО4), называемый форстеритом, и метасиликат (MgSiО3). Как правило, природный ортосиликат магния представляет собой твердый раствор ортосиликата оксида железа – фаялита (Fe2SiО4) в форстерите. Эти твердые растворы называются оливинами. Их состав отвечает формуле (Mg, Fe)2SiО4. Многие природные оливины содержат FeО в количестве до 10–15% и являются прекрасным сырьем для изготовления огнеупоров.
Оливин в определенных случаях образует мономинеральную породу – оливинит, которая, собственно, и является промышленным сырьем. Оливиниты представляют собой изверженную породу. Обычно вследствие воздействия влаги оливиниты с поверхности выветриваются, что сопровождается переходом большей или меньшей части кристаллов оливина в водный силикат магния – серпентин, а также брусит Mg(ОH)2 и MgCO3.
Метасиликат магния MgSiО3 (MgO – 40%, SiО2 – 60%) известен в виде двух модификаций: клиноэнстатита и энстатита. Метасиликат магния, в отличие от форстерита, не является огнеупорным материалом и должен быть при технологической переработке переведен в ортосиликат магния. Подобно форстериту, метасиликат магния в чистом состоянии в природе встречается очень редко. Значительно чаще MgSiО3 образует твердые растворы с FeSiО3, а также и с рядом других силикатов (например, СаSiО3, MnSiО3). Если в твердом растворе присутствует только FeSiО3, то такой метасиликат магния называется бронзитом, если же FeSiО3 содержится в значительном количестве – гиперстеном. Общее название метасиликатных твердых растворов подобного типа – пироксены.
Породы, состоящие преимущественно из пироксенов, называются пироксенитами. Они еще больше распространены, чем оливиниты, но отличаются весьма изменчивым составом и часто содержат очень большое количество примесей, не позволяющих перерабатывать такие породы в огнеупоры. Кроме безводных силикатов известны многочисленные водные силикаты магния. Из них наибольшее значение имеют три гидросиликата: антофиллит – 7MgО·8 SiО2·2H2О; серпентин – 3MgО·2 SiО2·2H2О и тальк – 3 MgО·4SiО2·H2О.
Антофиллит относится к группе ромбических амфиболов, образует иногда волокна (антофиллитасбест).
Серпентин известен в виде двух модификаций: антигорита и волокнистого хризотила (хризотил-асбест). Серпентин является породообразующим минералом, распространенным весьма широко. Иногда он образует почти без примеси других минералов горную породу – серпентинит (змеевик).
Очень большое значение имеют породы, промежуточные по составу между оливинитом и серпентинитом – дуниты.
Тальк является одним из наиболее широко используемых видов керамического сырья.
6.1. Форстеритовое сырье Урала
Сырьем для производства форстеритовых изделий служат: оливиниты [(Mg, Fe)2 SiО4 + примеси]; серпентиниты [3(Mg, Fe)О·2SiО2·2H2О + примеси]; тальк [3(Mg, Fe)О·4SiО2·H2О + примеси]; дуниты, представляющие собой оливиниты в стадии серпентизации, содержащие 45–60% оливинита и 40–55% серпентинита. Примесями во все эти породы входят оксиды NiО, СаО, MnO, Al2O3, Cr2O3 и другие. Особенно вредны из них СаО и Al2O3. Наличие СаО приводит к образованию неогнеупорного монтичеллита СаО·MgO·SiО2, а наличие Al2O3 – к образованию легкоплавкого кордиерита 2MgO·2Al2O3 ·5SiО2.
Встречающийся в некоторых породах, например в дунитах, брусит Mg(ОH)2 является полезной примесью.
Для оценки качества сырья имеют значения магнезиально-силикатный модуль MgO/SiО2, магнезиально-железистый модуль MgO/( FeО + Fe2О3) и потери при прокаливании. С увеличением значения модулей, возрастает качество сырья, так как при этом порода будет более огнеупорной и потребует добавки меньшего количества оксида магния для связывания всего кремнезема в огнеупорный форстерит, а оксидов железа – в магнезиоферрит. Потери при прокаливании характеризуют усадку породы при обжиге.
В наибольшей мере требованиям к сырью отвечают дуниты, состоящие в основном из оливина (иногда частично серпентинизированного) и 3–5% хромита.
Запасы магнезиальносиликатного сырья в Уральском регионе практически безграничны. Дунито-серпентинитовый пояс, являющийся основным представителем этого сырья, прослеживается от Полярного до Южного Урала. Ниже представлены краткие данные наиболее интересных месторождений магнезиальносиликатного сырья Урала (Иовского (Кытлымского), Уктусского, Нижнетагильского (гора Соловьева), Баженовского, Сарановского, Шабровского и других).
Нижнетагильское (Соловьевогорское) месторождение дунита расположено в 30 км юго-западнее г. Нижний Тагил. В плане месторождение представляет собой вытянутое в субмеридиональном направлении тело, длиной 13 км и шириной до 5,5 км в его средней части (район Соловьевой горы). Площадь составляет около 45 км2. Месторождение залегает среди пород основного состава (амфиболитов и габброидов). Центральная часть месторождения сложена дунитами, занимающими более 2/3 его площади. Структура дунитов массивной текстуры варьирует от мелкозернистых до пегматоидных (гигантозернистых). К крупнозернистым дунитам тяготеет хромитовая и платиноидная минерализация. Дуниты периферической части имеют более железистый состав. Дуниты данного месторождения подвержены серпентинизации, степень ее колеблется от 50 до 100 %, преобладают разности, серпентизированные на 70–90%.
По минеральному составу дуниты неоднородны, главным образом по соотношению оливина и серпентина. Слабо серпентинизированный (ППП 7,7%), средне серпентинизированный (ППП 10,2%), и сильно серпентинизированный (ППП 15,44%). Дуниты разной степени серпентинизации различаются макроскопически. Слабо серпентинизированный дунит имеет крупнозернистый излом, светло-зеленую окраску. В дуните встречаются отдельные крупные зерна и гнезда хромита. С увеличением степени серпентинизации окраска породы становится более темной, излом – ровным, мелкозернистым. В слабо серпентинизированном дуните наблюдается повышенное содержание FeО и малое содержание Al2O3 и TiО2 (табл. 6.1.). С увеличением степени серпентинизации содержание Al2O3 и TiО2 растет, содержание SiО2 и MgO уменьшается.
При пересчете на прокаленное вещество количество SiO2 и MgO в пробах различается незначительно. Магнезиальный модуль (MgO/SiO2) с увеличением степени серпентинизации уменьшается также незначительно, так как более серпентинизированные дуниты содержат большее количество брусита.
Таблица 6.1. Химический состав серпентизированных дунитов
| № пробы | Степень серпен-тизации | Содержание оксидов, % | |||||||||
| SiO2 | Al2O3+ ТiО2 | Fe2O3 | FeO | CaO | MgO | Сr2O3 | R2O | ППП | MgO/ SiO2 | ||
| 1 | Слабая | 36,54 | 0,85 | 4,29 | 3,21 | 0,10 | 47,36 | 0,52 | - | 7,70 | 1,29 |
| 2 | Средняя | 35,78 | 2,53 | 4,12 | 1,62 | 0,10 | 45,99 | - | - | 10,20 | 1,28 |
| 3 | Сильная | 33,52 | 2,86 | 3,86 | 2,28 | 0,13 | 42,61 | 0,15 | 0,12 | 15,44 | 1,27 |
В пробе 1 содержится 6,44% брусита и 23,80% серпентина, в пробе 2 – 9,66% и 28,40% и в пробе 3 – 12,50% и 70,0% соответственно.
Кроме того, на основании подсчета баланса MgO в оливине и серпентине и количества этих минералов в породе можно предположить, что у дунита с большей степенью серпентинизации более высокое содержание MgO в оливине. Твердость дунитов по шкале Мооса около 6,5, но они очень хрупкие, истинная плотность 2,61–2,70 г/см3, пористость 0,2–4,5; огнеупорность 1750–1850оС, отношение MgO/SiO2 – 1,19–1,31%.
В южной части нижнетагильского массива на глубине 440 м встречены несерпентинизированные дуниты. Химический состав несерпентинизирован- ных дунитов приведен в табл. 6.2.
Уктусское месторождение находится к югу от г. Екатеринбурга в междуречье рек Исети и Патрушихи (бывшая р. Уктусс) и Арамилки и занимает холмистую возвышенность, носящую название Уктусские горы. Площадь месторождения оценивается приблизительно в 50 км2.
В строении месторождения принимают участие три главных группы пород: дуниты, кальциевые гипербазиты (верлиты и клинопироксениты), габброиды.
Дуниты слагают три крупных тела: Северное, Центральное, Южное. Дуниты Северного тела крупнозернистые до гигантозернистых (размер зерен оливина до 5 см). Железистость варьирует от 12 до 13%, в центре тела до 16–17% в контакте с клинопироксенитами.
Дуниты Центральной части тела однородные, сильно серпентинизированные, средне- крупнозернистой структуры со следами перекристаллизации. Железистость дунитов очень выдержанная (12–13%).
Таблица 6.2. Химический состав несерпентинизированных дунитов Нижнетагильского массива (по материалам О.К. Иванова)
| Компоненты | Содержание, мас. % | |||
| Мелкозернистые дуниты | Крупнозернистые дуниты | |||
| SiO2 | 35,82 | 35,78 | 34,03 | 34,43 |
| TiO2 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
| Al2O3 | 0,12 | 0,35 | 0,13 | 0,40 |
| Cr2O3 | 0,48 | 0,35 | 0,68 | 0,92 |
| Fe2O3 | 2,65 | 3,29 | 3,78 | 3,19 |
| FeO | 5,10 | 5,41 | 3,22 | 4,83 |
| MnO | 0,14 | 0,16 | 0,11 | 0,14 |
| NiO | 0,13 | 0,13 | 0,23 | 0,18 |
| CoO | 0,013 | 0,013 | 0,013 | 0,013 |
| MgO | 44,15 | 42,48 | 42,69 | 42,73 |
| CaO | 0,37 | 0,38 | 0,25 | 0,24 |
| Na2O | 0,12 | 0,16 | 0,10 | 0,10 |
| K2O | 0,05 | 0,005 | 0,05 | 0,05 |
| CO2 | 0,60 | -- | 0,84 | 0,72 |
| H2O | 10,42 | 11,01 | 13,65 | 11,32 |
| Сумма | 100,16 | 99,57 | 99,80 | 99,27 |
Самое крупное Южное дунитовое тело. Структура дунитов мелко-среднезернистая, степень серпентинизации невысокая, составляет 20–30%, что существенно ниже, чем в дунитах Северного и Центрального тел. Железистость дунитов в центре тела составляет 9–10%, увеличиваясь к краю до 14–15%.
Химический состав дунитов и серпентинитов Уктусского месторождения представлен в табл. 6.3.
Таблица 6.3. Химический состав дунитов и серпентинитов Уктусского месторождения
| Вид сырья | Содержание оксидов, % | |||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | FeO | CaO | MgO | Сr2 O3 | ППП | |
| Дунит | 33,44-36,81 | 0,05-2,10 | 6,33-13,43 | 0,57-5,11 | Следы-1,68 | 39,35-41,37 | 0,38 | 6,69-12,42 |
| Серпентинит | 38,14 | 1,28 | 3,93 | 8,30 | 0,15 | 41,24 | - | 8,53 |
Истинная плотность дунита 2,77–2,87 г/см3. Пористость 0,11–1,55%. Огнеупорность 1750–1830оС. Отношение MgO/SiO2 – 1,09–1,19.
Истинная плотность серпентинита – 2,80 г/см3. Пористость 0,4–2,7%. Огнеупорность 1750оС. Отношение MgO/SiO2 – 1,17.
Иовское (Кытлымское) месторождение дунита расположено в 8 км к северо-западу от пос. Кытлым, в 40 км к юго-западу от г. Карпинска Свердловской области.
Район Кытлымского месторождения, несмотря на близость к промышленным центрам Северного Урала – городам Карпинску, Краснотурьинску, Серову, относительно труднодоступен. Наиболее крупный населенный пункт – Кытлым – находится внутри Кытлымского кольца гор, у подножия Косьвинского Камня.
Химический состав дунитов, (%): SiO2 – 38,0–40,3; Al2O3 – 0,24–0,82; Fe2O3 – 1,79–4,39; CaO – 0,43–0,46; MgO – 45,21–49,03; FeO – 4,11–7,81; Cr2O3 – 0,48–0,85; ППП – 0,83–1,81. Фазовый состав дунита, (%): оливина – 80–85; серпентинита – 12–15; хромита – 1,0–1,5; магнетита – менее 1; брусита и других минералов – 1,2. Дунит представляет собой среднезернистую породу с массивной панидиоморфной структурой. Кытлымский дунит характеризуется незначительной степенью серпентинизации и потерями при прокаливании (менее 2%) и может быть успешно использован в качестве бессиликозной составляющей для изготовления теплоизоляционных вкладышей, а также в качестве сырья (без предварительного обжига) при производстве форстеритовых огнеупоров.
Истинная плотность дунита 3,0–3,2 г/см3; пористость 0,1–0,6%; огенупорность – 1800–1850оС; отношение MgO/SiO2 – 1,2–1,3.
Применение кытлымских дунитов позволит существенно сократить использование шамотных изделий, снизить расход периклазовых заправочных порошков, ликвидировать расход доломита для заправки, на 30–40% уменьшить расход магнезиальных изделий, существенно улучшить экологическую обстановку в огнеупорном, литейном и металлургическом производствах. До глубины 100 м запасы дунитов составляет 50 млн. тонн, а прогнозные по глубине тела месторождения, представляющего трубчатую залежь диаметром 1000 м – свыше 1 млрд. тонн.
Сарановское месторождение серпентинитов. Расположено в 8,5 км от ст. Бисер Свердловской области. В пределах месторождения известны Северный и Южный Сарановский массивы, Церковнорудничный, Теплогорский, Кырминская, Воронковская, Ашкинская и Шишимская группа массивов.
Северный Сарановский массив является самым северным массивом расслоенных интрузий Урала. Он находится в 60 км к северо-западу от г. Кушва, между ст. Лаки и пос. Сараны. Массив имеет меридианальное простирание, сложен серпентинитами, хромовыми рудами, апогаббровыми метаморфитами и секущими их дайками диабазов. Западная часть массива сложена дунитами (дунитовое тело), восточная – расслоенными хромитоносными гипербазитами, которые выходят на поверхность в виде трех изолированных тел. По расположению их относительно дунитов они названы северо-восточным, западным и южным.
Северо-восточное тело наиболее крупное. Породы, слагающее тело, представлены переслаивающимися хромитоносными дунитами, бронзитовыми дунитами, сплошной хромовой рудой, гарцбургитами. Чередование пород ритмичное.
В западном теле расслоенных гипербазитов локализовано месторождение хромитов Кедр. Тело расположено на западном контакте с дунитовым блоком, сложено талькокарбонатными и карбонат-антигоритовыми породами и хромовыми рудами. Локально проявлены полосчатые хромитсодержащие дуниты, бронзитовые дуниты, хромовые руды с пироксеновым (бронзитовым) цементом.
Южное тело расслоенных гипербазитов (месторождение хромитов Малая Выработка) находится в южном окончании северного Сарановского массива. Породы сильно серпентинизированы, хлоритизированы и оталькованы.
Южный Сарановский массив находится непосредственно к северу от ст. Лаки. Гипербазиты, представленные нацело серпентинизированными разностями и хромовыми рудами, слагают пластообразное тело мощностью от 20 до 240 м, длиной с севера на юг более 2 км. Дунитовый горизонт располагается вдоль всего западного контакта массива и имеет мощность 160 м в северной, 20–40 м в центральной и около 100 м в южной частях. С глубиной мощность горизонта остается постоянной. В целом гипербазиты Южного Сарановского массива полностью серпентинизированы с образованием магнезит-лизардитовых и антигоритовых серпентинов. Антигоритовые серпентины характерны для восточной, а лизардитовые – для западной и центральной частей массива.
Химический состав сарановских серпентинитов представлен в табл. 6.4.
Таблица 6.4. Химический состав Сарановских серпентинитов
| Содержание оксидов, % | |||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | FeO | CaO | MgO | Cr2О3 | ППП |
| 36,7 | 3,5 | 8,5 | 2,0 | следы | 35,2 | - | 10,8 |
Истинная плотность – 2,65 г/см3, пористость – 1,6–6,8%. Огнеупорность – 1510оС; отношение MgO/SiO2 – 0,96.
Массив Рай-Из. Гипербазиты массива Рай-Из находятся на Полярном Урале, подразделяются на дунит-гарцбургитовый и дунит-верлит-клинопироксенит-габбровый комплекс. Подкомплекс крупных дунитовых тел представлен двумя дунитовыми телами: Центральным, расположенным в южной части массива на водоразделе рек Макар-Рузь и Енга-Ю, и Южным – в юго-западном окончании массива.
Химический состав дунитов Енгайского участка представлен в табл. 6.5.
Таблица 6.5. Химический состав дунитов Енгайского участка
| № образ-ца | Содержание оксидов, % | |||||||||||
| SiO2 | ТiО2 | Cr2О3 | Al2O3 | Fe2O3 | FeO | MgO | CaO | NiO | MnO | СO2 | ППП | |
| 1 | 38,92 | 0,02 | 0,45 | 0,45 | 4,55 | 4,29 | 43 | 0,46 | 0,27 | 0,13 | 0,3 | 7,52 |
| 2 | 37,62 | 0,02 | 0,5 | 0,3 | 3,75 | 4,44 | 45,36 | 0,24 | 0,31 | 0,12 | 0,3 | 70,9 |
| 3 | 38,18 | 0,02 | 0,5 | 0,34 | 3,24 | 5,03 | 46,2 | 0,26 | 0,32 | 0,12 | 0,18 | 5,75 |
| 4 | 38,5 | 0,02 | 0,4 | 0,3 | 3,21 | 5,18 | 45,6 | 0,26 | 0,31 | 0,12 | 0,18 | 5,87 |
Ключевской офиолитовый массив находится в окрестностях Двуреченска, в 40 км к юго-востоку от г. Екатеринбурга. Он приурочен к южному обрамлению Мурзинско-Адуйского сиалического блока, сложенного древними породами сиалической коры и крупными гранитоидными массивами позднего палеозоя. Массив состоит из 4 структурно-вещественных комплексов:
- дунит-гарцбургитового;
- дунит-верлит-клинопироксенитового;
- габбрового;
- жильного габбрового.
Дунит-гарцбургитовый комплекс наиболее древний, слагает северную и центральную часть массива и представлен в основном апогарцбургитовыми и аподунитовыми серпентинитами с участками менее серпентинизированных разностей. Среднее содержание дунитов по разрезу составляет 24%, а средняя мощность дунитовых тел около 4 м.
Дунит-верлит- клинопироксенитовый комплекс распространен в южной и юго-западной частях массива. В основании комплекса залегают деформированные дуниты, часто подвергнутые интенсивному будинажу, отальковыванию и карбонатизации. Для дунитов характерны полосчатые текстуры, обусловленные неравномерной вкрапленностью хромшпинелида, мелкие зерна которого группируются вдоль параллельных плоскостей в тонкие полоски или цепочки.
Габбровый комплекс развит преимущественно в западной части Ключевского массива и представлен вытянутыми в меридианальном направлении телами сильно деформированных полосчатых габброидов.
Химический состав горных пород Ключевского массива представлен в табл. 6.6.
Таблица 6.6. Химический состав горных пород Ключевского массива (по материалам Л.Б. Хорошавина и Т.М. Головиной)
| Компоненты | Содержание в пробах, мас. % | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| SiO2 | 41,48 | 39,12 | 44,31 | 48,81 | 48,01 | 50,06 |
| TiO2 | 0,01 | 0,01 | 0,07 | 0,12 | 0,19 | 1,06 |
| Al2O3 | 1,22 | 0,36 | 0,95 | 1,45 | 16,16 | 14,95 |
| Fe2O3 | 3,17 | 4,79 | 3,64 | 3,16 | 2,13 | 1,46 |
| FeO | 2,12 | 4,15 | 2,28 | 3,91 | 3,79 | 9,01 |
| MnO | 0,10 | 0,13 | 0,14 | 0,15 | 0,10 | 0,17 |
| MgO | 37,85 | 40,06 | 27,30 | 21,96 | 9,55 | 6,74 |
| CaO | 0,11 | 0,58 | 12,84 | 17,54 | 17,10 | 7,28 |
| Na2O | 0,05 | 0,05 | 0,07 | 0,13 | 0,46 | 5,39 |
| K2O | -- | 0,02 | 0,04 | 0,04 | 0,05 | -- |
| Р2O5 | 0,03 | 0,05 | 0,03 | 0,03 | 0,01 | 0,22 |
| ППП | 12,83 | 10,97 | 8,98 | 3,02 | 2,68 | 2,55 |
| Сумма | 99,04 | 100,30 | 100,65 | 100,32 | 100,29 | 98,89 |
Баженовское месторождение серпентинита расположено в районе ст. Баженово-Асбест Свердловской железной дороги. Месторождение представлено волокнистой разностью серпентина – хризотил-асбестом. Химический состав, (%): SiO2 – 40,44; Al2O3 – 1,40; Fe2O3 – 2,80; FeO – 0,18; CaO – следы; MgO – 40,58; ППП – 13,53. Огнеупорность – 1570оС, отношение MgO/SiO2 – 1,0.
Хризотил-асбест находит широкое применение в различных отраслях промышленности и строительства – без него немыслимо развитие современного транспорта и машиностроения. Как составная часть, он используется в изготовлении нескольких тысяч видов технических изделий.
Дуниты и серпентиниты Урала являются вполне доброкачественным сырьем для производства форстеритовых огнеупоров, а их запасы можно условно отнести к неисчерпаемым.