6. Магнезиты

Магнезиальные материалы и изделия среди всех огнеупоров занима­ют ведущее место благодаря исключительно высокой температуре плавле­ния (выше 2800° С) и другим положительным качествам их минеральной основы - периклаза МgО.

В природе периклаз встречается в крайне ограниченном количестве и промышленных месторождений не образует. Главным видом природного магнезиального сырья для производства магнезиальных огнеупоров в Рос­сии и за рубежом является карбонат магния - минерал магнезит МgСО₃. Теоретический состав МgСО₃: 47,81 % МgО и 52,19 % СО₂.

Магнезит образует непрерывный ряд твердых растворов с сидеритом (FеСО₃). При содержании сидерита до 30 % минерал называется брейнеритом. Такие магнезиты широко распространены в Австрии и Словакии. С СаСО₃ магнезит образует лишь весьма ограниченные твердые растворы, почти полностью распадающиеся при низких температурах. В системе СаСО₃- МgСО₃ имеется два соединения: СаМg (СО₃)₂ - доломит и редкий минерал СаМg₃(СО₃)₄ — хантит. Наибольшее значение имеет доломит. В зависимости от условий образования магнезиты бывают микрокри­сталлическими (так называемые аморфные магнезиты) или, наоборот, макрокристаллическими. Первые из них образуются при химическом раз­ложении силикатов магния по реакциям:

Мg₂SiO₄ + 2СO₂= 2МgСО₃ + SiО₂;

Мg3(OН)₂Si₂O₅ + ЗСО₂ = ЗМgСО₃ + 2SiО₂ + 2Н₂О, которые протекают в присутствии воды. Аморфные магнезиты в связи с этими реакциями обычно загрязнены примесями кремнезема.

Гораздо больший интерес для промышленности представляют кристаллические магнезиты, которые образуются при воздействии водных ра­створов бикарбоната магния на известь или доломит с уносом в виде ра­створа получающегося бикарбоната кальция:

СаСО₃ + Мg(НСО₃)₂ = МgСО₃ + Са(НСО₃)₂;

твердый раствор осадок раствор

СаМg(СО₃)₂ + Мg(НСО₃)₂ = МgСО₃ + Са(НСО₃)₂.

твердый раствор осадок раствор

Среди многочисленных карбонатов магнезит не распространен в при­роде. Далеко не все страны располагают промышленными месторождения­ми этого минерального сырья. Наибольшие запасы магнезитов имеют Ки­тай и Россия.

По суммарным разведанным запасам кристаллических магнезитов Рос­сия занимает второе место в мире.

В России на 01.01.1991 г. учтено 13 месторождений магнезита с балан­совыми запасами по категории А+В+С, 992092 тыс. т, по категории С₂ -1784725 тыс. т. Кроме того, учтено одно месторождение магнезита с добалансовыми запасами. Забалансовые запасы магнезита составляют 133928 тыс. т. Добыча магнезита в 1990 г. составила 4654 тыс. т.

На территории России месторождения кристаллических магнезитов распространены очень неравномерно и сосредоточены в четырех географо- геологических регионах: Южно-Уральском (месторождения Саткинской, Белорецкой, Златоустовской, Катав-Ивановской групп) с суммарным оносительным объемом запасов -20 %, Красноярском Заангарье (Удерейская группа) - 26 %, Восточно-Саянском (Иркутская область) - 52 %, Малохинганском (Хабаровский край) - 2 %. Около 80 % запасов магнезита находится в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке.

В нашей стране с 1901 г. и до настояoего времени главной сырьевой базой огнеупорной промышленности являются месторождения магнезитов Саткинской группы. Комбинат «Магнезит» осуществляет эксплуатацию ме­сторождений карьерами и частично подземным способом. В 1995 г. начата вскрыша и разработка крупнейшего в России Савинского месторождения магнезитов в Иркутской области.

Месторождения Саткинской группы. Месторождение магнезита Саткинского района залегают в терригенно-карбонатных толщах верхнего и среднего протерозоя в виде четырех магнезитовых полос: Главной, Никольской, Березовской и Ельничной. Вмещающие магнезитовые тела породы, представленные преимущественно доломитами с прослоями углисто-глинисто-доломитовых сланцев, смяты в складки северо-восточного простирания. Морфология магнезитовых тел всаткинских месторождениях весьма разнообразна: пласто- и линзообразные залежи, гнезда, жилы и прожилки. Преобладающее количество магнезитов сосредоточено в пласто- и линзообразных залежах.

В настоящее время основная масса (более 90 %) сырья для производ­ства магнезиальных огнеупоров в России и странах СНГ добывается в карь­ерах на Карагайском и Волчьегорском и других месторождениях магнези­тов, несколько различающихся своим составом. Наиболее каче­ственными являются магнезиты Карагайского месторождения, отличаю­щиеся от волчьегорских пониженным содержанием оксида кальция, так что обычно в них отношение СаО/SiO₂ меньше единицы. В магнезитах Волчьегорского месторождения, наоборот, как правило, СаO/SiO2 больше еди­ницы, что обусловлено более интенсивным развитием процессов гипер­генной кальцитизации.

На ОАО «Комбинат «Магнезит» осуществляется частичное обогаще­ние сырья путем отделения магнезита от доломита и глины по плотности с использованием тяжелых суспензий. Однако низкая эффективность гравитационного обогащения не обеспечивает полного удаления примесных ми­нералов из сырья в связи с частым неравномерным тонковкрапленным распределением доломита, кальцита и других примесей в магнезитах.

Магнезиты Семибратского месторождения. Семибратское месторож­дение магнезитов расположенное в Челябинской области в 30 км от г. Сатка. Магнезиты Семибратского месторождения представлены четырьмя минералогическими разновидностями: чистыми (нормального состава), железистыми, доломитистыми и полиминеральными. В связи с низким содержанием оксида магния природные магнезиты всех разновидностей (кроме первой) не могут быть использованы для производства высококачествен­ных магнезиальных и магнезиално-шпинелидных изделий без предварительного обогащения.

Магнезиты Савинского месторождения. Савинское месторождение магнезитов, расположенное в Иркутской области, является крупнейшей в России минерально-сырьевой базой для производства основных огнеупо­ров с утвержденными ГКЗ СССР (1965 г.) суммарными запасами более 1,9 млрд. т. В результате проведенных многократных лабораторно-технологических и опытно-промышленных исследований установлена пригодность савинского магнезита для изготовления магнезиальных огнеупоров.

Савинские магнезиты представляют собой породу, состоящую на 75- 99 % из минерала магнезита. Примеси, составляющие 1-25 % объема поро­ды, представлены реликтами первичных мелкозернистых доломитов, таль­ком, хлоритом, кварцем, пиритом, вторичным доломитом, реже — други­ми минералами. Реликты первичных доломитов встречаются преимуществен­но в поле развития мелкозернистых мраморовидных и крупнокристалли­ческих «звездчатых» магнезитов.

Талькхлоритовые включения в магнезитах обычно в виде прожилок мощностью 3—40 мм, тонких пленок по трещинам и гнездообразных вкрап­лений до 2-3 см. Распределение талька и хлорита очень неравномерное. В зонах трещиноватости их содержание достигает 3—20 %, а по мере удале­ния от них уменьшается до 0,5-1,0 %. Наиболее «загрязнены» тальком и хлоритом (частично серпентином) полосчатые и «брекчиевидные» магнези­ты восточной части месторождения, где их количество достигает 10-25 % объема пород. Минимальное содержание талька и хлорита имеют шестова- тые магнезиты. Кварц в магнезитах образует гнезда и жильные вьщеления в трещинах. Обычно он ассоциирует с вторичным гидротермальным доломи­том. Пирит наблюдается в виде рассеянной вкрапленности (содержание 0,1 - 1,0 %). Другие примеси в магнезитах представлены прожилками серпенти­на, асбеста и брусита.

Содержание оксидов в различных типах магнезитов колеблется в ши­роких пределах. Мономинеральные фракции, выделенные из текстурныхтипов магнезитов, близки по содержанию главных компонентов. По веще­ственному составу текстурные типы магнезитов можно объединить в три группы . Магнезиты группы А характеризуются высоким содер­жанием примесных оксидов и относятся к некондиционным разностям. Магнезиты группы В могут быть отнесены только к III и IV сортам. Магне­зиты шестоватых и ланцетовидных текстур (группа С) в основном удовлет­воряют требованиям I и II сортов.).

Халиловское месторождение магнезита. Халиловское месторождение магнезита находится в Гайском районе Оренбургской области, вблизи ж.-д. ст. Халилово. Месторождение открыто в 1857 г., разрабатывалось до 1951 г. беспорядочным, кустарным способом.

Месторождение расположено в юго-восточной части Халиловского ультраосновного массива, сложенного перидотитовыми и дунитовыми серпентинитами, и приурочено к коре выветривания. Верхние горизонты коры выветривания представлены глинисто-охристой остаточной массой, на глу­бине - полуразрушенным, выщелоченным и вторично окремненным (силифицированным) серпентинитом. Магнезит представлен так называемой аморфной разновидностью, т.е. обнаруживает кристаллическое строение лишь под микроскопом. Магнезит, образованный системой взаимно пересекающихся жил, пользуется широким площадным развитием, но ограни­чен на глубину и выклинивается на 10-15 м. Мощность жил и гнезд колеб­лется от 0,1 до 0,6 м, реже -1-3 м.

Разведочные работы на месторождении были проведены в период 1930 - 1947 г. Исследованная площадь была поделена на 4 участка (50 квадратов) и с каждого отобрано и подвергнуто химанализу более 400 проб. В настоящее время на территории Райского и Кваркенского районов Оренбургской области известно лишь одно - Халиловское месторождение магнезита. Запасы месторождения, учитывающиеся балансом Оренбургс­кого ТГФ, составили 7 тыс. т по категории В и 4 млн. т по категории С. Сырье месторождения в целом не соответствует ТУ 14-8-64-73, регламенти­рующих качество сырого магнезита Саткинской группы месторождений.

Магнезиты Халиловского месторождения имеют низкое качество: бо­лее 50 % объемов сырья не соответствует требованиям 4-го сорта ТУ 14-8- 64-73. Промышленное использование данного сырья для производства ка­чественных магнезиальных огнеупоров целесообразно осуществлять только после эффективного обогащения. При обогащении особенно необходимо удаление примесей кальцита и кварца.

Магнезиты Белорецкого района. На территории Белорецкого района (Башкирия) известно более 10 месторождений и проявлений кристалли­ческих магнезитов, генетически близких по своим особенностям магнези- там Саткинских месторождений.

Наиболее крупные месторождения — Исмакаевское и Кзылташское, с сум­марными запасами (включая прогнозные) около 200 млн. т. В связи с боль­шим содержанием примесей СаО, 81О2, Ре20з и А12О3 использование дан­ного сырья для производства огнеупоров невозможно без предварительно­го обогащения.

Месторождения магнезита в Красноярском крае. В Красноярском крае открыто более 15 месторождений магнезита. Наибольший интерес для огнеупорной промышленности представля­ют Киргитейское, Тальское и Верхотуровское месторождения, располо­женные в Мотыгинском районе. Отработку Екатерининского участка Киргитейского месторождения осуществляет Северо-Ангарский периклазовый завод в пос. Мотыгино. ОАО «Стальмаг» получило лицензию на отработку центральной ча­сти месторождения. На месторождении сделана вскрыша и начаты горно­эксплуатационные работы в карьере. Перевозка магнезита в г. Красноярск осуществляется Енисейским речным пароходством по р. Ангаре.

Магнезиты Читинской области. В Забайкалье на площади более 800 км² имеются многочисленные месторождения и рудопроявления маложелезистых магнезитов. Наибольший ин­терес представляет Кактолгинское месторождение.

7. Брусит

Минерал брусит представляет собой гидроксид магния Мg(ОН)₂. Теоретический состав: МgО - 69,1 %, Н₂О - 30,9 %. Несмотря на широкое распространение в породах различного состава (дуниты, серпентиниты и др.), промышленные месторождения образует очень редко. Практически мономинеральную породу, состоящую из брусита с небольшим содержанием примесных минералов, называют брусититом. Брусит является луч­шим высокомагнезиальным минеральным сырьем в сравнении с другими природными минералами.

Кульдурское месторождение брусита, открытое в 1965 г. в Еврейской АО (Хабаровский край), является уникальным промышленным скоплени­ем относительно чистого гидроксида магния. Содержание МgО в брусититах варьируется от 80 до 95 % (на прокаленное вещество). Преобладает сы­рье с содержанием МgО 63-65 %. Запасы, утвержденные ГКЗ СССР на 01.01.91 г., по категориям А+В+С, составляют 3,5 млн. т.

Месторождение располагается в пределах докембрийского ядра Хинган- Бурейнского антиклинория. Геологическое строение месторождения определяется приуроченностью к магнезиально-карбонатной толще мурандавской свиты в пределах метаморфических ореолов гранитоидов. Вмещаю­щие породы представлены магматическим и метамагнезиальным комплек­сом. Среди магматических пород наиболее распространены порфировидные граниты, гранодиориты, бостониты, апплитогранопорфиры, кроме того, имеются дайки долеритов и туфов. Метамагнезиальный комплекс слагается породами: магнезиальными скарноидами и серпентинитами, силикатно-карбонатными кальцифирами и офиокальцитами, бруситовыми и карбо­натными мраморами и анхимономинеральными брусититами.

На месторождении выявлены три текстурно-структурных типа брусититов: псевдоморфные (волокнисто-зернистые), колломорфные (волокнисто-полосчатые) и автоморфные (пластинчато-зернистые). Наиболее рас­пространенными минералами-примесями в бруситовых рудах являются до­ломит, кальцит и серпентин.

Минеральный состав примесей в сырье представлен преимуществен­но доломитом, кальцитом и серпентином. Содержание гидроксидов и ок­сидов железа в кондиционном сырье не превышает 0,5 %. Брусит при нагревании дегидратируется в интервале температур 380-530 °С с образованием ультрадисперсного МgО, который при более высо­ких температурах (800-1000 °С) превращается в кальцинированный периклаз. При высокотемпературном обжиге (1000-1750 °С) характер фазово- структурных превращений аналогичен процессам при термообработке магнезита. В связи с низким содержанием примесей, особенно оксидов железа, брусит является высококачественным природным магнезиальным сырьем для производства плавленого периклаза для огнеупорной и электротехни­ческой промышленности, а также многих других видов продукции.

Бруситовое сырье Кульдурского месторож­дения разделяется по химическому составу на четыре сорта. В настоящее время преобладающий объем добытого сырья, поставля­емого на предприятия-потребители с Кульдурского рудника, по составу соответствует второму и третьему сортам. В спецотвале рудника заскладированы значительные объемы бруситов третьего и четвертого сортов.