книги из ГПНТБ / Кайнарский И.С. Основные огнеупоры (сырье, технология и свойства)

ХРОМИТ

Хромитом (хромитовой рудой) называют горную по­ роду, сложенную хромшпинелидом. Минерал состава Fe0-C r20 3 также носит название хромит, он содержит 67,9% Сг20 3 и 32,l%FeO. В природе минерал хромит' в чистом виде обычно не образует залежей; благодаря

(также Мп3+) известны минералы общего и разнообраз­ ного состава R 2+R f^ О4 , образующие группу шпинели.

Эти минералы способны входить между собой в твердые растворы; такие растворы, содержащие в своем составе хром, носят название хромшпинелидов. В общем виде их химическая формула (Mg, Fe2+ )0 - (Cr, F3+, A1)20 3.

Хромшпинелиды слагают хромиты; они содержат 50% (мол.) окислов двухвалентных элементов и 50%- (мол.) окислов трехвалентпых элементов. Классифика­ ция и названия хромшпинелидов и некоторых шпинелей, по данным [1, 2], приведены в табл. 53. В технологиче­ ской практике хромитом называют руду безотносительно к составу слагающих ее хромшпинелидов; по Болдыреву, хромитом называется минерал состава Fe0-Cr20 3, как

244

в магматических ультраосновных породах в виде сплош­ ных скоплений большей частью неправильной гнездооб­ разной, линзообразной и столбообразной формы, а так­ же и в виде вкраплений.

Чертами, общими для всех хромшпинелидных мине­ ралов, являются: их октаэдрический облик, черный и буровато-черный цвет, плотность 5,1—4,2 г/см3, высо­ кая твердость 6,5—7 по Моосу [3], хрупкость, немагнитность, принадлежность к кубической системе, отсутствие спайности, высокая химическая стойкость и у многих минералов высокие температуры плавления.

Химический состав хромшпинелидов достаточно ши­ роко колеблется, однако в природных минералах груп­ пы хромшпинелидов изоморфизм резко ограничен по содержанию трехвалентного железа и двухвалентных элементов. Максимально возможное содержание Fe20 3 (У) обратно пропорционально содержанию А120 3 (х ) и

Ограничение изоморфизма в природных хромшпинелидах обусловливается физико-химическими- условиями их образования, химизмом среды, из которой выделяются хромшпинелиды, и возможностью вхождения некоторых

и при воздействии окислов железа на огнеупоры, содер­ жащие хромиты. В хромите, по Соколову, (Mg, Fe) О- •Сг20 3 изоморфизм между Mg и F2+ непрерывен, тогда как Сг замещается на F3+ до 25,6% и на А1 до 24,6% [4].

По данным [5], хром является наиболее подходя­ щим атомом для размещения в октаэдрических позици­ ях, в результате чего все хромшпинелиды характеризу­ ются нормальной структурой, т. е. имеют кристаллохими­ ческую формулу О4, где [4 ]— тетраэдри­ ческие и [6] — октаэдрические позиции атомов в кристал­ лической решетке шпинели.

245

Месторождения хромитов относятся к классу магма­ тических. Минеральный агрегат, являющийся хромито­ вой рудой, представляет собой продукт кристаллизации магматического ультраосновиого расплава, обогащен­ ного рудообразующими элементами. Хромитовые руды в большинстве случаев испытали интенсивный гидро­ термальный метаморфизм — серпентизацию, хлоритизацию и пр., причем сам хромшпинелид в руде обладает большой устойчивостью к гидротермальному воздейст­ вию [2].

В соответствии с генезисом хромитов и последующей их метаморфизацией в них содержатся, помимо хромшпинелида, разнообразные минералы. По результатам детальных исследований большого числа проб кемпирсайских хромитов различают наличие в них термореак­ тивных силикатов, карбонатов, простых и ' сложных окислов, а также гидроокнслов [8].

В их числе из класса силикатов встречаются: хризо­ тил, серпофит, аитигорит, пеннин, кеммерерит, клинохлор, девейлит, тальк, тремолит, актинолит, нонтронит. Из минералов группы серпентина чаще встречаются хризотил и серпофит, реже антнгорит и девейлит. Из минералов группы хлорита встречаются: пеннин, клинохлор и кеммерерит. Амфиболы представлены тремоли­ том и актинолитом.

Из класса карбонатов встречаются: кальцит, магне­ зит, брейнерит, доломит, сидерит, гидромагнезит (гид­ ратированный основной карбонат магния), бруньятеллит. Из класса окислов: гематит, магнетит, кварц, халце­ дон, опал, брусит, иемалит, гетит, гидрогетит, гидроге­ матит, лимонит, лепидокрокит.

Все перечисленные 30 минералов являются терморе­ активными, вследствие чего обнаруживаются на термо­ граммах благодаря присущим им термическим эф­ фектам.

Из нешпинелидов существенного развития в хроми­ товых рудах достигают только серпентины и хлориты. Помимо указанных выше термореактивных минералов, в хромитах встречаются оливин и редко пироксен, рутил, гипс, сульфиды [2, 9, 10]. Примеси представляют собой вмещающую породу, цементирующую зерна хромшпинелида; их количество сильно колеблется [10].

По данным [11], для кемпирсайских хромитов раз­ личают пять видов цементирующих связок, а именно:

246

серпентиновую, серпентино-карбонатную, серпентинобруситовую, серпентино-карбонатно-бруситовую и квар­ цево-карбонатную. По данным [8], различают значи­ тельно большее число видов связок; кроме первых четырех связок, указанных выше, еще 11 видов: сер­ пентино-карбонатно-кварцевую, серпентино-карбонат- но-амфиболовую, серпентино-карбонатио-тальковую, серпентино-карбонатно-хлоритовую, серпентино-брусито- амфиболовую, серпентино-брусито-тальковую, хлорито­ карбонатную, карбонатно-брусито-амфиболовую, хлори­ товую, карбонатную, монтмориллонитовую. Этивиды связок встречаются чаще с окислами и гидроокислами железа.

Различают следующие основные структурные типы хромитовых руд:

мелкозернистые рудные вкрапленники гипидиоморфиой структуры, за размер и форму зерен хромшпииелида они получили название «маковик»;

мелкозернистые рудные вкрапленники с идиоморфными и преобладающе идиоморфиыми хромшпинелидами;

средиезериистые рудные вкрапленники гипидиоморфпой структуры; руда носит название «рябчик»;

средне- и крупнозернистые массивные рудные агре­ гаты, т. е. с незначительным содержанием нерудных ми­ нералов; для них наблюдаются гипидиоморфнозернистые, йдиоморфнозернистые и аллотриоморфнозернистые структуры1.

Окраска хромшпинелидов в тонких (20—10 мкм) плоскопараллельмых шлифах (определяется их химическим составом. Низкохромистые, 'высокоглиноземистые Кромшпииелиды окрашены в зеленоватые тона. С повышени­ ем относительного содержания хрома окраска переходит к оранжево-бурым и красно-бурым тонам. При увеличе­ нии содержания РегОз (при одновременном присутствии FeO) окраска становится бурой и коричневой вплоть до полной непрозрачности [12].

1 Идиоморфные зерна — плохо образованные кристаллы, обнару­ живающие лишь общий облик, свойственный кристаллу.

Аллотриоморфные зерна — минерал, не обнаруживает свойствен­ ных данному кристаллическому веществу ограничений, а заполняет пространство, ограниченное соседними зернами.

Гнпидиоморфные зерна — минерал идноморфен к одним из сос­ тавных частей породы и аллотриоморфен к другим.

247

Хромитовые руды широко представлены на месторо­ ждениях Урала [2, 9, 12]. Основная масса хрома в при­ роде сосредоточена в хромшпинелидах и породообразую­ щих силикатах ультраосновной и основной магмы, пред­ ставляющих собой наиболее устойчивые минералы. Большинство остальных минералов хрома вторично; они возникают из первичных минералов в контактных зонах за счет выщелачивания хрома щелочными, хлористыми, фосфорнокислыми, сернокислыми термальными раство­ рами [9].

Хромитовые руды в той или иной мере затронуты процессами изменения. При гидротермальном воздейст­ вии хромшпинелиды по периферии зерен и вдоль трещин превращены в непрозрачные каймы, резко ограниченные от просвечивающих участков зерна. При процессах древ­ него выветривания силикатная часть руд замещается опалом, халцедоном, гидроокислами железа, карбона­ тами и др. В случае значительного выщелачивания сили­ катов руда превращается в сыпучую массу [12].

Для изготовления огнеупоров широко используют вы­ сококачественную хромитовую руду Кемпирсайского месторождения, расположенного на Южном Урале в за­ падной части Казахстана в пределах Актюбинской обла­ сти. По данным [9, 10, 13], различают следующие глав­ нейшие текстуры и структурные типы этих руд, плот­ ные, рыхлые и окременелые.

Известны следующие разновидности плотных руд — массивная, вкрапленная и полосчатая.

Массивная руда состоит из плотно прилегающих друг к другу зерен хромшпинелида с размером 2—5 мм в среднезернистых и 5-—12 мм в крупнозернистых рудах. Зерна всегда имеют гипидиоморфные очертания и в них иногда наблюдаются включения округлых зерен оливи­ на. Хромшпинелид хорошо просвечивает в шлифе крас- ңо-оранжевым цветом. Количество вмещающей породы минимально, не более 10—15%.

Вкрапленные руды состоят из вмещающей породы, в которой в разном количестве содержатся отдельные уча­ стки хромшпинелида. По их содержанию в хромите раз­

ленные (< 25% ). Во вкрапленных рудах зерна шпинели­ да имеют гипидиоморфные и аллотриоморфные очерта­

248

ния. В тонком шлифе зерна хорошо просвечивают красно-оранжевым цветом. В них встречаются вклю­ чения серпентизированного и несерпентизированного оливина - эллиптической и короткопризматической формы размерами 0,1—0,4 мм. Вкрапленные руды образуются вблизи контакта с вмещающими породами. В зависимо­ сти от размера вкраплений хромшпинелида различают руды крупнозернистые (> 5 мм), среднезернистые «ряб­ чиковые» (5—1 . мм) , и мелкозернистые «маковые» (< 1 мм).

В полосчатой руде полосчатость создается чередова­ нием тонких полосок, обогащенных зернами хромшпине­ лида, с полосками почти чисто силикатного состава.

Руды рыхлой разновидности отличаются от плотных разрушенностью вмещающей породы и ее частичным удалением. В зависимости от исходной руды хромшпинелид в них имеет различную зернистость. При полном раз­ рушении и удалении вмещающей породы руда превра­ щается в порошкообразную. Рыхлые руды приурочены к верхним горизонтам месторождений или к зонам раз­ лома. К верхним же горизонтам месторождений приуро­ чены окременелые руды, образующие участки неправиль­ ной формы. В них цементирующим зерна хромшпинели­ да веществом является кремнезем, представленный пре­ имущественно халцедоном, реже опалом и кварцем.

хромите шпинелидов и вме­ щающей породы (главным образом серпентина), а так­

же колебаниями их фазового состава, что подтверждает­ ся данными табл. 55 [14, 15]. Из приведенных данных также видно, что имеются хромиты с высоким содержа­ нием окислов и гидроокислов железа и не содержащие

249

серпентина или содержащие его в небольшом количест­ ве. Поскольку определяющим содержание в руде хромшпинелида является количество в ней Сгг03) а содер­ жание серпентина — SiC^, то между их количествами выявляется обратно пропорциональная зависимость (рис. 62). На рис. 63 [16] приведены колебания минера­ логического состава хромитовых руд с различными вме­ щающими породами.

Детальные исследования состава и свойств хромшпи-

Т а б л и да 54

Химический состав кемпнрсайских хромитов, %

Продолжение табл. 54

250

нелидов кемпирсайских хромитовых руд описаны в ра­ ботах [8, 17]. Хромшпинелиды, выделенные кислотной обработкой 14 проб руд шести месторождений, имели химический состав, приведенный в табл. 56. Он дает ко­ лебания молекулярного отношения трехвалентных окис­ лов к двухвалентным в пределах 0,93—1,20 при среднем 1,05, что весьма близко к теоретическому составу шпи-

нели. По классификации Соколова (см. табл. 53), хром­ шпинелиды относятся к хромиту (Mg, Fe)0-C r20 3.В пе­ ресчете на простые шпинели (по массе) в шпинелиде их

252 V

353