Магнитный песок природный: комплексные магнито-минералогические исследования и перспективы практического использования

Термомагнитный анализ выполнен на кафедре геофизики геологического факультета в Национальном университете имени Тараса Шевченко. Кривая зависимости намагниченности насыщения от температуры получена в непрерывном режиме “нагрев - охлаждение” в постоянном магнитном поле 2000 э. Результаты показаны на рисунке 1. Как видно из рисунка, первые три пробы имеют идентичные зависимости. Этого и следовало ожидать, поскольку минералогический состав у этих проб различается только количественно (см. таблицу 2).

Рисунок 1 - Термомагнитные кривые исследуемых образцов

Кривая охлаждения идет ниже кривой нагревания, что свидетельствует о присутствии в данных пробах маггемита. Точка Кюри не превышает температуру 600 єС, что характерно для магнетита. Однако спектр деблокирующих температур, зафиксированный в интервале от 350 до 600 С, является результатом минералогических изменений в процессе нагревания и наличием магнитных зерен разного размера. Температурная зависимость 4-й пробы отличается от таковой для проб 1-3. Видна единственная точка Кюри магнетита, и кривые “нагрев - охлаждение” почти не различаются.

Для образцов была получена остаточная намагниченность насыщения и определено магнитное поле (), которое ее компенсирует. Этот параметр характеризует магнитную жесткость образца. На рисунке 2 приведены результаты экспериментов. Кривые нормального (изотермического) намагничивания практически совпадают для всех образцов, а кривые размагничивания для первых трех образцов подобны. Величина у них равна примерно 150 эрстед. В магнитном отношении крымский образец является более жестким, значение его составляет 230 эрстед.

Области применения. В начале 20-го века черные пески рассматривались только в качестве металлургического сырья [27]. К настоящему времени анализ разрозненных, но многочисленных литературных источников позволил определить много новых областей практического применения магнитного песка. Он может использоваться как самостоятельно, так и в качестве элемента различных смесей.

Параметры, качество и эффективность применения перечисленных разработок зависят от свойства исходного магнитного материала.

К настоящему времени магнитные порошки и пески используются в магнитных системах [10, 28]; комплексах подготовки питьевой воды для очистки, доочистки сточных и технических вод, обработки водных систем различного назначения, когда в фильтрах используются зернистые материалы [13, 14, 15, 17, 18, 24]; для изготовления магнитного порошка, применяемого в качестве наполнителя при разработке постоянных твердых и гибких магнитов [3, 23, 19, 20]; магнитной жидкости [5, 6, 21]; композиционных материалов [16, 19]; магнитоабразивных порошков [4].

Рисунок 2 - Результаты определения коэрцитивной силы () исследуемых образцов

Производство комбинированных изделий осуществляется изготовлением наполнителя разломом или спеканием. Поскольку первый способ трудоемкий и дорогой, он имеет ограниченное применение. Изготовление наполнителя из магнитного песка спеканием экономичнее, технологичнее и позволяет получить новые, высокоэнергетичные магнитные материалы путем соединения окислов железа с окислами кобальта, никеля, цинка, металлов редкоземельной группы [23]. Потребность в широком использовании такой технологии назрела давно, но ограничивалась отсутствием доступного по цене исходного материала, которым на данном этапе может быть пока еще мало востребованный магнитный песок.

Рекомендуемый размер частиц магнитного наполнителя композиционных материалов составляет 50-200 мкм. Так как он совпадает с размерами магнитной фракциями магнитных песков, это значительно расширяет область их применения, упрощает технологии изготовления и реализации магнитных материалов [20].

Следовательно, комплексное использование песка и магнитных систем делает доступнее разработку и реализацию новых технологий с улучшенными экономическими показателями и экологическими свойствами для следующих целей:

централизованная подготовка питьевой воды [14, 15, 24];

очистка технических и сточных вод [11, 12, 13];

сооружение и эксплуатация нефтегазовых скважин [17, 22];

магнитно-абразивная обработка в машиностроении [4, 28];

транспортировка твердых полезных ископаемых [16, 31];

повышение прочностных характеристик изделий из цементных растворов [18];

создание ленточных конвейеров на магнитной подушке [16];

создание конвейера для сложных трасс с магнитоактивными лентами [16];

оздоровительно - лечебные процедуры [7, 34].

К настоящему времени ограниченное практическое применение нашли только магнитные пески на грузинском побережье Черного моря, которые используются в лечебных целях как физиотерапевтическое средство на курорте Уреки.

На Черноморском побережье Украины, где обнаружены пока только небольшие скопления магнитного песка и разработан метод его извлечения [39], необходимо проводить целенаправленные геолого-геофизические работы по выявлению его россыпей.

Морской магнитный песок пока не является товаром, но будет очень дорогим в будущем.

Благодарности. Авторы благодарны начальнику минералогической лаборатории Середе В.В. за выполнение минералогических и гранулометрических исследований, начальнику химико-аналитической лаборатории Орлюк З.В. за химический анализ образцов (Центральная лаборатория ПДРГП “Північгеологія”), сотруднику кафедры геофизики геологического факультета Киевского национального университета имени Тараса Шевченко Попову С. за термомагнитный анализ образцов. Особую признательность выражаем доктору геол.-мин. наук, главному научному сотруднику Института геофизики им. С.И. Субботина О.М. Русакову за плодотворные дискуссии и обсуждение отдельных положений статьи.

Литература

1. Абих Г.В. Месторождение магнитного железняка на берегу Чорного моря (реки Сужа, Катамба) // Горн. журн.-- 1856 -- Ч. 3. -- С. 10-15.

2. Агбунов М.В. Античная лоция Чорного моря. -- М.: Наука, 1987. --.156 с.

3. Алексеев Л.Г., Корнеев А.В. Эластичные магнитные материалы. -- М.: Химия, 1976. -- 197 с.

4. Барон Ю.М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и режущих инструментов. -- Л.: Машиностроение, 1986. -- 156 с.

5. Бибик Е.Е., Алексеев А.К. Уплотнения на феррижидкостях и элементы их расчета / Сб. “Дисперсные системы и их поведение в электролитах и магнитных полях”. Л. 1976. С.22-27.

6. Бибик Е.Е., Бузунов О.В. Достижения в области получения и применения ферромагнитных жидкостей. М.: ЦНИИ “Электроник”, сер. 6, вып. 7, 1979. 660 с.

7. Бирла Г.С., Хэмлин К. Магнитотерапия. М.: Гранд, 2002. 234 с.

8. Габуния К.Н. Магнитные пески Черноморского побережья // Минеральные ресурсы Грузии. -- Тбилиси, 1933. --С.132-137.

9. Джанджава К.И., Яшвили Г.Е. Инженерно-геологические условия шельфа Южной Колхиды в связи проблемой подводной добычи магнетитовых песков // Проблемы гидрологии и инженерной геологии.-- Тбилиси, 1977. -- С.140-146.

10. Калинкин А.К. Анализ конструкций магнитножидкостных уплотнений / Сб. научн. трудов “Вопросы теории и расчета электрических машин и аппаратов”. Иваново: Ивановский энергетический институт, вып. 6, 1975. С. 280-282.

11. Классен В.И. О перспективах использования магнитной обработки сточных вод. // Водные ресурсы, №4, 1981. С. 146-152.

12. Классен В.И. Омагничивание водных систем. -- М.: “Химия”. -- 1982. -- 296 с.

13. Коваленко В.П., Ильинский А.А. Основы техники очистки жидкостей от механических загрязнений. -- М.: “Химия”. -- 1982. -- 270 с.

14. Кульский Л.А, Душкин С.С. Магнитное поле и процессы водоподготовки. -- Киев: “Наукова думка”. -- 1988. -- 112 с.

15. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. -- Киев: “Вища школа”. -- 1981. -- 327 с.

16. Курников Ю.А. Теоретические и экспериментальные основы создания горно-транспортных средств с использованием полей постоянных магнитов. Автореф. диссерт. на соиск. уч. ст. доктора техн. наук. Днепропетровск, 1991. -- 36 с.

17. Курников Ю.А., Концур И.Ф., Паневник А.В. Омагничивающие устройства для активации водных систем // Нефтяная и газовая промышленность, №4, 1988. С. 29-31.

18. Курников Ю.А., Концур И.Ф., Паневник А.В. Активизация тампонажного раствора для повышения качества крепления скважин // М.: Нефтяное хозяйство, №6, 1989. С. 29-31.

19. Курников Ю.А., Сливной В.Н., Лейзан Л.И., Борода З.В. Исследование возможности использования магнитоэласта для конвейеров на магнитной подушке / В кн. “Шахтный и карьерный транспорт” М.: Недра, 1978. -- Вып. 4. С. 103-108.

20. Курников Ю.А., Сливной В.Н., Лейзан Л.И., Захаров А.Ю. Разработка эластичных магнитов с повышенными магнитными свойствами для ленты конвейера на магнитной подушке / В кн. “Шахтный и карьерный транспорт” М.: Недра, 1980. -- Вып. 6. С. 129-132.

21. Курников Ю.А., Юрченко В.М., Сливной В.Н. О кривой намагничивания магнитомягкой обкладки резинотканевой ленты / Сб. научн. трудов “Механизация горных работ”. Кемерово: Кузбасский политехнический институт, вып. 75, 1975. С. 280-282.

22. Кусакин А.Б., Курников Ю.А., Концур И.Ф., Паневник А.В. Результаты испытаний омагничивающих устройств для предупреждения солеотложений / Газовая промышленность, 1990, №7. С.33-34.

23. Рабкин Л.И., Соскин С.А., Эпштейн Б.Ш. Ферриты. -- Л.: “Энергия”. -- 1968. -- 379 с.

24. Сокольский Ю.М. Омагниченная вода правда и вымысел. - М.: “Химия”. -- 1990. -- 144 с.

25. Физические свойства горных пород и полезные ископаемые (петрофизика) -- Под ред. Н.Б.Дортман. -- М.: Недра, 1976. -- 528 с.

26. Цветкова-Голева В. Тяжки минерали в пясъците от южного бъелгарского крайбережие // Изв. Геол. ин-та БАН..--Сер. рудн. --1975. --Т. 23. -- С.77-81.

27. Чирвинский П.Н., Ульянов А.А. Черный песок реки Супсы на Кавказе. Известия Донского Политех. Института, т. XI, 1928. С.1-11.

28. Шляго Ю.И., Бибик Е.Е., Евстишенков В.С. Применение магнитно-реологических жидкостей с абразивным наполнителем для обработки стекла // “Стекло и керамика”, 1978, №1. -- С. 19-20.

29. Шнюков Е.Ф., Зиборов А.П. Минеральные богатства Чорного моря. -- К.: Изд-во Карбон-Лтд, 2004. --278 с.

30. Шнюков Е.Ф., Белодед Р.М., Цемко В.П. Полезные ископаемые Мирового океана. --К.: Наукова думка, 1979. --256 с.

31. Штокман И.Г. Основы создания магнитных транспортных установок.- М.: Недра, 1972.- 192 с.

32. Haage R. Beitz zur kenntnis der schwarzen sande von Burgas // Berg. Deutsch.Ges.Geolwiss. B. Miner. Lagerstatten. --1968. -- №5. P.13-20.

Аннотация

В статье впервые обобщена геологическая информация и представлены результаты магнитно-минералогических исследований магнитных песков побережья. Черного моря. Сформулировано определение магнитного песка. Даны рекомендации применения магнитного песка в практических целях.

В статті вперше узагальнена геологічна інформація і подані результати магнітно-мінералогічних досліджень магнітних пісків узбережжя Чорного моря. Сформульовано визначення магнітного піску. Дано рекомендації щодо застосування магнітного піску у практиці.

For the first time the paper generalizes geological information and magnetic-mineralogical studies of magnetic sand from the coast of the Black sea are presented. Definition of magnetic sand is formulated. Recommendations are prepared to use magnetic sand for practical purposes.

Размещено на Allbest.ru