Хромит и графит

Размещено на http://www.allbest.ru/

Хромит (хромовая руда) - горная порода, сложенная хромшпинелидом. Минерал состава FeОСr2О3 также носит название хромит, он содержит 67,9% Сr2О3 и 32,1% FeО. В природе минерал хромит в чистом виде обычно не образует залежей.

Группу хромшпинелидов составляют следующие минералы: собственно хромит FeСr2О4, магнохромит (Mg,Fe)Сr2О4, алюмохромит Fe(Сr,Al)2О4 и хромпикотит (Mg,Fe) (Сr,Al)2О4.

В практике использования хромшпинелидов для промышленных целей их называют хромитовыми рудами, хромистыми железняками или просто хромитами. В химическом отношении хромшпинелиды представляют собой твердые растворы и отличаются весьма непостоянным составом. Содержание наиболее важных оксидов в хромшпинелидах колеблется в следующих пределах: Сr2О3 - 18-62%; FeО - 0-18%; MgО - 6-16%; Al2О3 - 0-33%; Fe2О3 -2-30%. Кроме того, в них часто присутствуют в виде изоморфных примесей TiО2, V2O3, MnО, ZnО, NiО, CоО.

Все хромшпинелиды кристаллизируются в кубической сингонии, их структура аналогична структуре шпинели. Цвет преимущественно черный, твердость 5,5-7,5, плотность 4-4,8 г/см3. Температура плавления чистого хромита - 2180оС. Встречаются хромшпинелиды, как правило, в магматических ультраосновных породах в виде вкраплений или скоплений линзообразной или гнездообразной формы. Сопутствующими минералами являются: серпентин, оливин, кальцит, магнезит, хромсодержащие хлориты, гранаты и другие.

Сырьевые ресурсы хромитовых руд во всем мире довольно ограничены. В числе немногих стран Российская Федерация располагает месторождениями хромитов.

Прогнозные ресурсы месторождений хромита в Уральском регионе составляют 240 млн. тонн, в том числе в Пермской области - 20 млн. тонн, в Свердловской - 170 млн. тонн, в Оренбургской - 50 млн. тонн. Запасы руд в Челябинской области пока не оценены. Единственным объектом в РФ с разведанными запасами хромовых руд является Сарановская группа месторождений, куда входят эксплуатируемые подземным способом Главное Сарановское месторождение с запасами категорий А+В+С1 - 2764 тыс. тонн, С2 - 4262 тыс. тонн и забалансовыми - 2102 тыс. тонн и Южно-Сарановское месторождение. Среднее содержание оксида хрома в запасах по Главному Сарановскому месторождению - 38,4%; по Южно-Сарановскому - 37,7%. Фактическая ежегодная добыча составляет 120-160 тыс. тонн сырой руды.

На Полярном Урале, в Ямало-Ненецком национальном округе завершена предварительная разведка центрального участка хромитового месторождения Рай-Из, составлено ТЭО целесообразности его отработки. Разведанные запасы категорий С1+С2 составляют 30 млн. тонн с содержанием Сr2О3 - 31%. Кроме того, в районе месторождения имеются прогнозные ресурсы хромитов в количестве 40-45 млн. тонн.

В Свердловской области находится более 50 месторождений и рудопроявлений хромовых руд в разных районах с прогнозными запасами около 170 млн. тонн. Хромиты залегают в массивах ультраосновных пород. Наибольшие запасы имеют Ключевской и Алапаевский массивы.

Краткая характеристика хромовых руд важнейших месторождений Урала представлена в табл. 1.

Таким образом:

1. Наиболее важные месторождения хромитовых руд находятся на Урале в Пермском крае (Сарановское), Свердловской (Гологорское, Алапаевское) и в Актюбинской (Кимперсайское) областях. Запасы руд в Челябинской области пока не оценены.

2. Основными потребителями хромитовых руд являются металлургическая, огнеупорная и химическая отрасли промышленности.

Таблица 1. Краткая характеристика хромовых руд Урала

Графит принадлежит к одной из разновидностей самородного углерода, жирен на ощупь, имеет серый или черный цвет. В промышленности обычно различают кристаллический или аморфный графит, но в действительности и тот и другой имеют кристаллическое строение, а отличие их друг от друга заключается лишь в размерах кристаллов. Среди кристаллических графитов различают плотные или чешуйчатые разновидности. Первые почти целиком сложены кристаллами графита, имеющими форму чешуек, или же их параллельных сростков, которые более или менее равномерно распределены во вмещающих породах: кристаллических сланцах, гнейсах, кварцитах, мраморах и других. По размерности чешуйчатые разновидности руд разделяются на крупно- и мелкочешуйчатые и слоисто-кристаллические.

Аморфные (скрытокристаллические) руды представлены плотноупакованными мельчайшими кристаллами графита с незначительными включениями других минералов. К графитоидам относятся графитистые антрациты и антраксолиты.

Графит обладает целым рядом уникальных физических свойств. Он совершенно непрозрачен, однако легко пропускает Х-лучи, что позволяет при помощи рентгеноскопии исследовать его на содержание примесей. Он отличается высокой тугоплавкостью (температура плавления в бескислородной среде 3850±50оС), обладает чрезвычайно большой стойкостью под нагрузкой при высоких температурах. При значительных нагрузках размягчение графита начинается лишь около 2000оС, аморфного углерода - около 1900оС. Графит обладает большой теплопроводностью и электропроводностью благодаря очень плотной упаковке атомов в кристаллах. По теплопроводности он близок к металлам, по электропроводности - относится к проводникам первого рода. Теплопроводность при 80оС составляет 13,4, при 560оС - 100 Вт/м·К. Температурный коэффициент линейного расширения графита в интервале 0 - 700оС равен (5-6)10-6К-1. Эти важнейшие свойства, однако, резко уменьшаются с увеличением зольности графита.

Твердость кристаллов графита по Моосу равна 1, аморфных разностей достигает 5,5. Плотность колеблется от 1,84 до 2,4 г/см3 в зависимости от дисперсности и наличия внутренних тончайших пор. Показатель преломления Nm - 1,93-2,07. В химическом отношении графит является веществом чрезвычайно инертным и стойким к действию как кислот, так и щелочей, весьма устойчив к действию расплавленных шлаков и металлов. Его химическая активность становится заметной только при высоких температурах. Продуктами окисления графита являются оксид углерода и диоксид углерода. Интенсивность окисления зависит от степени измельчения материала, температуры и давления.

Графит не смачивается шлаками и лишь незначительно взаимодействует с некоторыми шлакообразующими оксидами типа FeО, MnО. Для графита характерна способность, подобно жидкостям, образовывать тонкие пленки на поверхности твердых материалов, поэтому графит значительно повышает пластичность формовочных масс.

Основным недостатком графита является его способность к окислению кислородом воздуха при температуре около 700оС. Крупнокристаллический графит окисляется медленно. Для замедления процесса окисления при производстве огнеупорных изделий из графита к нему добавляют огнеупорные глины или каолины, которые создают особую защиту и предохраняют его от выгорания; осуществляют также обжиги графито-глинистых изделий в восстановительной среде. В производстве огнеупоров и керамики применяют чешуйчатый графит, который благодаря форме частиц, их гибкости и жирности увеличивает пластичность масс, облегчает формование, способствует лучшему уплотнению черепка.

Химический состав графита непостоянный, в нем часто присутствует зола, состоящая из различных компонентов (SiО2, Al2О3, FeО, MgО, СuО, Р2O5 и других), кварцевый песок, полевой шпат, глина, слюда, иногда битумы, вода, водород и другие газы. Содержание углерода равно 60-80%, летучих - 0,7- 7,0%, зольность - 2-25%. Химический анализ графита обычно ограничивается определением содержания углерода, летучих и золы.

В промышленности к графитовым рудам единых требований не существует. ГОСТы и ТУ имеются только на товарный графит и графитовые материалы.

Наиболее крупные месторождения графита в Российской Федерации находятся на Урале. На Среднем и Южном Урале в пределах Уральской складчатой системы сосредоточено 34,8% рудных запасов России и 11,1% запасов графита, установлено более 50 проявлений и месторождений графита, однако в настоящее время по технико-экономическим соображениям, особенно в связи с низким содержанием графита или его неблагоприятной микроструктурой, мелкие рудопроявления и небольшие месторождения графита практического интереса не представляют.

На Урале добыча графита осуществляется с 1942 г. в Челябинской области на Тайгинском месторождении кристаллического графита (пос. Тайгинка, г. Кыштым), в котором сосредоточено 22,4% запасов графитовых руд и 7,4% запасов графита РФ. Среднее содержание графита в руде 2,5-2,6 мас. %. Извлечение графитового углерода при переработке в концентрате 80-82%. Среднее содержание графитного углерода в концентрате 92-94%.

Запасы высоких категорий А и В на месторождении в основном отработаны, оставшиеся находятся в охранных целиках под пос. Тайгинка и железной дорогой. Запасы категории С1 на нижних горизонтах месторождения недоизучены.

Тайгинское месторождение образовалось в результате сложного метаморфизма осадочных и осадочно-вулканических пород, содержащих органическое вещество. В результате метаморфизма первичные породы превращены в парагнейсы или кристаллические сланцы с выделением в них графитного углерода. Графит данного месторождения имеет чешуйчатую явно кристаллическую структуру, аналогичную графиту известного Завальевского месторождения (Украина).

В 2001 году добыча графитовых руд производилась только в Челябинской области на Тайгинском месторождении и составила 352 тыс. тонн руды и 10,8 тыс. тонн графита.

ОАО «Уралграфит» выпускает 6 видов графита: тигельный, элементный, литейный, аккумуляторный, электроугольный и карандашный. Тайгинский графит потребляют более 450 предприятий России и стран СНГ.

В 1988-1993 гг. Южноуральским ГГП проведены поисковые работы на Аргазинской площади, включающей Ново-Тайгинское и Аргазинское проявления и охватывающей наиболее перспективные участки, рекомендованные ВНИИгеонерудом для первоочередного изучения.

На Ново-Тайгинском проявлении развиты руды с высоким содержанием графита (до 10% с преобладающими 3-4%), легкообогатимые с запасами категории С2 - 139,1 тыс. тонн и прогнозными ресурсами в количестве 74 тыс. тонн.

Отрицательными факторами, делающими отработку Ново-Тайгинского проявления нерентабельной, является разобщенность и маломощность отдельных рудных тел.

На Аргазинском проявлении выявлены и прослежены три сближенные рудные полосы. Прогнозные ресурсы наиболее перспективной Западной полосы по категории Р1 (подсчитаны по постоянным кондициям Тайгинского месторождения) составили 650 тыс. тонн графита при коэффициенте рудоносности 0,477 и коэффициенте вскрыши 1,1. По Центральной и Восточной полосам результаты составили 450 тыс. тонн при высоких коэффициентах вскрыши. Содержание графита от долей % до 5,58%, руды легко обогатимы, графит более мелкочешуйчатый, чем на Тайгинском месторождении. Изучение проявления приостановлено из-за расположения в зоне санитарной охраны Аргазинского проявления.

Многочисленные проявления графита известны с прошлого столетия в Кочкарском графитоносном районе (г. Пласт Челябинской области). Особого внимания заслуживает группа Чесменских проявлений графита, расположенных в зоне сочленения Магнитогорского прогиба и Восточно-Уральского поднятия. хромит руда графит

В 1985-1989 гг. Южноуральской ГРП проведены поисковые работы на графит на Чесменской площади на перспективных участках: Порт-Артурском, Толстинском и Потаповском. Технологическими испытаниями установлена возможность получения из руд флотацией графитовых концентратов, удовлетворяющих требованиям ГОСТов 5279-74, 5420-74 для сталелитейного производства и ГОСТ 7478-75 «Графит элементный». Прогнозные ресурсы графита по категории Р2 подсчитаны на Толстинском участке составляют 9,2 млн. тонн в том числе в северной части 4,2 млн. тонн, в южной - 4,9 млн. тонн, на Порт-Артурском - 4,2 млн. тонн, на Потаповском - 0,45 млн. тонн.

Месторождения указанных участков стратегически связаны с угленосной свитой нижнего карбона; графит этих месторождений скрытокристаллический (аморфный).

Большое промышленное значение имеет Боевское месторождение скрытокристаллического графита (Багарякский район Челябинской области), постоянными спутниками графита являются кварц, тальк, асбест и характерные псевдоморфозы кварца по асбесту. Содержание графита в руде - до 45%, а в отдельных случаях достигает 78%. Зола Боевского графитового сланца по составу приближается к каолину и имеет температуру плавления 1590-1680оС. Химический состав боевского графита (%): углерод - 30,5;, зола - 62,5; летучие - 7,0. Графит имеет внешний вид от землистого до металлического блестящего, цвет - темно-серый, плотность 1,9-2,3 г/см3.

В Верхне-Уфалейском - Шайтанском районе известны мелкие проявления контактово-метасоматического типа.

В Свердловской области разведано крупное Мурзинское месторождение чешуйчатого кристаллического графита, являющееся одной из важнейших сырьевых баз этого минерала в России. Месторождение находится в Пригородном районе Свердловской области в 60 км к северо-востоку от ж/д станции Невьянск или в 45 км к северо-востоку от ж/д станции Реж, в 2,5 км от села Мурзинка.

Мурзинское месторождение является единственным разведанным месторождением графита в Свердловской области. Графитовая руда месторождения представлена биотитовыми и полевошпатовыми гнейсами, обогащенными графитом в разной степени, минеральный состав которых включает кварц (56-65%), плагиоклаз, биотит (17%), полевой шпат (25%), графит, циркон, гранат, пирит и другие. Графит в руде встречается в виде отдельных пластинок или крупных скоплений пластинок размером 0,18 Ч 1,3 или 0,08 Ч 1,7 мм, сливающихся почти в сплошные массы. Подсчитанные и утвержденные ГКЗ СССР запасы графитовой руды составляют около 10,5 млн. тонн (15% от общего баланса РФ). Месторождение пока не эксплуатируется. Лицензия на недропользование выдана Уральскому научно- производственному предприятию (УралНИПП). Мощность вскрыши пород не превышает 3 м. Оценка качества сырья выполнена в соответствии с кондициями Главнеруда Министерства промышленности строительных материалов в 1953 г. Содержание углерода в руде составляет 5,8%. В результате технологического опробования получен концентрат с содержанием углерода 90,5% при извлечении углерода 92,3%. Концентрат обогащения по качественным характеристикам аналогичен Тайгинскому графиту; руда легко обогащается. При обогащении руды получен полевошпатовый концентрат, выход которого составил 20% от руды.

По состоянию на май 2004 года завершены работы по подготовке карьера к добыче графитовой руды. Полевошпатовый концентрат планируется производить как попутный продукт в количестве 50 тыс. тонн в год (первая очередь).

Для ввода в действие обогатительной фабрики и эксплуатации Мурзинского месторождения требуются инвестиции в сумме 540 млн. рублей. При проектной мощности предприятия 5400 тонн графитового концентрата в год рентабельность производства составит не менее 30%.

Таким образом:

1. Урал располагает мощной сырьевой базой кристаллического графита, главным образом чешуйчатого (Боевское, Кыштымское, Полтавское месторождения). Для ввода в действие обогатительной фабрики и эксплуатации Мурзинского месторождения требуются инвестиции в сумме 540 млн. руб.

2. Почти 50 % графита применяются в станкостроительной промышленности, 28 % в химической, электротехнической и черной металлургии. В небольших количествах он потребляется в нефтедобывающей, геологической, медицинской и легкой отраслях промышленности.

3. В огнеупорной промышленности графит применяют как один из видов углесодержащего сырья в изготовлении изделий, предназначенных для выплавки и отливки металлов (тигли, пробки, стаканы, стопорные трубки и др.).

4. Графит - отличный сухой смазочный материал, применяемый в тяжелом машиностроении. Идет в производство специальных пластмасс, стеклоуглерода, используется в других производствах.

Размещено на Allbest.ru