На Хабозерском месторождении оливинитов расположены большие запасы магнийсиликатного сырья на Кольском полуострове  

Ракаев А.И., д.т.н., зав. лаб. Горного института КНЦ РАН

Морозова Т. А., м.н.с. Горного института КНЦ РАН

Освоение нетрадиционных для Кольского полуострова месторождений полезных ископаемых открывает возможности для развития новых отраслей промышленности в частности производства форстеритовых огнеупоров для черной, цветной металлургии, строительных материалов. Потребность в магнезиальных огнеупорах, огнеупорной и химически стойкой керамике, строительных материалах на внутреннем рынке России достаточно велика. Сравнительно большие запасы магнийсиликатного сырья на Кольском полуострове расположены на Хабозерском месторождении оливинитов (пос. Африканда). Оно хорошо разведано и изучено, занимает выгодное экономико-географическое положение.

Хабозерское месторождение оливинитов приурочено к интрузии ультраосновных пород Лесная Варака. Площадь интрузии составляет около 9 кв.км. Сложена она оливинитами и пироксенитами. Оливиниты занимают центральную часть массива и окружены полосой пироксенитов, контактирующих с вмещающими породами. Среди оливинитов массива Лесная Варака находятся многочисленные и разнообразные жильные породы.

Среди оливинитов выделяют рудные, с вкрапленностью и полосчатыми обособлениями титаномагнетита, и безрудные крупнозернистые и пегматоидные оливиниты. Все разновидности оливинитов на отдельных участках подверглись вторичным изменениям, среди которых наиболее интенсивно проявляются процессы кольскитизации и иддингеитизации.

Безрудные крупнозернистые и пегматоидные оливиниты развиты, главным образом, в восточной и юго-восточной частях интрузии, на площади около 3 кв. км. Для них характерно незначительное содержание титаномагнетита, который образует мелкую вкрапленность, иногда скапливается в виде полос и линзочек. Он образует преимущественно выделения неправильной или округлой формы размером 0.1-0.3 мм, иногда включенные в оливин. При измельчении он достаточно хорошо раскрывается и легко выделяется при магнитной сепарации.

В большинстве своем эти породы представлены крупно - и грубозернистыми разностями с массивной текстурой. Окраска породы различных оттенков от серовато-зеленого, темно-зеленого до черного цветов.

Массив оливинитов пересечен густой сетью жильных образований, разбивающих его на глыбы неправильной формы. Мощность жил колеблется от долей миллиметра до 0.5-0.6 м, редко больше. Трещины заполнены сунгулитом (кольскитом), который развивается и по тончайшим трещинам в зернах оливина, обычно содержит пылевидный магнетит, что придает измененным оливинитам черную окраску.

Гнейсы обладают лейкократовым обликом и отчетливой гнейсовидностью. Сложены они в основном кварцем, плагиоклазом и биотитом. В небольших количествах встречается обыкновенная роговая обманка, микроклин в виде мелких зерен с отчетливой двойниковой решеткой и мелкие чешуйки мусковита. В качестве обычных акцессорных минералов присутствуют эпидот, апатит, сфен, ортит.

Рельеф местности и горно-технические условия благоприятны для ведения открытых работ.

По физическим свойствам оливиниты - горная порода крепостью 10-12 по шкале Протодьяконова с отдельными участками дезинтегрированных и метаморфизированных оливинитов с коэффициентом крепости 2-4 по той же шкале.

Общих требований к качеству магматических пород, используемых для производства форстеритовых огнеупоров нет. В каждом конкретном случае проводятся технические испытания, на основе которых разрабатываются технические условия. При оценке силикатов магния как огнеупорного сырья, необходимо учитывать, что самыми вредными примесями служат глинозем и оксид кальция, которые являясь плавнями, резко снижают огнеупорность материала. Оксиды железа также понижают огнеупорность, но способствуют спеканию форстеритовых огнеупоров. Обычно в силикатно-магнезиальном сырье, используемом для производства форстеритовых огнеупоров, содержание полуторных оксидов (Fe₂О₃ + AI₂O₃ + ТiO₂) - не более 19%, в том числе Fe₂О₃ (включая содержание FeO, пересчитанное на Fe₂О₃) - не более 2%; СаО - не более 1.5-2.0%, МgО - не менее 42%, потери при прокаливании (определение гидратной воды и углекислоты) - не более 2%.

Магнезиальный модуль - не ниже 1.10. Огнеупорность - не ниже 1620° С.

С 1993 г. детально разведанный участок Хабозерского месторождения разрабатывался открытым способом ОАО «ЖБИ». Оливинитовое сырье после дробления до крупности -70 мм и отсева фракции -10 (5) мм, непосредственно или после ручной рудоразборки, направлялось потребителю ОАО «Северсталь» для изготовления наливных и набивных футеровок промежуточных и сталеразливочных ковшей. При такой рудоподготовке поставляемое сырье не отличалось высоким качеством. Из-за достаточно высокого содержания в нем сунгулита потери массы при прокаливании составляли более 4%, поэтому потребитель вынужден был оливиниты подвергать предварительному обжигу при температуре более 1000°С и в дальнейшем от поставок такого сырья отказался.

Таким образом, для использования сырых хабозерских оливинитов в качестве сырья для производства форстеритовых огнеупоров из них необходимо удалить вредные примеси, прежде всего сунгулит.

Исследования по разработке схемы обогащения и наработке продуктов разделения проводились на пробе руды весом 3 т крупностью - 50 мм.

В состав пробы вошли крупнозернистые и пегматоидные безрудные оливиниты и иддингеит-сунгулитовые породы.

Установлено, что для оливинитов и сунгулита характерна высокая степень раскрытия даже крупнокускового материала. Во фракции исходной руды крупностью -50+5 мм степень раскрытия оливина составляет около 90-93%. Для сунгулита в крупных классах степень раскрытия составляет около 75-80%, максимальное раскрытие, соответствующее 93-95%, отмечается в классах менее 1.6 мм.

Оливин - типичный минерал ультраосновных пород - дунитов, оливинитов, перидотитов, пироксенитов. Плотность составляет 3.2-3.4 г/см³.

Оливин в безрудных оливинитах образует крупные (до 10-12 см) правильные кристаллы серого и темно-серого цвета. Микроскопически неизмененный оливин прозрачен, но часто содержит тончайшие скелетные закономерно ориентированные микровключения бурой слюды, реже магнетита, размером 10-20 микрон и менее.

Сунгулит (кольскит) относится к минералам группы серпентина - каолина. Серпентин - это обобщающее название для группы минералов слоистого строения (лизардита, антигорита, хризотила), состав которых можно выразить общей формулой A₃Si₂0s(OH)₄, где позицию А занимают чаще всего ионы Мg+2 и Fe+2. Светлоокрашенный сунгулит в виде сетки тонких прожилков и отдельных жил различной мощности часто включен в бурый агрегат иддингеита. Удельный вес сунгулита колеблется от 2.05 до 2.45 г/см³.

Иддингсит - продукт вторичного изменения оливина, в том числе и с реликтами неизмененного оливина.

В результате проведенных исследований предложена схема обогащения оливинсодержащей руды Хабозерского месторождения, позволяющая получать кондиционный крупнокусковой оливинитовый концентрат методом тяжелосредного обогащения в тяжелосредном барабанном сепараторе. В качестве утяжелителя использовался ферросилиций плотностью 6.8 г/см³.

Исследования и наработка продуктов обогащения проводились по схеме, представленной на рисунке 2. На рисунке приведена принципиальная схема цепи аппаратов разработанной технологии обогащения. По данной схеме возможна переработка различных руд, отличающихся повышенной контрастностью рудной фазы и вмещающих пород по плотности. В данной схеме при одностадиальной ТЖС-сепарации выбрана плотность разделения 2.9 г/см³. Кроме того, была определена оптимальная крупность продукта, поступающего на магнитную сепарацию, равная -1.6 мм.

Тяжелая фракция ТЖС-сепарации представляет собой оливинитовый концентрат, а легкая фракция после дробления и поверочного грохочения по классу 10 мм объединяется с рудным отсевом крупностью - 5 мм, доизмельчается до крупности -1.6 мм и направляется на обогащение магнитной сепарацией.

Разработанная технология комплексного обогащения руды позволяет получать:

- крупнокусковой оливинитовый концентрат с выходом 69.3% от руды, магнезиальным модулем (MgO/SiO₂) 1.16, содержанием Мg0 43.9%, потерей массы после прокаливания 0.05% и незначительным содержанием наиболее вредных примесей AI₂O₃ (0.16%) и СаО (0.86%).

Извлечение МgО составляет 74.5%;

- сунгулитовый концентрат с выходом 11.5%, содержанием МgО 37.32%, Fe₂O₃ 0.87%, п.п.п.15.79%;

- ИДДИНГСИТОВЫЙ продукт (представленный сильноизмененным оливином и разубоживающими биотит-полевошпатовыми гнейсами вскрышных пород) с выходом 19.2%, содержанием МgО 31.73 %, Fe₂0₃ 9.74%.

На разработанный способ обогащения получен патент РФ.

Детальное изучение свойств полученных концентратов проводилось в ИХТРЭМС КНЦ РАН.

Изучена возможность применения сунгулитового и иддингситового продуктов в качестве сорбентов металлов. Как показали результаты исследований, наибольшая степень извлечения металлов наблюдается для прокаленного сунгулитового концентрата.

Изучение пигментных характеристик показало, что сунгулит обладает рядом свойств (низкой маслоемкостью, малой растворимостью), которые можно использовать при получении оболочковых пигментов. Иддингситовыи продукт по своим характеристикам также подходит для нанесения оболочки с целью улучшения пигментных характеристик.

Минеральные наполнители в составе рецептур резиновых смесей являются наиболее дешёвыми, поэтому их получение из отходов горнообогатительных предприятий является вопросом актуальным, как с экономической, так и экологической точки зрения. Для изучения поведения такого наполнителя в составе резиновых смесей для производства автомобильных шин и его влияния на потребительские свойства резино-технических изделий были проведены испытания измельчённого сунгулита на ОАО «Ярославский завод РТИ». Сунгулит вводился в состав резиновой смеси на основе комбинации каучуков вместо мела. По результатам проведенных промышленных испытаний полученных продуктов получена положительная оценка их свойств.

Выводы:

Все концентраты являются легко реализуемыми товарными продуктами. Изучение состава и свойств позволило выявить области их применения. Оливинитовый концентрат является высококачественным сырьем для производства форстеритовых огнеупоров, химически стойкой керамики, компонентов обмазки сварочных электродов. Сунгулитовый и иддингситовый концентраты пригодны для использования в качестве пигментов и наполнителей для лакокрасочных, полимерных материалов, производства резинотехнических изделий, магниевых мелиорантов.<

Таким образом, для Хабозерского месторождения оливинитов разработана технология его комплексного обогащения, проверена на опытно-промышленной установке Горного института КНЦ РАН. Комитет по недропользованию Мурманской области выражает заинтересованность в предоставлении лицензии на его разработку.

Журнал "СЕВЕР промышленный" № 4 2007 г.