На Кольском полуострове расположено несколько крупных месторождений цирконийсодержащего, магнийсиликатного, алюмосиликатного и хромитового сырья для производства огнеупоров [23].

Цирконий относится к рассеянным элементами, в природе встречается довольно часто в виде песков (ZrSiO₄) совместно с другими минералами (TiO2). Месторождения баддеилеита (ZrО₂), имеющие промышленное значение, весьма редки. На Кольском полуострове бадделеит вырабатывается на Ковдорском ГОКе из комплексных апатито-форстерит-магнетитовых руд. Получаемый бадделеитовый концентрат, содержащий более 98% циркония и гафния, в основном, поставляется на экспорт.

Вместе с тем, ценное сочетание свойств диоксида циркония: несмачиваемость расплавленными металлами и шлаками, устойчивость в вакууме, высокая огнеупорность и теплопроводность при высоких температурах – обеспечивает привлекательную возможность применения его в различных областях техники в России. В ОТСМ на основе бадделеитового концентрата Ковдорского ГОКа разработаны баддеилеитовые, бакоровые огнеупоры, изделия, порошки и массы для использования в различных отраслях промышленности [23].

Кольский полуостров относится к магнезиальной провинции и слагающие его горные породы часто представлены оливинитом в качестве породообразующего минерала или составляющего вмещающие и вскрышные породы целого ряда рудных месторождений (Хабозерское, Сопчеозерское, Ковдорское, Падос-Тундра). Общие запасы Кольских оливинитов практически неограниченны, содержание оксида магния в них достигает 45% при его содержании в чистом ортосиликате магния (форстерите) – 57%. В оливинитах Кольского полуострова завышенное содержание железа (Fe₂O₃+ FeO – 10%) и щелочей (K₂O+Na₂O до 0.5% и CaO до 2%), но разработанными технологическими приемами эти недостатки легко ликвидируются.

При высоких технологических и эксплуатационных характеристиках форстеритовых огнеупоров на основе оливинитов: высокой шлако- и металлоустойчивости, высокой теплоемкости, сравнительно низком коэффициенте теплопроводности, низкой стоимости, они имеют существенный недостаток при любой степени чистоты: низкую устойчивость к температурным ударам (термостойкость), вызванную большим различием коэффициента термического расширения по кристаллографическим осям. Несмотря на то, что на разработанных в ОТСМ форстеритовых огнеупорах (рис. 10) в 1994-1995 гг. на ОАО «Северсталь» выплавлен 1 млн т стали, низкая термостойкость является главным сдерживающим фактором широкого внедрения форстеритовых огнеупоров в промышленное производство.

Рисунок 10 – Форстеритовые огнеупоры
 
  С целью ликвидации этого недостатка в секторе огнеупоров ОТСМ, исходя из представлений о теплопереносе в пористой керамике, как о неравновесном процессе, разработана модель термостойкости, на основе которой создана технология получения форстеритовых огнеупоров, имеющих высокий показатель термостойкости: более 30 теплосмен 1300°С-вода – вместо 1 теплосмены по ГОСТ 14832-96 (табл. 8) [24]. Этой разработкой ликвидировано главное препятствие широкого использования форстеритовых огнеупоров в промышленности.

Таблица 8 - Свойства термостойких форстеритсодержащих огнеупоров

* Si – отход производства ферросилиция

Разработанная модель придает системный характер получаемым результатам и позволяет целенаправленно переносить элементы технологии, полученные для форстеритовых огнеупоров, на другие керамические материалы, в частности, на алюмосиликатные, бадделеитовые и другие системы.
Кианитовые руды в мировой практике востребованы, как эффективное огнеупорное и керамическое сырье. Мировое потребление минералов группы силлиманита, имеющих одинаковый химический состав (Al2O3SiO2), но отличающихся структурой (кианит, андалузит, силлиманит), составляет порядка 450 тыс. т в год. В России месторождения Карело-Кольского региона составляют 99.4% запасов дистенсиллиманитового сырья, учитываемых Госбалансом РФ. В Кейвской группе месторождений (Новая Шуурурта, Тяпш-Манюк, Червурта и др. - Кольский полуостров) запасы кианитовых руд составляют 2.4 млрд т, прогнозные ресурсы – 10 млрд т. (табл. 9), что составляет более половины всех мировых запасов.

Таблица 9 - Разведанные запасы и прогнозные ресурсы руд, минералов группы силлиманита (Al2SiO5), глинозема и алюминия в России, тыс. т.

На основе этого высококачественного, маложелезистого кианитового сырья разработаны и опробованы в промышленных условиях наполнители суспензий для точного литья, плавленолитые огнеупоры, муллитокремнеземистые и муллитоциркониевые огнеупоры для литейного производства. Исходя из уже разработанных принципов, на его основе с добавками техногенных отходов, опробованых на магнийсиликатных системах, получены новые виды высокотермостойкой алюмосиликатной керамики. Исследовано влияние состава шихты и структурирующих добавок на формирование структуры и термостойкость муллитсодержащих огнеупоров из кианита. Установлены основные факторы повышения термостойкости муллитсодержащих огнеупоров [25, 26].

На Кольском полуострове довольно много проявлений хромовых руд (хромитов), из них наиболее изученным является Сопчеозерское месторождение, которое может стать надежной базой для ферросплавной и огнеупорной промышленности северо-западного региона России. Разработана схема обогащения хромовых руд, которая учитывает минералогические, петрографические и химические особенности сырья в различных частях месторождения, установлены показатели, влияющие на их качество и выбор технологических параметров переработки, пределы количественного изменения компонентов в шихте и их гранулометрический состав с целью получения изделий с высокими физико-техническими характеристиками.

Показана возможность комплексного использования его минеральных ресурсов при применении хромовых руд и концентратов в производстве хромитопереклазовых, периклазохромитовых, форстеритохромитовых огнеупоров, литейного песка и противопригарной краски [27]. По последним двум позициям проведены успешные промышленные испытания, было организовано малообъемное производство для удовлетворения потребностей литейного производства Оленегорского механического завода.

На основе убогой руды, в том числе и забалансовой, разработаны форстеритохромитовые огнеупоры с благоприятными теплофизическими свойствами: повышенным показателем теплопроводности, пониженными модулем упругости и коэффициентом термического расширения. В разработанных огнеупорах получена термостойкость до 6 теплосмен 1300°С-вода [28].

В начало