С.А.Алексеева¹, Е.Д.Рухленко¹, И.П.Кременецкая², В.В.Лащук², М.В.Слуковская²

1.Горный институт Кольского научного центра РАН

2.Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН

Серпентиниты (Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈) являются широко распространенным сырьем, большие запасы которых сосредоточены, в частности, в России на Кольском полуострове в составе вмещающих и вскрышных пород месторождений Салма-Ковдорского пояса: Хабозерского оливинитов и Ковдорского комплексных руд. Серпентиниты находят применение в различных отраслях промышленности, в том числе являются перспективным сырьем для получения соединений магния, железа, силикатных продуктов, материалов для реабилитации техногенно загрязненных территорий [1]. В настоящей работе рассмотрены особенности получения и применения серпентинитов месторождений Мурманской области.

Целевым продуктом Хабозерского месторождения является оливинит, предназначенный для производства огнеупоров.

Отличительной особенностью Хабозерского месторождения магний-силикатного сырья является возможность комплексной переработки с получением не только высококачественного оливинового концентрата, но и сунгулитового продукта, востребованного в природоохранных технологиях [2].

Сунгулит, представляющий собой одну из разновидностей серпентинов, для данного сырья является вредной примесью. Сунгулит - жильный агрегат волокнисто-изогнутых червеобразных выделений, заключенных в мелко- и тонкозернистую массу. Представляет собой полиминеральную смесь лизардита и сепиолита [3, 4]. Содержание в нем MgO, SiO₂ и Fe₂O₃ в среднем составляет соответственно около 38, 40 и 1.5%. Жирный на ощупь, содержит большое количество воды, потери массы при прокаливании более 16%.

Разработанная в Горном институте КНЦ РАН гравитационно-магнитная технология позволяет получить оливинитовый концентрат требуемого качества с попутным выделением серпентиновых продуктов [5]. Технология включает в себя тяжелосредную сепарацию, где при плотности разделения 3.1 г/см³ в тяжелую фракцию выводится оливиновый концентрат крупностью -50+5 мм с выходом около 64% и содержанием MgO 45% (потери при прокаливании m=0.16%). Последующая сепарация промпродукта при плотности разделяющей среды 2.4 г/см³ приводит к получению так называемого бурого сунгулита (выход - 9%, содержание MgO более 22%, m=6.8%) и белого сунгулита с выходом около 21% и содержанием MgO более 40% (m=17.8%). Фракция руды крупностью менее 5 мм (≈6%) перерабатывается по магнитной схеме. Из сунгулитового концентрата путем магнитной сепарации удается вывести мельчайшие частицы магнетита, и тем самым получить достаточно чистый сунгулитовый продукт.

Технологическая проба сунгулита использована в качестве сырья в лабораторных [6] и укрупненных испытаниях технологии получения магнезиально-силикатного реагента для очистки воды от тяжелых металлов (ТМ). Степень активации серпентина составила 82% при величине активности 19 мг-экв/г. Результаты очистки проб природно-антропогенной загрязненной воды из объектов, расположенных на территории Мончегорской техногенной пустоши (МТП), представлены в таблице. Расход реагента определен исходя из степени загрязнения и кислотно-основных характеристик воды. Объекты по данным признакам разделили на три группы. К первой группе отнесли реки Нюдуай, Кумужья и Травяная, оз. «Опытное», ко второй - оз. «Кобальтовое», к третьей - оз. «Почвенное». Реагент добавляли в количестве 0.5, 1 и 2 г/л, а для оз. «Почвенное» - 20 г/л.

Таблица Характеристики растворов, полученных в результате взаимодействия проб природно-антропогенной воды с магнезиально-силикатным реагентом на основе сунгулита

Примечание. Прочерк означает, что концентрацию не определяли

После взаимодействия с реагентом остаточные концентрации приоритетных экотоксикантов - никеля и меди - для объектов первой и второй группы изменяются в пределах 2-13 мкг/л при рН~8.7. Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности применения реагента на основе сунгулита для очистки воды от ТМ. Глубокая очистка воды из оз. «Почвенное» получена при расходе реагента 20 г/л и рН~9.4. С уменьшением расхода до 2 г/л остаточные концентрации увеличиваются до 30-70 мкг/л, значение рН снижается до рН~9.0, при этом степень очистки составляет 99%.

Проведены натурные испытания пробы сунгулита в качестве мелиоранта при создании травяного растительного покрова на участке МТП с токсичным торфяным грунтом. Экспериментальные площадки были заложены в 2011 г. К концу второго вегетационного сезона (2012 г.) растительный покров характеризовался 100%-м проективным покрытием, хорошими показателями плотности травостоя (35 тыс. растений/м²) и биомассы надземной части растений (500 г/м²); при этом их высота составляла в среднем 30 см, а мощность дернины - 7 см. К концу 2012 г. большая часть корневых систем находилась в слое сунгулита, однако наблюдалось и проникновение отдельных корней в торф техногенной пустоши на глубину до 1.5 см.

Формирование фитоценозов сопровождалось изменением химических свойств торфяного грунта, находящегося под слоем сунгулитового субстрата. Актуальная кислотность в течение первого вегетационного сезона уменьшилась и соответствовала рН=6.7 в сентябре 2011 г., что более чем на 2 единицы выше контрольных значений рН торфа без мелиоранта. Также за первый летний период наблюдалось снижение содержания доступных для растений форм никеля (в 4 раза), меди (в 5 раз) и серы (в 6 раз) в верхнем 5-см слое торфа под сунгулитом, что связано с уменьшением кислотности грунта и, как следствие, подвижности химических элементов. Благодаря внесению мелиоранта произошло также увеличение содержания доступных растениям форм таких важнейших макроэлементов, как кальций (в 7 раз) и магний (в 13 раз).

Таким образом, применение сунгулита в качестве мелиоративного слоя при проведении рекультивационных работ на участке техногенной пустоши способствовало оптимизации химических свойств грунта и развитию растительного покрова.

Поскольку в настоящее время Хабозерское месторождение оливинитов по ряду причин не разрабатывается, рассмотрена возможность получения сунгулитсодержащих продуктов из отходов добычи ОАО «Ковдорслюда». В их составе присутствуют оливин-пироксеновые и щелочные породы, по составу близкие ийолитам, вермикулит, а также обломки, сложенные бурым, сильно ожелезненным рыхлым материалом (иддингсит), часто в виде разнообразных сростков с сунгулитом и вермикулитом.

Содержание сунгулита ориентировочно составляет около 10-12%. В крупных классах сунгулит обычно встречается в виде прожилков (от 1-2 до 8-10 мм), примазок, пятен кремового или светло-желтого цвета на фоне бурых иддингситизированных пород. Редкие свободные зерна сунгулита появляются при крупности менее 5 мм, с уменьшением класса крупности доля раскрытого сунгулита медленно возрастает.

В целом для этого минерала характерно наличие разнообразных включений, сростков и агрегатов вплоть до крупности 0.3-0.2 мм.
Кроме сунгулита в составе отвалов находится более 10% вермикулита, являющегося целевым продуктом ОАО «Ковдорслюда». Вермикулит в пробе находится в виде двух морфологических разновидностей: пакеты и пластины разной толщины (от 0.3-2 мм до 1-2 см) и мелкочешуйчатые агрегаты. Крупнопластинчатый вермикулит иногда содержит тонкие примазки и пятна сунгулита, мелкочешуйчатый чаще всего образует агрегаты, содержащие сунгулит, нередко диопсид, иддингсит, оливин, титаномагнетит.

Анализ гранулометрического состава пробы, отобранной в районе отвалов, показал, что количество мелочи (класса -2.0+0 мм) в ней составляет более 50%, а доля крупнокускового продукта (от 50 до 10 мм) невелика и составляет всего 16%, что делает нерентабельным применение метода тяжелосредной сепарации, как в случае с хабозерскими оливинитами.

Особенности минерального и гранулометрического состава обусловили поиск других технологических решений при переработке этих отходов. Проведенные предварительные исследования показали эффективность использования гидравлических классификаторов на стадии мелкозернистого гравитационного обогащения с получением шламового и пескового продуктов. Затем пески гидроклассификатора отправлялись на магнитную сепарацию, в результате которой в магнитную фракцию перешли темноцветные минералы (фракция на 90% состоит из пироксенитов и иддингсита), а в немагнитной фракции аккумулировались зерна сунгулита и пластинки вермикулита, которые после вспучивания были удалены из сунгулитового продукта методом воздушной сепарации.

Шламовый продукт классификаторов может быть использован в качестве мелиоранта. Результаты камеральных исследований показали, что данный субстрат является благоприятным для формирования на нем травяной дернины.

В процессе обжига немагнитной фракции образуются два продукта - термоактивированный сунгулит и вспученный вермикулит. Вспученный вермикулит находит применение в виде гидропонного субстрата, в том числе в технологиях рекультивации нарушенных территорий, термоактивированный сунгулит может быть использован в качестве реагента для очистки воды от ТМ.

Таким образом, предложены способы получения серпентинсодержащих материалов из отходов добычи месторождений Кольского полуострова, а также показана высокая эффективность их использования в технологии ремедиации водных и почвенных объектов, загрязненных соединениями ТМ.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ, грантмол_а_12-04-31234.

ЛИТЕРАТУРА
1. Кременецкая И.П., Лащук В.В., Волочковская Е.Ю., Дрогобужская С.В., Морозова Т.А. Применение магнезиально-силикатного реагента для очистки от тяжелых металлов природно-антропогенных водных источников, расположенных в зоне воздействия ОАО "Кольская ГМК"
(площадка Мончегорск) // Цветные металлы, 2012. №7. С.35-40.
2. Пат. 2136608 РФ, МПК6 С02F 1/62, 1/28, 1/66. Способ очистки воды открытых водоемов от закисления и ионов тяжелых металлов / В.Н.Макаров, И.П.Кременецкая, Т.Н.Васильева, О.П.Корытная; Институт химии и технологии редких элементов и минер.сырья Кол. науч. центра РАН. - № 98106699/25; заявл.09.04.98; опубл. 10.09.99, Бюл. № 25.
3. Доразведка Хабозерского месторождения оливинитов как сырья для огнеупорной промышленности в Кировском районе Мурманской области: Отчет в 7 т. / МТГФ; Отв. исп. А.С.Огородников. Инв. № 1070. Л., 1957.
4. Годовиков А.А. Минералогия. М.: Недра, 1975. 520 с.
5. Пат. 2263546 РФ, МПК7 В03В 7/00, В03С 1/00. Способ обогащения магний-силикатного сырья / Пузырев В.А., Ракаев А.И., Алексеева С.А. и др.; Горный институт Кол. науч. центра РАН. - № 2003129848/03; заявл. 07.10.03; опубл. 10.11.05, Бюл. № 31.
6. Кременецкая И.П., Беляевский А.Т., Лащук В.В., Ракаев А.И., Морозова Т.А. Серпентиновые минералы отвальных продуктов обогащения безрудных оливинитов Хабозерского месторождения для получения щелочных реагентов // Труды VI Всероссийской (с международным участием) Ферсмановской научной сессии. Апатиты: Изд-во ООО K&M, 2009. С. 266-270.

Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренц-региона