Площадь отвала Челябинского электрометаллургического комбината (ЧЭМК) составляет около 38 га при высоте откосов около 20 м и мощности тела отвала от 16,4 до 31 м. Вывалка шлаков и отходов производилась хаотически, без соблюдения системы складирования. За время существования отвала в него поступило (млн.т.): шлаков низкоуглеродистого феррохрома - 8,2; углеродистого и передельного феррохрома - 3,3; ферросилиция и ферросиликохрома - 1,0; ферровольфрама - 0,53; ферромолибдена - 0,5; а также шлаки ферросилиция, силикокальция, ферротитана и другие отходы производства [2]. В западной части отвала преобладает крупноглыбовый материал (шлаки низкоуглеродистого феррохрома), где и были отобраны образцы для исследований.
Макроскопически эти шлаки серого цвета, встречаются так же синего и индигово-синего. Обычно, на свежих сколах шлаков наблюдаются игольчатые пересекающиеся кристаллы, реже встречаются шлаки с мелкими изометричными зернами. Поверхность их покрыта мелкими ограненными кристаллами розового и зеленого цветов.
Все изученные шлаки производства феррохрома характеризуются наличием стекловатой матрицы в среднем составляющей около 40% и одинаковым минеральным составом с незначительными вариациями процентного содержания: оливина - 30%, шпинели - 15%, пироксена - 10%, монтичеллита - 4%, рудного минерала - 1%.
Преобладающим минералом в этих шлаках является оливин, который чаще всего представлен форстеритом Mg2SiO4, или реже смесью форстерита и фаялита с преобладанием магниевого минала (Mg,Fe)2SiO4. В шлифах шлаков по форме кристаллов выделяются два типа оливина: призматический и игольчатый. Призматические кристаллы оливина встречаются в виде характерных для этого минерала изометричных форм с хорошей огранкой с размерами зерен до 0,2 мм. Игольчатые разности представлены скелетными и дендритными кристаллами. Для них характерны игольчатые, перистые кристаллы длиной от 0,1 до 10-20 мм при ширине 0,01-0,01 мм. Реже встречаются футляровидные кристаллы. Показатели преломления оливина следующие: Ng = 1.670 (1.669); Np = 1.641 (1.636). Двупреломление Ng - Np = 0.029 (0.033) (в скобках приведены эталонные показатели форстерита [3]).
Типичным минералом в шлаках производства феррохрома является шпинель (Mg,Fe,)Al2O4, которая, как и форстерит, легко диагностируется с помощью оптического и рентгенофазового анализов. Шпинель образует мелкие розовые кристаллы октаэдрического габитуса. В шлифах шпинель окрашена в розовый цвет; встречается в виде скелетных кристаллов, имеет характерные изометричные формы: треугольники, прямоугольники, ромбы размерами от 0,05 до 0,2 мм. В скрещенных николях шпинель изотропна. Показатель преломления равен 1.720 (1.714) (в скобках приведен эталонный показатель [3]).
Наряду с главными минералами в шлаках производства феррохрома в незначительных количествах встречаются: монтичеллит, клиноэнстатит и рудный минерал. Монтичеллит CaMgSiO4 чаще всего образует тонкие размером от 0,01 до 0,02 мм иголочки белого цвета, которые располагаются под разными углами относительно друг друга, часто пересекаясь между собой, а также формируют радиально-лучистые агрегаты. Менее распространены дендритовидные кристаллы монтичеллита бурого цвета, также пересекающиеся между собой. Пироксен (клиноэнстатит) Mg2Si2O6 встречается редко. Он представлен бесцветными зернами с отчетливо проявленной спайностью в двух направлениях. В скрещенных николях он имеет цвета интерференции немного ниже, чем у форстерита и небольшие углы погасания от 10° до 18°. Помимо обычных кристаллов клиноэнстатит, так же как и форстерит, представлен скелетными кристаллами, и, в частности, наблюдаются интересные выделения со структурой песочных часов.
По данным силикатного анализа установлено, что главнейшими оксидами шлаков производства феррохрома являются SiO2, MgO, Al2O3 (таблица).
Данные силикатного анализа шлаков производства феррохрома ЧЭМК
|
Оксиды |
ЧЭМК-1 |
ЧЭМК-6 |
|
SiO2 |
41,44 |
41,60 |
|
TiO2 |
0,20 |
0,12 |
|
Al2O3 |
13,06 |
13,21 |
|
Fe2O3 |
0,15 |
<0,05 |
|
FeO |
0,69 |
0,37 |
|
MnO |
0,08 |
0,10 |
|
MgO |
29,90 |
27,40 |
|
CaO |
2,57 |
2,95 |
|
Na2O |
0,15 |
0,08 |
|
K2O |
0,24 |
0,16 |
|
H2O |
<0,10 |
<0,10 |
|
P2O5 |
0,11 |
0,14 |
|
Cr2O3 |
1,93 |
2,49 |
|
SO3 |
<0,10 |
0,19 |
|
H/О |
10,90 |
9,84 |
|
ппп |
0,26 |
0,30 |
|
сумма |
101,42 |
98,95 |
Примечание: Анализы выполнены в лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии ИМин УрО РАН. Аналитик Мельнова Ю. Ф. Дополнительные сведения: в сумму входят содержание оксида хрома, общая сера, нерастворимый осадок (Н/О). П.П.П. со знаком «+» в сумму не входит.
Металлургические шлаки, также как и горные породы, по величине кислотности - основности классифицируются на группы: ультраосновные, основные, средние и кислые. Для определения, к какой же из этих групп относятся изученные нами шлаки, полученные данные силикатного анализа были вынесены на классическую диаграмму «сумма щелочей - кремнезем» классификации вулканических пород [1]. На диаграмме видно, что наши шлаки попадают в группу ультраосновных пород в область нормальных пикритов.
Таким образом, на основании проведенных исследований мы заключаем, что металлургические шлаки производства феррохрома ЧЭМК характеризуются определенным набором (парагенезисом или ассоциацией) минералов: оливин (форстерит), изоморфная смесь форстерита с фаялитом, моноклинный пироксен - клиноэнстатит, монтичеллит, шпинель и рудный минерал. Структуры этих шлаков: стекловатые, шлаковые, шлаковидные со структурой основной массы микролитовой, кристаллитовой, вариолитовой, структуры спинифекс. Для частично раскристаллизованых шлаков характерны структуры, приближенные к полнокристаллическим, средне-крупно зернистые, порфировидные. Текстуры: брекчиевые и брекчиевидные, пористые, миндалекаменные. Следовательно, по минеральному и химическому составам, структурно-текстурным особенностям шлаки производства феррохрома являются техногенными аналогами природных вулканических образований, и ближе всего к нормальным пикритам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Классификация магматических (изверженных) пород и словарь терминов. Рекомендации Подкомиссии по систематике изверженных пород Международного союза геологическх наук: Пер. с англ. - М.: Недра, 1997. - 248 с.
- Макаров А. Б. Главнейшие типы техногенно-минеральных месторождений Урала. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. - 206 с.
- Флейшер М., Уилкокс Р., Матцко Дж. Микроскопическое определение прозрачных минералов. - Л.: Недра, 1987. - 647 с.