Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

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

  1. 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.
  2. Макаров А. Б. Главнейшие типы техногенно-минеральных месторождений Урала. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. - 206 с.
  3. Флейшер М., Уилкокс Р., Матцко Дж. Микроскопическое определение прозрачных минералов. - Л.: Недра, 1987. - 647 с.