УДК 549:54.055
DOI: 10.18503/1995-2732-2021-19-4-36-44
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Уральский регион уже более 300 лет является металлургическим центром России, и за столь продолжительный временной период здесь накопилось большое количество техногенных отходов (шлаков). Изучение вещественного состава шлаков является актуальной задачей, так как прежде чем их утилизировать, надо оценить их минеральный состав. Многие шлаки представляют собой потенциальную руду, которую можно дополнительно переработать, некоторые из них являются техногенными огнеупорами и т.д. Цель работы. Изучение вещественного (минерального) состава шлаков Староуткинского металлургического завода, полученных при производстве ферроманганофосфора. Используемые методы. Химический состав породообразующих и рудных минералов установлен с помощью сканирующего электронного микроскопа JSM-6390LV фирмы Jeol с энергодисперсионной приставкой INCA Energy 450 X-Max 80 фирмы Oxford Instruments (ИГГ УрО РАН, г. Екатеринбург). Для анализа использовались полированные петрографические шлифы, вырезанные из кусочков шлака. Новизна. Изучение вещественного состава шлаков проводилось с точки зрения классической минералогии и с использованием современной обязательной номенклатуры Международной минералогической ассоциации. Результат. Впервые изучена минералогия шлаков ферроманганофосфорного производства Староуткинского металлургического завода. Установлено, что они сложены глаукохроит-ларнитовым агрегатом со значительным содержанием акерманита, стекла и постоянным присутствием ранкинита, алабандина и фосфида димарганца (Mn2P). Данные шлаки являются отходами ферроманганофосфорного производства, а температура их образования оценивается в узких пределах – 1420–1410ºС. Практическая значимость. Изученные нами шлаки можно пускать в дополнительную переработку. При детальной сепарации весь шлак можно полностью переработать. Выделенные глаукохроит, алабандин и фосфид димарганца являются дополнительным источником получения марганца, а остальные минералы (акерманит, ларнит и ранкинит) и стекло могут быть использованы как вяжущие вещества в цементном производстве.
Ключевые слова
Акерманит, глаукохроит, ларнит, алабандин, минералогия, шлаки, Староуткинский металлургический завод.
Для цитирования
Вещественный состав шлаков производства ферроманганофосфора из Староуткинского завода / Ерохин Ю.В., Пономарев В.С., Захаров А.В., Леонова Л.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2021. Т.19. №4. С. 36–44. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2021-19-4-36-44
1. Запарий В.В. Уткинский (Староуткинский) чугуноплавильный и железоделательный завод // Бажовская энциклопедия. Екатеринбург: Сократ, 2007. С. 439–443.
2. Металлургические заводы Урала XVII–XX вв. Энциклопедия / под ред. В.В. Алексеева. Екатеринбург: Академкнига, 2001. 536 с.
3. Kimata M. Synthetic Mn-Kilchoanite – a new development in polymorphism of melilite // Mineralogical Magazine. 1986. V. 50. Is. 3. P. 511–515.
4. Kusaka K., Ohmasa M., Hagiya K., Iishi K., Haga N. On variety of the Ca coordination in the incommensurate structure of synthetic iron-bearing åkermanite, Ca2(Mg0.55,Fe0.45)Si2O7 // Mineralogical Journal. 1998. V. 20. № 2. P. 47–58.
5. Магнезиальные скарны мервинитовой фации из ксенолитов в дунитах Довыренского расслоенного массива / Перцев Н.Н., Конников Э.Г., Кислов Е.В., Орсоев Д.А., Некрасов А.Н. // Петрология. 2003. Т. 11. № 5. С. 512–523.
6. Иванова М.А. Ca-, Al-включения в углистых хондритах – самые древние образования Солнечной системы // Геохимия. 2016. № 5. С. 409–426. doi:10.7868/S0016752516050034
7. Уникальные клинкеры и паралавы нового Нилгинского пирометаморфического комплекса в Центральной Монголии: минералого-геохимические особенности, условия формирования / Перетяжко И.С., Савина Е.А., Хромова Е.А., Карманов Н.С., Иванов А.В. // Петрология. 2018. Т. 26. № 2. С. 178–210. doi:10.7868/S086959031802005X
8. Ерохин Ю.В., Захаров А.В., Леонова Л.В. Изучение вещественного состава шлаков производства ванадиевого чугуна Алапаевского металлургического завода // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2020. Т. 18. № 2. С. 13–21. doi: 10.18503/1995-2732-2020-18-2-13-21
9. Минералогия доменных шлаков / Горбатова Е.А., Харченко С.А., Ожогина Е.Г., Якушина О.А. // Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН. 2017. № 4. С. 24–28. doi:10.19110/2221-1381-2017-4-24-28
10. Kato A. Glaucochroite-tephroite intergrowth from the Kanoiri mine, Kanuma City, Tochigi Prefecture, Japan // Bulletin National Science Museum. 1991. V. 17. Is. 4. P. 119–128.
11. Перцев Н.Н., Лапутина И.П. Глаукохроит в скарнах на Анаките, Нижняя Тунгуска // Доклады АН СССР. 1974. Т. 216. № 6. С. 1379–1382.
12. Leavens P.B., Dunn P.J., Burt D.M. Glaucochroite (olivine, CaMnSiO4) from Franklin, New Jersy: its composition, occurrence, and formation // American Mineralogist. 1987. V. 72. P. 423–428.
13. Höbler H.-J., Zahn A. Crystallographic investigations of glaucochroite in an Fe-Mn slag // Crystal Research and Technology. 1988. V. 23. Is. 1. P. 107–109.
14. Baumgartner S.J., Groot D.R. The recovery of manganese products from ferromanganese slag // The Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2014. V. 114. P. 331–340.
15. Mason B. Larnite, scawtite, and hydrogrossular from Tokatoka, New Zealand // American Mineralogist. 1957. V. 42. P. 379–392.
16. Sokol E.V., Kokh S.N., Vapnik Y., Thiery V., Korzhova S.A. Natural analogs of belite sulfoaluminate cement clinkers from Negev Desert, Israel // American Mineralogist. 2014. V. 99. № 7. P. 1471–1487.
17. Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1979. 476 с.
18. Ерохин Ю.В., Захаров А.В., Леонова Л.В. Шлаки производства хромистого чугуна Алапаевского завода (состав и геоэкология) // Известия вузов. Горный журнал. 2020. № 5. С. 90–99.
19. Martinez-Frias J., Benito R., Wilson G., Delgado A., Boyd T., Marti K. Analysis and chemical composition of larnite-rich ultrarefractory materials // Journal of Materials Processing Technology. 2004. V. 147. P. 204–210.
20. Первая находка ранкинита в СССР / Королюк В.Н., Лаврентьев Ю.Г., Пальчик Н.А., Ревердатто В.В. // Записки ВМО. 1974. Ч. 103. Вып. 1. С. 136–139.
21. Пирометаморфические породы спуррит-мервинито-вой фации как индикаторы зон разгрузки залежей углеводородов (на примере формации Хатрурим, Израиль) / Сокол Э.В., Новиков И.С., Затеева С.Н., Шарыгин В.В., Вапник Е. // Доклады АН. 2008. Т. 420. № 1. С. 104–110.
22. Kurdowski W., Szuba J. Hydration of wollastonite and rankinite in hydrothermal conditions // Cemento. 1987. V. 84. № 2. P. 107–116.
23. Kasina M., Kowalski P.R., Michalik M. Mineral carbonation of metallurgical slags // Mineralogia. 2015. V. 45. № 1–2. P. 27–45. doi:10.1515/mipo-2015-0002
24. Olivo G.R., Gibbs K. Paragenisis and mineral chemistry of alabandite (MnS) from the Ag-rich Santo Toribo epithermal deposit, Northern Peru // Mineralogical Magazine. 2003. V. 67. P. 95–102.
25. Skinner B.J., Luce F.D. Solid solution of the type (Ca,Mg,Mn,Fe)S and their use as geothermometers for the enstatite chondrites // American Mineralogist. 1971. V. 56. P. 1269–1296.
26. Piatak N.M., Seal II R.R. Mineralogy and environmental geochemistry of historical iron slag, Hopewell Furnace National Historic Site, Pennsylvania, USA // Applied Geochemistry. 2012. V. 27. P. 623–643.
27. Buseck P.R. Phosphide from meteorites: barringerite, a new iron-nickel mineral // Science. 1969. V. 165. P. 169–171.
28. Britvin S.N., Rudashevskii N.S., Krivovichev S.V., Burns P.C., Polekhovsky Y.S. Allabogdanite, (Fe,Ni)2P, a new mineral from the Onello meteorite: the occurrence and crystal structure // American Mineralogist. 2002. V. 87. P. 1245–1249.
29. Mendybaev R.A., Richter F.M., Davis A.M. Reevaluation of the akermanite-gehlenite binary system // XXXVII Lunar and Planetary Science Conf. Abstr. № 2268. Woodlands (TX), 2006.
30. Mao H., Hillert M., Selleby M., Sundman B. Thermodynamic assessment of the CaO-Al2O3-SiO2 system // Journal of the American Ceramic Society. 2006. V. 89. № 1. P. 298–308.