Основные химические и физические свойства магнезита и брусита

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

По применению Классификации запасов

Месторождений и прогнозных ресурсов

Твердых полезных ископаемых

Магнезит и брусит

Москва, 2007

Разработаны Федеральным государственным учреждением «Госу­дарственная комиссия по запасам полезных ископаемых» (ФГУ ГКЗ) по заказу Министерства природных ресурсов Российской Федерации и за счет средств федерального бюджета.

 

Утверждены распоряжением МПР России от 05.06.2007 г. № 37-р.

 

Методические рекомендации по применению Классификации запа­сов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных иско­паемых. Магнезит и брусит.

 

Предназначены для работников предприятий и организаций, осу­ществляющих свою деятельность в сфере недропользования, неза­висимо от их ведомственной принадлежности и форм собственно­сти. Применение настоящих Методических рекомендаций обеспе­чит получение геологоразведочной информации, полнота и каче­ство которой достаточны для принятия решений о проведении дальнейших разведочных работ или о вовлечении запасов разведан­ных месторождений в промышленное освоение, а также о проекти­ровании новых или реконструкции существующих предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых.

 

Магнезит и брусит

I. Общие сведения

1. Настоящие Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых (магнезита и брусита) (далее – Методические рекомендации) разработаны в соответствии с Положением о Министерстве природных ресурсов Российской Федерации, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 22 июля 2004 г. № 370 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2004, № 31, ст.3260; 2004, № 32, ст. 3347, 2005, № 52 (3ч.), ст. 5759; 2006, № 52 (3ч.), ст. 5597), Положением о Федеральном агентстве по недропользованию, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2004 г. № 293 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2004, N 26, ст. 2669; 2006, №25, ст.2723), Классификацией запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых, утвержденной приказом МПР России от 11 декабря 2006 г. № 278, и содержат рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых в отношении магнезита и брусита.

2. Методические рекомендации направлены на оказание практической помощи недропользователям и организациям, осуществляющим подготовку материалов по подсчету запасов полезных ископаемых и представляющих их на государственную экспертизу.

3.М а г н е з и т – минерал, природный карбонат магния, имеет теоретический состав 47,62 % MgO и 52,38 % СО₂. Обычно содержит изоморфные примеси Fe, Ca и Mn, при увеличении их количества переходит в другие карбонаты, характерен изоморфный ряд: магнезит MgCO₃ – брейнерит (Mg, Fe)СО₃ – сидерит FeCO₃. Цвет магнезита зависит от характера примесей и изменяется от белого до черного. Твердость 3,5–4,5, плотность 3,0 г/см³.

В промышленности под названием «магнезит» понимается также карбонатная горная порода кристаллического или аморфного строения, состоящая в основном из минерала магнезита с примесями гидромагнезита, доломита, кальцита, талька, хлорита, глинистого и углистого вещества, оксидов железа и других минералов.

Б р у с и т – природная кристаллическая гидроокись магния Mg(ОН)₂ содержит до 69 % MgO. В брусите магний иногда частично замещается железом – ферробрусит, марганцем – манганбрусит. Цвет брусита белый, зеленоватый или коричневатый, серый, желтый; манганбрусита – буро-красный; твердость 2,5–3, плотность 2,4 г/см³.

Брусит является породообразующим минералом одноименных пород а также бруситовых мраморов– пенкатитов и предаццитов. В бруситах в качестве примесей преобладает доломит, магнезит, серпентин, форстерит. В составе пенкатитов наряду с бруситом в подчиненном количестве присутствуют карбонаты – кальцит, доломит или магнезит; нередко наблюдаются зерна пирротина. Предацциты сложены преимущественно кальцитом, брусит содержится в подчиненном количестве. Встречается волокнистый асбестовый брусит – немалит, редко – бруситы с примесью цинка и никеля.

Основные диагностические признаки, химические и физические свойства магнезита и брусита приведены в табл. 1.

4. Магнезит в природном виде в народном хозяйстве практически не используется; имеются опыты по его применению для известкования и обогащения магнием кислых почв. Однако для этой цели обычно используют более дешевые доломит и известняк.

Таблица 1

Основные химические и физические свойства магнезита и брусита

Свойства	Магнезит	Брусит
Химическая формула	MgCO3	Mg(OН)2
Примеси	Fe, Mn, Ca	Mn, Fe, Ca
Разновидности	Брейнерит, сидерит	Немалит, ферробрусит, манган-брусит
Содержание компонентов, %	MgO – 47,6; CO2 – 52,4	MgO – 69,0; Н2О – 31
Сингония	Тригональная	Тригональная
Внешний облик	Кристаллические агрегаты, реже землистые и аморфные формы	Кристаллические, плотные, листоватые, чешуйчатые реже волокнистые агрегаты
Цвет	Белый, серый	Белый, серый, голубовато-зеленый
Блеск	Стеклянный, тусклый	Перламутровый, стеклянный
Плотность, г/см3	2,9 – 3,1	2,4
Твердость	4,0–4,5	2,5–3,0
Спайность	Совершенная	Весьма совершенная, слюдоподобная
Хрупкость	Хрупкий	Расщепляется на пластинки, волокна
Температура диссоциации, оС	580–680
Уд. магнитная восприимчивость	–0,38 ´10–3	Диамагнитен
Электропроводность, Ом..м	106–109	Н/св.
Диэлектрическая проницаемость	4,4 – 10,6	Пироэлектрический диэлектрик
Растворимость	Разлагается при нагревании в кислотах	Разлагается в кислотах
Люминесцентность	В УФ – голубой, в катодном – малиновый	В УФ – голубоватый, темно – малиновый

В промышленности магнезит применяется в основном после предварительного обжига. При обжиге до 750–1000 °С магнезит теряет 92–94 % СО₂ и превращается в оксид магния, представляющий собой белую аморфную порошковатую массу (каустический магнезит). При более высокой температуре обжига (до 1500–1700 °С) удаляется практически весь диоксид углерода, оксид магния претерпевает перестройку молекулярной структуры и образуется плотный спекшийся инертный продукт, называемый «намертво» обожженным магнезитом или огнеупорной магнезией.

Обжиг магнезита для получения «намертво» обожженного магнезита (спеченных порошков) производится в шахтных и вращающихся печах. Отходы от обжига представлены каустическим магнезитом, образующимся из осаждающихся в пылевых камерах и мультициклонах пылеватых частиц, выносимых газовым потоком из зоны каустизации печей (750–1000 °С). Каустический магнезит кроме аморфного оксида магния, в качестве примесей содержит как необожженный, так и обожженный при температуре выше 1000 °С магнезит, а также золу топлива.

При температуре до 2800 °С в электродуговых печах оксид магния плавится и образуется плавленый периклаз, обладающий кристаллическим строением, высокой твердостью и огнеупорностью, используемый для производства особо ответственных огнеупорных изделий.

Из брусита при аналогичной переработке получают более дешевый периклаз высокой чистоты.

5.Применение магнезита обусловлено сочетанием благоприятных физико-химических свойств получаемой на его основе продукции: высокой огнеупорности, шлакоустойчивости, вяжущих свойств, теплоемкости, способности сохранять постоянство объема при длительном воздействии высоких температур, прочности, износоустойчивости. Применяются, в основном, следующие продукты, получаемые при разной технологии производства: каустический магнезит с содержанием MgO 75–90 %, намертво обожженный (спеченные порошки с содержанием MgO 86–92 %) и электроплавленный периклаз (с содержанием MgO 95–97 %). Из этих продуктов производится широкий ряд материалов и изделий для разных отраслей промышленности.

Основной потребитель магнезита (свыше 80 %) – огнеупорная промышленность. Получаемые из магнезита после обжига или плавления спеченные металлургические порошки или плавленый периклаз используются для изготовления магнезитовых, хромо-магнезитовых, магнезито-хромитовых огнеупорных изделий, которые применяются для кладки мартеновских, электроплавильных и других высокотемпературных печей и для футеровки вращающихся цементных печей. Металлургический магнезитовый порошок используется также для наварки подин сталеплавильных печей и для их ремонта.

Содержащиеся в природном магнезите примеси в процессе обжига при высоких температурах соединяются с оксидом магния и образуют новые минералы. Особенно вредной примесью является оксид кальция. При его избытке в огнеупорах присутствует свободная известь, способная гидратировать с резким увеличением объема, что вызывает появление трещин и иногда полное разрушение изделий. Примесь кремнезема при малом количестве кальция приводит к образованию малостойкого при воздействии шлаков и температур свыше 1750 °С форстерита. При значительном содержании кальция и отношении CaO:SiO₂ менее 1,87 (в молях) в изделиях образуются недостаточно огнеупорные и стойкие минералы – монтичеллит и мервинит (CaO·MgO·SiO₂ и 3CaO·MgO·2SiO₂).

Примесь глинозема в количестве до 5–8 % способствует образованию шпинелевой связки, которая повышает термическую стойкость магнезитовых изделий при резких температурных перепадах без заметного снижения огнеупорных свойств. Наличие оксида железа также приводит к образованию связки, но при этом наблюдается значительное снижение огнеупорности. Глинозем и оксиды железа обычно присутствуют в огнеупорных изделиях на магнезитовой основе в незначительных количествах, в связи с чем их содержания не учитываются нормирующими показателями государственных стандартов и технических условий.

Второй по значению потребитель магнезита – производство вяжущих материалов, где используется каустический магнезит (с содержанием MgO не менее 75 %, СаО не более 4,5 %, SiO₂ не более 3,5 %, F₂O₃ + Al₂O₃ не более 3,5 % и п.п.п. не более 18 %). Каустический магнезит с концентрированным раствором хлористого или сернокислого магния образует магнезиальный цемент («цемент Сореля»), обладающий высокими вяжущими свойствами. Этот цемент применяется для производства различных строительных (фибролит, ксилолит и др.), термоизоляционных, звукоизоляционных материалов, искусственных жерновов и абразивных кругов. Из каустического магнезита получают металлический магний, фосфаты магния, производят жженую магнезию для получения резиновых изделий, а также сернокислый магний для получения химических и фармацевтических препаратов.

В электротехнической промышленности магнезит (в виде периклаза) используется при получении керамики, применяющейся для изготовления радиодеталей, в качестве наполнителя в труб­чатых электронагревателях, для получения запрессовочной массы в бытовых электронагревательных приборах и для других электротехнических целей.

Магнезит применяется также в качестве флюсующей добавки в производстве некоторых видов фарфора и фаянса, санитарной керамики.

В целлюлозно-бумажной промышленности магнезит применяется как слабощелочной реагент при варке целлюлозы, для обработки бумаги под прессами и как наполнитель пленочных покрытий бумаги.

В пищевой промышленности используется гидрат оксида магния Mg(OH)₂ при рафинировании сахара.

Кроме того, магнезит нашел применение в производстве пластмасс, абсорбентов, красок, стеклоизделий, удобрений и в других отраслях.

6. Брусит является довольно уникальным магнезиальным сырьем, благодаря своему составу и технологическим особенностям переработки. При обжиге он менее энергоемкий, чем магнезит, и, кроме того, при его разложении выделяется вода, не загрязняющая природную среду. Брусит используется как в сыром, так и в обожженном виде. В сыром виде его применение весьма эффективно в качестве слабощелочного реагента в производстве целлюлозы в связи с многократной оборачиваемостью и отсутствием сброса щелоков в водоемы. При обжиге диссоциация брусита происходит при меньшей температуре, чем магнезита, а обожженный продукт обладает очень высокими электротехническими свойствами, благодаря ничтожному количеству примесей и представляет собой электротехнический периклаз высшего качества. При электроплавке получается очень плотный агрегат с повышенной теплопроводностью и электроизоляционными свойствами. Каустическая магнезия, получаемая из брусита, обладает высокой химической активностью и пригодна для получения широкого ассортимента магнезиальных химических продуктов, используемых во многих отраслях промышленности.

По сравнению с отечественным применением, за рубежом брусит используется очень широко, в том числе, в производстве вискозы, пластмасс, гидрометаллургии урана, рафинировании сахара, виноделии, покрытии сварочных электродов, получении керамических изделий, термоизоляционных материалов, стеклоизделий, конструкционных материалов электронного, ядерного и ракетного оборудования, инфракрасной и ультрафиолетовой оптики, добавки в топливо, водо- и газоочистка, наполнителя бумаги, поделочного материала и др.

Специальные технические требования к качеству брусита отсутствуют, качество получаемых из него продуктов оценивается по государственным стандартам и техническим условиям на продукты, получаемые из магнезита или на продукцию других отраслей.

7. Единые требования к качеству магнезита, используемого в промышленности, отсутствует. Требования различных отраслей к данному сырью и получаемой продукции в зависимости от области применения регламентируется соответствующими государственными стандартами и техническими условиями, утвержденными в установленном порядке.

Для производства огнеупоров применяется магнезит, содержащий не менее 42 % оксида магния, не более 2,5 % оксида кальция и не более 2 % кремнезема. Магнезит с содержанием оксида магния не менее 38 % может использоваться для получения магнезиальных вяжущих, и некоторых других назначений.

Для получения плавленого периклаза и огнеупоров на периклазовой основе могут использоваться высококачественные магнезиты (с содержанием MgO не менее 45,5 %) и бруситы с содержанием не менее 62 % оксида магния, не более 3 % оксида кальция и не более 3 % кремнезема. Для получения электротехнического периклаза и в целлюлозно-бумажном производстве в настоящее время используются магнезиты с содержанием MgO не менее 46 % и бруситы с содержанием оксида магния не менее 65 %, оксида кальция не более 1,0 %, кремнезема не более 8,0 % и оксида железа не более 0,2 %.

В настоящее время при совершенствовании металлургических процессов идет ужесточение требований к качеству сырья, и в частности, к содержанию примесей в товарной магнезии. Так, высококачественная огнеупорная магнезия должна содержать не менее 98 % MgO (после обжига), а для ответственных видов – более 99 %. При этом, не нормировавшиеся ранее примеси оксидов железа теперь играют важную роль в оценке сырья и товарных продуктов. Все типы товарной магнезии разграничиваются именно по содержанию MgО и Fe₂O₃, хотя требование о низком содержании Fe₂O₃ имеет ограниченное значение, а при производстве некоторых огнеупорных изделий, наоборот, вводятся оксиды железа, как минерализаторы, поэтому существуют товарные сорта с высоким содержанием железа

8. По условиям образования месторождения магнезита относятся к двум формационным типам – терригенно-карбонатному и ультрамафитовому.

Терригенно-карбонатный формационный тип связан с континентальными и морскими отложениями и подразделяется на гипергенный осадочный континентальный генетический тип и гипергенный осадочный морской генетический тип.

Главным источником получения магнезита являются месторождения осадочного морского типа, связанные с терригенно-карбонатными (доломитовыми) комплексами, относящимися к широкому возрастному интервалу – от докембрия до мезозоя. Они располагаются в миогеосинклинальных зонах, обрамляющих кратоны.

Отечественные месторождения подразделяются на рифейские (Саткинские на Урале, Киргитейское, Верхотуровское, Тальское и другие в Красноярском крае, Сафонихинское на Дальном Востоке) и раннепротерозойские (Савинское и Онотское в Иркутской области). Месторождения представлены обычно очень крупными (протяженность до километра и более, мощность десятки и сотни метров) пласто- и линзообразными залежами качественных кристаллических магнезитов. Для раннепротерозойских месторождений характерна высокая степень метаморфизма и, как следствие, наличие в магнезитах силикатов (тальк, энстатит, форстерит, брусит и др.).

Континентальные осадочные магнезитовые месторождения приурочены к русловым или озерным фациям, развитым в депрессиях или в бессточных впадинах, находящихся или непосредственно на ультрамафитовых массивах, подверженных выветриванию, или в непосредственной близости от них. Подобные кайнозойские месторождения известны в Турции, Греции, Сербии. В Австралии открыто очень крупное месторождение подобного типа с запасами в сотни миллионов тонн.

Ультрамафитовый формационный тип подразделяется на гипогенный и гипергенный генетические типы. Первый представлен тальк-магнезитовым камнем, слагающим очень крупные месторождения. Однако, качество руд не высокое, из-за повышенного содержания вредных примесей, особенно железо, и поэтому не находят применение для производства ответственных изделий. Месторождения имеются на Урале (Сыростанское, Шабровское, Веселянское). Гипергенные месторождения связаны с корами выветривания ультраосновных пород и представлены жильными, штокообразными, гездообразными телами пелитоморфного магнезита довольно сложной конфигурации, непостоянством качественного состава, что предопределяет сложности их эксплуатации. В России известно Халиловское месторождение в Оренбургской области.

Месторождения мономинеральных бруситов в мире очень редки (единицы), одно из них – Кульдурское – находится в России на Дальнем Востоке. Месторождения являются гидротермально-метасоматическими, имеют прямую генетическую связь с магнезитами и образовались по иим в зонах контактового метаморфизма под воздействием гипабиссальных и субвулканических интрузий. Протяженность рудных тел в контактных ореолах измеряется сотнями метров и мощностью – десятки метров. Качество сырья, обычно, очень высокое.

В России разрабатываются месторождения кристаллических магнезитов осадочно-метаморфического типа (в Челябинской области и Красноярском крае), Халиловское месторождение пелитоморфных магнезитов в Оренбургской области (кора выветривания ультраосновных пород) – только для получения каустического магнезита и Кульдурское месторождение брусита в Еврейской АО (гидротермально-метасоматического типа).