Что такое апатит и нефелин. Удобрения из Хибинского апатита. Рудник Кукисвумчорра
Что такое апатит и нефелин? Еще недавно не всякий молодой минералог знал, что это такое, и не в каждой коллекции можно было найти эти два минерала.
Апатит в основном — соединение фосфорной кислоты и кальция. Внешний вид этого минерала так разнообразен и странен, что старые минералоги назвали его апатитом, что значит по-гречески. «обманщик». То это прозрачные кристаллики, до мелочей напоминающие берилл или даже кварц, то это плотные массы, не отличимые от простого известняка, то это радиально-лучистые шары, то порода, зернистая и блестящая, как крупнозернистый мрамор.
Не лучше обстоит дело и с нефелином. Его имя связано с греческим словом nephele — туча, туман, ибо невзрачен, мутен и сер этот камень, и нелегко его в поле отличить от простого серого кварца.
Кто слышал лет тридцать тому назад об этих двух камнях? А теперь мы часто встречаем их на столбцах газет; слово «апатит» сделалось почти нарицательным—как полярное золото.
Все химические заводы ждут апатита, а поля, безграничные поля хлебов, льна, свеклы, хлопка не могут без него обойтись.
Скоро в каждом кусочке хлеба будет много миллиардов атомов фосфора из нашего хибинского апатита, а алюминиевая ложка. будет из хибинского нефелина.
Вот мы сказали и второе слово: «хибинский», Хибины,— и с ним тесно связана судьба советского апатита и нефелина,
Когда в начале этой книги я говорил о том, как начала наша ленинградская молодежь работать за Полярным кругом в Хибинском массиве, я рассказывал, как в глуши болот, тайги и тундры мы нашли первые редкие камни, а среди них и зеленый апатит. Но теперь все изменилось, и за несколько лет вырос целый новый мир — мир первой заполярной промышленной стройки.
От станции Апатиты, новой узловой станции Кировской магистрали, мы едем на великолепном электровозе прямо в город, вдоль пенящейся реки Белой, которую мы раньше с таким трудом переходили, через леса, прямо к озеру Вудъявр, к городу Кировску, -к чудесам техники и хозяйства.
Мы не успели оглядеться, как пересели на легковой автомобиль и по великолепной дороге едем дальше к рудникам горы Кукисвумчорр, где добывают апатит и нефелин. Влево остается большой Уртитовый отрог, огромная гора, на три четверти состоящая из почти чистого нефелина. Далее блестят склоны Юкспора.
На двадцать пятом километре, миновав новый рудничный городок, почту, аптеку, гараж, столовую, мы начинаем забирать все круче и круче вверх. По дороге мчатся грузовики, внизу свистят паровозы, кое-где раздаются выстрелы отпалок.
Мы взлетаем к самому апатитовому поясу, и через три минуты мы в самом замечательном забое мира: зеленый искристый апатит с серым нефелином образует сплошную стену высотой в сто метров.
На двадцать пять километров протягивается этот замечательный пояс Хибинских тундр, огибая их кольцом. Глубокие буровые показали, что апатитовая руда уходит в глубину даже ниже поверхности океана, не имея себе равных нигде в мире. В вагонетках отвозят искристую руду к двум бремсбергам, где на стальных тросах ее спускают [вниз в долину реки Саамской (Лопарской), чтобы там погрузить в вагоны.
Одни вагоны идут прямо на заводы СССР, много руды грузят на пароходы в Мурманске, и они идут в разные страны.
Но большинство поездов идет недалеко, — всего лишь в Кировск, на фабрику, на самую большую в мире обогатительную фабрику, которая в год из породы дает много тонн чистейшего апатита.
После размола в больших чанах наверх всплывают с пеной зеленые апатиты, а на дне остается серый осадочек нефелина. Чистый апатит, «концентрат», сушится и идет дальше. Из него в огромных электропечах будут получать чистый фосфор и фосфорную кислоту, но пока он идет на фосфатные заводы в Винницу и Одессу, Пермь и Константиновку, где из него готовят первоклассное удобрение для полей.
Дайте миллионы тонн этого порошка, приготовленного из -апатита, нашим полям и лугам, рассыпьте его по посевам сахарной свеклы и хлопка, — и удвоятся урожаи, увеличатся размеры свеклы, разрастутся белоснежные коробочки хлопка и нальется зерно! Апатит — камень плодородия, камень жизни, •богатства колхозов, камень будущего нашей страны.
Но займемся немного арифметикой: это бывает очень полезно. Сколько фосфора из хибинского апатита будет съедать в день каждый гражданин СССР?
Для правильного удобрения полей хлебных злаков на территории нашего Союза надо каждый год в них вносить около восьми миллионов тонн фосфорных удобрений, в которых содержится фосфора около 8 процентов, а в само зерно попадает всего лишь 10 процентов от этих 8 процентов.
Давайте подсчитаем, и окажется, что каждый гражданин СССР с каждым килограммом хлеба будет поглощать фосфор из пяти граммов хибинского апатита (так как немного фосфора будет идти и из других фосфорных месторождений Союза), и он с каждым куском хлеба, взятым в рот, проглотит около 50 ООО ООО ООО ООО ООО ООО атомов фосфора, пришедшего далеким и сложным путем из полярного рудника Кукисвумчорра.
Правда, пока мы еще не вносим так много удобрений из апатита: у нас недостает фабрик и суперфосфатных заводов для его переработки, но все же примем самую низкую возможную цифру, — заменим цифру пятьдесят единицей, и то каждый из нас будет глотать с каждым кусочком хлеба много-много миллионов атомов хибинского фосфора!
Да, каждый кусочек хлеба, волокно льняной материи, хлопчатобумажная рубашка я даже сахар содержат частицы апатита!
Но мы бросим его не только на поля. Мы растворим его в прудах, чтобы усилить рост рыбы, мы превратим его в ценнейшее лекарство для слабых людей, усталых от работы. Мы покроем нержавеющим составом стальные крылья самолетов.
Мы будем улучшать бронзу и чугун при их выплавке, словом— используем апатит в десятках производств, гордясь им, как своим, советским, камнем.
Но, чтобы найти ему эти применения, мы должны были очистить его от нефелина и получить чистейший концентрат.
Ну, а его спутник, нефелин, этот вредитель апатитовой руды, — что с ним будет? Наши геохимики и технологи уже разобрались в свойствах этого камня. Оказалось, и нефелин получит применение в самых разнообразных отраслях промышленности, начиная с кожевенной, где он дает неплохой дубитель, керамической, где заменяет дорогой полевой шпат, текстильной, где делает ткани водоупорными, и кончая самым главным и важным применением — получением из него металлического алюминия.
История апатита и нефелина творится людьми.
Никому не известные, нигде не используемые, два камня сделались крупнейшими полезными ископаемыми СССР. Геохимики, технологи, минералоги и хозяйственники превратили их в величайшее богатство советской промышленности и культуры.
Источник
Что такое апатитовые удобрения
Апатитовый и нефелиновый концентраты получаются при переработке апатит-нефелиновых руд. По своему назначению это совершенно разные вещества. Апатитовый концентрат находит преимущественное потребление в производстве фосфоросодержащих удобрений, нефелиновый – в производстве глинозема с попутным выходом кальцинированной соды, поташа и нефелинового шлама…
Свойства и основные направления использования апатитового концентрата
Апатит – безводный фосфат кальция, составляет 95% от всех известных минералов фосфора. Господствующей разновидностью апатита в большинстве горных пород являются фтор-апатит и фтор-гидроксилапатит.
Подавляющая масса фосфатного сырья (более 95%) используется для получения фосфатных и комбинированных минеральных удобрений, поэтому конъюнктура рынка апатитового концентрата напрямую зависит от производителей удобрений.
Остальное количество фосфатного сырья идет на производство фосфора и фосфорной кислоты (а из богатых фтором апатитовых руд получают также кремнисто-фтористо-водородную кислоту) — исходных веществ для получения разнообразных химических соединений, используемых в металлургии, пиротехнике, органическом синтезе, производстве минеральных подкормок для скота и птицы, моющих и огнестойких веществ, спичек, лекарственных препаратов, инсектицидов, флотореагентов, матовых стекол и др.
Название свое апатит получил от греческого apate — обман, так как его часто принимали за другие минералы. Он представляет собой минерал класса фосфатов общей формулы Са5[РО4]3Х2, где Х — обычно F (фторапатит), иногда Сl (хлорапатит). Атомы F в той или иной степени могут замещаться на (ОН) — , СО3, 2- и О 2- (соотв. гидроксил-, карбонат- и оксиапатиты). В кристаллич. решетку А. вместо Са 2+ могут внедряться Sr 2+ , Мn 2+ , ионы РЗЭ (гл. обр. цериевой подгруппы), что также обусловливает многообразие разновидностей А. В А., содержащемся в фосфоритах, СО2 изоморфно замещает РО4 2- с образованием фторкарбонатапатита, имеющего пониженное содержание Р2О5.
Апатит образует кристаллы гексаген, сингонии, шестигранные, удлиненно-призматические до игольчатых, редко — аблитчатые с несовершенной спайностью, а также агрегаты (зернистые, иногда почковидные, землистые и др.). Имеет, как правило, бледно-зеленоватый, голубой, желто-зеленый или розовый цвет со стеклянным блеском, на поверхности излома — с Кетоформа термодинамически более выгодна, чем гидроксиформа.
Содержание формы II в среде изооктана и бензола не превышает 0,2% (20°С), хлороформа-12%, ацетона — 20% (40°С). Сильные основания, напр. триэтиламин, являясь переносчиками протона, повышают содержание II.
По группе СН2 апатит конденсируется с альдегидами и кетонами с образованием производных бензантрона, с бензофеноном — антрафуксона (III). При нагревании с акрилонитрилом в присутствии щелочных агентов превращается в 10-цианэтилен-9-антрон, с формальдегидом в 10-метилен-9-антрон. При нитрозировании эфирами азотистой кислоты в присутствии C2H5ONa образуется оксим антрахинона. Апатит восстанавливается до антрацена при нагревании в толуоле с водным раствором NaOH и цинковой пылью в течение 12 ч. жирным. Характеризуется высоким показателем лучепреломления (1,640), низким показателем двойного лучепреломления (0,003-0,004), твердостью по минералогической шкале 5, плотностью 2,95-3,8 г/см 3 . Температура плавления фторапатита 1660° С, хлорапатита 1530°С.
Апатит — распространенный минерал. Генетически связан с различными магматогенными, метаморфическими и осадочными комплексами. Крупнейшие в мире Хибинские месторождения характеризуются значительной протяженностью в несколько километров и большой мощностью – порядка 100-200 метров. Минеральные образования комплексные: кроме апатита (30-70%) и нефелина (30-50%) включают сфен (1-2%), титаномагнетит, эгирин. Руды хорошо обогащаются флотацией: из руд, содержащих 15-18% Р2О5, получают апатитовый концентрат с 39,4% Р2О5 и повышенным содержанием Sr и РЗЭ.
Карбонатитовые месторождения, как правило, содержат комплексные апатит-магнетитовые, апатит-редкометалльные и другие руды, из которых апатитовый концентрат извлекают попутно (обычно флотацией). В России к этому типу относится Ковдорское месторождение. Развитые на нем апатит-магнетитовые руды содержат в среднем 6-7% Р2О5; после выделения магнетита доля апатита возрастает и флотационным обогащением получают апатитовый концентрат., содержащий 36% Р2О5 и сравнительно большое кол-во Mg, что ограничивает его использование. В больших количествах минералы группы апатита встречаются в осадочных фосфоритных породах.
Месторождения апатита (гл. обр. карбонатитовые) известны и эксплуатируются также в Бразилии (запасы 2,0 млрд. т), ЮАР (1,0 млрд. т) и Финляндии (1,5 млрд. т). Мировые запасы апатитовых руд 23,3 млрд. т.
Сама технологическая схема получения апатитового концентрата включает в себя следующие основные операции: дробление исходной руды, поступающей на обогатительную фабрику, последующее измельчение, затем флотационное выделение апатита по классической технологии с содержанием P2O5 не ниже 39,0 %. Полученный в результате апатитовый концентрат для отправки потребителям подвергается обезвоживанию в три стадии.
Первый этап обезвоживания связан со сгущением флотационного апатитового концентрата в сгустителях и гидроциклонах, второй этап включает фильтрацию сгущенного продукта с выделением фильтрата и кека и заключительным этапом обезвоживания является сушка апатитового концентрата.
Основная часть апатита применяется в промышленности фосфорных удобрений и фосфорных солей, небольшая часть – в черной и цветной металлургии, в производстве керамики и стекла.
Свойства и основные направления использования нефелинового концентрата
Как уже было упомянуто, нефелиновый концентрат является лишь побочным продуктом. Коммерческое значение его во много раз ниже, нежели чем апатитового концентрата. Однако во многих случаях нефелиновый концентрат является удобным для использования продуктом.
Нефелин (или элеолит) — породообразующий минерал, алюмосиликат калия и натрия ортокремниевой кислоты (Na,K)AlSiO4. Используют в производстве алюминия, соды, в стекольной, кожевенной промышленности. В больших количествах получается в качестве отхода при добыче апатита.
Комплексное извлечение полезных минералов и элементов является требованием Закона РФ «О недрах», в котором указано, что при пользовании недрами необходимо обеспечить наиболее полное извлечение основных и сопутствующих компонентов (Статья 23 п. 5). Несоблюдение или нарушение данного требования может служить основанием для ограничения, приостановления или прекращения уполномоченными государственными органами права пользования недрами, а также повлечь привлечение виновных физических и юридических лиц к административной ответственности.
Несмотря на незначительную коммерческую привлекательность производства нефелинового концентрата, его производят на ОАО «Апатит», а главным его потребителем является расположенный в непосредственной близости принадлежащий «РУСАЛу» «Пикалевский глиноземный завод» (г. Пикалев, Ленинградская обл.).
Источники сырья и основные месторождения
Месторождения апатит-нефелиновых руд хибинской группы являются уникальным природным явлением, как по запасам фосфорсодержащего сырья, так и по запасам сопутствующих компонентов в породообразующих минералах. Наличие богатых залежей апатита позволило России стать одним из ведущих производителей фосфатного сырья, используемого для производства минеральных удобрений и других химических продуктов. Вместе с тем, хибинские апатит-нефелиновые руды, обладающие редчайшим минералогическим составом, позволяют производить целый ряд других продуктов, в том числе нефелиновый, титаномагнетитовый, эгириновый и сфеновый концентраты. Кроме того, в руде содержатся такие ценные элементы, как редкие земли, галлий, рубидий, цезий и др.
В двадцатые годы ХХ в. в Хибинах были открыты огромные месторождения апатита, названного известным геологом А.E. Ферсманом камнем плодородия, потому что из этого минерала получают фосфорные удобрения.
Хибины и Ловозёрские тундры считаются крупнейшим в мире (2000 км2) массивом нефелиновых сиенитов (хибиниты, луявриты, уртиты и др.). Хибинская часть массива является конической интрузией хибинитов, уртитов и других пород, распространяющихся на глубину 7 км. Новые данные позволяют предположить, что Хибинский и Ловозёрский массивы возникли из одного магмопровода. Хибинский щелочной массив сформировался около 360 млн. лет назад.
B настоящее время функционируют следующие рудники: Кировский (месторождения Кукисвумчорр и Юкспор), Расвумчоррский (месторождения Апатитовый цирк и плато Расвумчорр), Центральный (плато Расвумчорр) и Восточный (месторождения Коашва и Ньоркпахк). В 1963 г. мощность первой апатит-нефелиновой обогатительной фабрики (АНОФ-1) удвоилась. В том же году была пущена первая очередь новой фабрики — АНОФ-2; в 1984 г. построена последняя горно-обогатительная фабрика АНОФ-3 — обе за пределами горного массива, на Прихибинской равнине. В настоящее время расположенная в Кировске АНОФ-1, давно уже морально и физически устаревшая, не работает. Основное производство сконцентрировано на АНОФ-2. АНОФ-3 с 1997 г. простояла в законсервированном состоянии и начала работать лишь в 2000 г., ежемесячно производя 200 тыс. т апатитового концентрата.
Среди других перспективных месторождений можно выделить:
— В Республике Бурятия стоит вопрос о возобновлении работ на Ошурковском месторождении апатита, на котором еще в 80-е годы были построены горно-обогатительный комбинат и обогатительная фабрика с годовой мощностью до 1,55 млн. т апатитового концентрата. В результате выступлений экологической общественности полностью готовое к работе предприятие было законсервировано и лишь сейчас ставится вопрос по восстановлению Ошурковского ГОКа (находящегося всего в 15 км от г. Улан-Удэ).
Из резервных месторождений фторсодержащего апатита следует отметить:
— Селигдарское месторождение апатита (в 15 км от г. Алдан Республики Саха-Якутия), где фтор в качестве попутного компонента учтен при подсчете запасов, а техническим регламентом предусматривался вариант азотнокислой схемы передела апатитового концентрата на нитрофоску, позволяющей извлекать попутные фтор и редкоземельные элементы. Проектируемый в ТЭО освоения месторождения Селигдарский ГОК должен производить до 3,6 млн. т апатитового концентрата в год. При переработке этого концентрата на сложные удобрения возможно получение до 40 тыс. т фтористых продуктов в год. В последнее время к Селигдарскому месторождению проявляет интерес ЗАО Алроса в части развития программы диверсификации алмазодобывающего производства.
— Белозиминское ниобиево-фосфатное месторождении в Тулунском районе Иркутской области. Это площадная кора выветривания по карбонатитам (содержащим 11,25 P2O5), из которых может быть получен фторсодержащий фосфатный концентрат. Однако основным компонентом месторождения является ниобий и вопрос о вовлечении его в производство возможен только с учетом конъюнктуры этого металла.
Подробнее с текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка апатитового и нефелинового концентратов можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок апатитового и нефелинового концентратов в России».
Об авторе:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях — проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование
Источник