Файл: Кайнарский И.С. Основные огнеупоры (сырье, технология и свойства).pdf

МА Г Н Е З И А Л Ь Н О Ш П И Н Е Л И Д Н Ы Е

ОГ Н Е У П О Р Ы

особое место, обладая специфическими свойствами. Ос­ новное количество огнеупоров магнезиальношпинелидного типа готовится в виде изделий двух групп — магиезитохромитовой и хромомагнезитовой. Эти огнеупоры изготовляют главным образом в виде сводовых (магне­

ров в СССР базируется на спеченном саткинском магне­ зите и хромитах Сарановского и Кемпирсайского место­ рождений. За рубежом в ряде стран в качестве магне­ зиального компонента используют спеченную окись магния, извлекаемую из природных вод (морской, оке­

магнезиальной (благородной) шпинели и периклаза. Крупное производство массовых изделий магнезиальношпинелидного типа значительно развилось отно­ сительно недавно, главным образом в связи с развитием выплавки стали в цельноосновных мартеновских печах и особенно интенсивно при применении кислорода. Масштабы производства этих огнеупоров в дальнейшем будут непосредственно зависеть от объема мартеновско­

го производства стали.

243

ХРОМИТ

Хромитом (хромитовой рудой) называют горную по­ роду, сложенную хромшпинелидом. Минерал состава Fe0-C r20 3 также носит название хромит, он содержит 67,9% Сг20 3 и 32,l%FeO. В природе минерал хромит' в чистом виде обычно не образует залежей; благодаря

(также Мп3+) известны минералы общего и разнообраз­ ного состава R 2+R f^ О4 , образующие группу шпинели.

Эти минералы способны входить между собой в твердые растворы; такие растворы, содержащие в своем составе хром, носят название хромшпинелидов. В общем виде их химическая формула (Mg, Fe2+ )0 - (Cr, F3+, A1)20 3.

Хромшпинелиды слагают хромиты; они содержат 50% (мол.) окислов двухвалентных элементов и 50%- (мол.) окислов трехвалентпых элементов. Классифика­ ция и названия хромшпинелидов и некоторых шпинелей, по данным [1, 2], приведены в табл. 53. В технологиче­ ской практике хромитом называют руду безотносительно к составу слагающих ее хромшпинелидов; по Болдыреву, хромитом называется минерал состава Fe0-Cr20 3, как

244

в магматических ультраосновных породах в виде сплош­ ных скоплений большей частью неправильной гнездооб­ разной, линзообразной и столбообразной формы, а так­ же и в виде вкраплений.

Чертами, общими для всех хромшпинелидных мине­ ралов, являются: их октаэдрический облик, черный и буровато-черный цвет, плотность 5,1—4,2 г/см3, высо­ кая твердость 6,5—7 по Моосу [3], хрупкость, немагнитность, принадлежность к кубической системе, отсутствие спайности, высокая химическая стойкость и у многих минералов высокие температуры плавления.

Химический состав хромшпинелидов достаточно ши­ роко колеблется, однако в природных минералах груп­ пы хромшпинелидов изоморфизм резко ограничен по содержанию трехвалентного железа и двухвалентных элементов. Максимально возможное содержание Fe20 3 (У) обратно пропорционально содержанию А120 3 (х ) и

Ограничение изоморфизма в природных хромшпинелидах обусловливается физико-химическими- условиями их образования, химизмом среды, из которой выделяются хромшпинелиды, и возможностью вхождения некоторых

и при воздействии окислов железа на огнеупоры, содер­ жащие хромиты. В хромите, по Соколову, (Mg, Fe) О- •Сг20 3 изоморфизм между Mg и F2+ непрерывен, тогда как Сг замещается на F3+ до 25,6% и на А1 до 24,6% [4].

По данным [5], хром является наиболее подходя­ щим атомом для размещения в октаэдрических позици­ ях, в результате чего все хромшпинелиды характеризу­ ются нормальной структурой, т. е. имеют кристаллохими­ ческую формулу О4, где [4 ]— тетраэдри­ ческие и [6] — октаэдрические позиции атомов в кристал­ лической решетке шпинели.

245

Месторождения хромитов относятся к классу магма­ тических. Минеральный агрегат, являющийся хромито­ вой рудой, представляет собой продукт кристаллизации магматического ультраосновиого расплава, обогащен­ ного рудообразующими элементами. Хромитовые руды в большинстве случаев испытали интенсивный гидро­ термальный метаморфизм — серпентизацию, хлоритизацию и пр., причем сам хромшпинелид в руде обладает большой устойчивостью к гидротермальному воздейст­ вию [2].

В соответствии с генезисом хромитов и последующей их метаморфизацией в них содержатся, помимо хромшпинелида, разнообразные минералы. По результатам детальных исследований большого числа проб кемпирсайских хромитов различают наличие в них термореак­ тивных силикатов, карбонатов, простых и ' сложных окислов, а также гидроокнслов [8].

В их числе из класса силикатов встречаются: хризо­ тил, серпофит, аитигорит, пеннин, кеммерерит, клинохлор, девейлит, тальк, тремолит, актинолит, нонтронит. Из минералов группы серпентина чаще встречаются хризотил и серпофит, реже антнгорит и девейлит. Из минералов группы хлорита встречаются: пеннин, клинохлор и кеммерерит. Амфиболы представлены тремоли­ том и актинолитом.

Из класса карбонатов встречаются: кальцит, магне­ зит, брейнерит, доломит, сидерит, гидромагнезит (гид­ ратированный основной карбонат магния), бруньятеллит. Из класса окислов: гематит, магнетит, кварц, халце­ дон, опал, брусит, иемалит, гетит, гидрогетит, гидроге­ матит, лимонит, лепидокрокит.

Все перечисленные 30 минералов являются терморе­ активными, вследствие чего обнаруживаются на термо­ граммах благодаря присущим им термическим эф­ фектам.

Из нешпинелидов существенного развития в хроми­ товых рудах достигают только серпентины и хлориты. Помимо указанных выше термореактивных минералов, в хромитах встречаются оливин и редко пироксен, рутил, гипс, сульфиды [2, 9, 10]. Примеси представляют собой вмещающую породу, цементирующую зерна хромшпинелида; их количество сильно колеблется [10].

По данным [11], для кемпирсайских хромитов раз­ личают пять видов цементирующих связок, а именно:

246

серпентиновую, серпентино-карбонатную, серпентинобруситовую, серпентино-карбонатно-бруситовую и квар­ цево-карбонатную. По данным [8], различают значи­ тельно большее число видов связок; кроме первых четырех связок, указанных выше, еще 11 видов: сер­ пентино-карбонатно-кварцевую, серпентино-карбонат- но-амфиболовую, серпентино-карбонатио-тальковую, серпентино-карбонатно-хлоритовую, серпентино-брусито- амфиболовую, серпентино-брусито-тальковую, хлорито­ карбонатную, карбонатно-брусито-амфиболовую, хлори­ товую, карбонатную, монтмориллонитовую. Этивиды связок встречаются чаще с окислами и гидроокислами железа.

Различают следующие основные структурные типы хромитовых руд:

мелкозернистые рудные вкрапленники гипидиоморфиой структуры, за размер и форму зерен хромшпииелида они получили название «маковик»;

мелкозернистые рудные вкрапленники с идиоморфными и преобладающе идиоморфиыми хромшпинелидами;

средиезериистые рудные вкрапленники гипидиоморфпой структуры; руда носит название «рябчик»;

средне- и крупнозернистые массивные рудные агре­ гаты, т. е. с незначительным содержанием нерудных ми­ нералов; для них наблюдаются гипидиоморфнозернистые, йдиоморфнозернистые и аллотриоморфнозернистые структуры1.

Окраска хромшпинелидов в тонких (20—10 мкм) плоскопараллельмых шлифах (определяется их химическим составом. Низкохромистые, 'высокоглиноземистые Кромшпииелиды окрашены в зеленоватые тона. С повышени­ ем относительного содержания хрома окраска переходит к оранжево-бурым и красно-бурым тонам. При увеличе­ нии содержания РегОз (при одновременном присутствии FeO) окраска становится бурой и коричневой вплоть до полной непрозрачности [12].

1 Идиоморфные зерна — плохо образованные кристаллы, обнару­ живающие лишь общий облик, свойственный кристаллу.

Аллотриоморфные зерна — минерал, не обнаруживает свойствен­ ных данному кристаллическому веществу ограничений, а заполняет пространство, ограниченное соседними зернами.

Гнпидиоморфные зерна — минерал идноморфен к одним из сос­ тавных частей породы и аллотриоморфен к другим.

247