Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Рациональное использование техногенных минеральных образований пирофиллитсодержащих пород Южного Урала

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Рациональное использование техногенных минеральных образований пирофиллитсодержащих пород Южного Урала"

На правах рукописи

РУДНОВ Василий Сергеевич

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ ПИРОФИЛЛИТСОДЕРЖАЩИХ ПОРОД ЮЖНОГО УРАЛА

Специальность 25.00.36 - «Геоэкология (науки о Земле)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

г 4 СКТ 20(3

Екатеринбург - 2013

005536054

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный

университет»

Научный руководитель - Семячков Александр Иванович,

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Официальные оппоненты: Паняк Стефан Григорьевич,

доктор геолого-минералогических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», профессор кафедры геологии и защиты в чрезвычайных ситуациях

Скалин Анатолий Владимирович,

кандидат геолого-минералогических наук, Научно-производственное объединение «Уралгеоэкология», генеральный директор

Ведущая организация — Институт минералогии УрО РАН (г. Миасс)

Защита состоится « 14 » ноября 2013 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», по адресу: 620144, ГСП, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (3-й учебный корпус, конференц-зал, ауд. 3326).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан «11» октября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.280.01

А.Б.Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Отработка колчеданных месторождений сопровождается образованием отвалов вскрышных пород и забалансовых руд, оказывающих негативное влияние на окружающую среду с изъятием земель, нарушением гидродинамического режима территории, интенсивным пылением, формированием атмогенных потоков рассеяния и др. Рациональное использование этих техногенно-мннеральных образований (ТМО) приводит к улучшению экологической обстановки и создаёт определенный экономический эффект.

Пирофиллитовая минерализация образуется в породах вмещающих колчеданные руды месторождений Куль-Юрт-Тау (Башкортостан), Гайское (Оренбургская область) и других. Карьеры данных месторождений уже отработаны, а отходы вскрышных пород складированы во внешние отвалы. Рациональное использование отходов вскрышных пород, которые могут являться сырьевой базой для производства белого портландцемента (БПЦ), решает не только экономическую задачу, но и значительно улучшает экологическую ситуацию в районах месторождений.

Вовлечение нового вида минерального сырья - пирофиллитсодержащих горных пород (ПГП) - с организацией производства БПЦ в Уральском регионе позволяет также решить проблему высоких требований к минеральному сырью для данного вида продукции и расширить минерально-сырьевую базу. Актуальность проблемы разработки состава сырьевой смеси для изготовления клинкера и технологии производства БПЦ подтверждается запросами цементных заводов, а также различных отечественных и иностранных компаний.

В связи с актуальностью указанной проблемы на кафедре геоэкологии ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» были разработаны принципы использования вскрышных отходов, подобран состав сырьевой смеси и разработана технология производства БПЦ с повышенной белизной. Данная технология отвечает современным требованиям ресурсо- и энерго-

сбережения и является эффективным способом производства строительных материалов.

Цель работы - разработать способ рационального использования пиро-филлитсодержащих ТМО колчеданных месторождений Южного Урала в технологии производства БПЦ.

Для реализации поставленной цели исследований необходимо было решить следующие задачи:

• изучить геоэкологические условия размещения пирофиллитсодержа-щих ТМО месторождений Уральского региона;

• установить возможность использования пирофиллитсодержащих ТМО и сульфатсодержащих отходов в качестве сырьевого компонента и добавки-минерализатора при обжиге клинкера, изучить особенности их взаимодействия и основные строительно-технических свойства БПЦ на их основе;

• разработать ресурсо- и природоохранную технологию получения клинкера БПЦ с использованием сульфатсодержащих отходов и пирофиллитсодержащих вскрышных пород в качестве сырьевых компонентов, основываясь на особенностях термодинамических реакций взаимодействия сырьевых материалов и механизме реакций образования клинкерных минералов, влияющем на структуру клинкерных минералов БПЦ.

Идея работы заключается в разработке ресурсосберегающей природоохранной технологии изготовления БПЦ с использованием вскрышных пород колчеданных месторождений, содержащих пирофиллит, в качестве сырьевого компонента, что позволит снизить воздействие имеющихся отвалов на экологическую ситуацию районов их локализации.

Методы исследований:

• анализ научной литературы и патентов в области возможностей рационального использования минеральных ресурсов месторождений;

• научная систематизация и группирование известных и разработанных автором возможностей экологически щадящего освоения пирофиллитсодержащих ТМО;

• лабораторные эксперименты и опытно-промышленные испытания.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

• впервые предложено рациональное использование пирофиллитсодержащих ТМО колчеданных месторождений Южного Урала в промышленном производстве БПЦ в качестве сырьевого компонента при обжиге клинкера;

• рациональное использование в качестве сырьевого алюмосиликатного компонента исследуемых пирофиллитсодержащих ТМО экспериментально обосновано выявленными физико-химическими и термодинамическими особенностями процессов клинкерообразования при пониженной температуре, что обусловлено теплотой разложения пирофиллита и высокой химической активностью продуктов реакции дегидратации, а также природной дисперсностью активного 8Ю2 в пирофиллитсодержащих породах;

• установлено интенсифицирующее действие на реакции клинкерообразования клинкеров БПЦ фторангидрита и фосфогипса - отходов производства фтористоводородной кислоты, обусловленное снижением вязкости жидкой фазы под комплексным воздействием ионов Б", Р4+ и БО^", что обосновывает утилизацию отходов данных производств в разработанной технологии производства БПЦ.

Практическая значимость диссертационной работы:

1. Разработан способ снижения техногенного атмогенного и гидрогенного воздействия колчеданных месторождений Куль-Юрт-тау и Гайское путем утилизации отвальной породы в производстве БПЦ.

2. Разработан состав сырьевой смеси на основе пирофиллитсодержащих отходов для промышленного производства БПЦ при пониженных температурах, при этом готовый продукт соответствует техническим требованиям современных нормативных документов. Зарегистрирована заявка на патент Российской Федерации № 2012104505/03(006802) от 11.04.2012 г.

3. Разработаны физико-химические основы и природоохранная технология получения БПЦ с использованием в качестве сырьевых компонентов пирофиллитсодержащих ТМО и отходов производства фтористоводородной кисло-

ты, отличающихся высокой белизной и химической активностью, что позволяет добиться энергосбережения и повышения качества конечного продукта, соответствующего всем требованиям ГОСТ 965-89. Технология производства апробирована при изготовлении изготовлена опытно-промышленной партии БПЦ в ООО «НордСтэбРаша» в 2012 г.

4. Результаты внедрены в учебный процесс по геоэкологическим дисциплинам в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций:

Достоверность полученных результатов работы обеспечена:

• обоснованным комплексом исследований с использованием стандартных и современных методов (рентгенофазовый, дифференциально-термический и электронно-микроскопические анализы);

• использованием поверенного лабораторного оборудования в лаборатории, прошедшей государственную аккредитацию.

• результатами определения свойств полупромышленной партии БПЦ, выпущенной по разработанной технологии в ООО «НордСтэбРаша».

Личный вклад автора:

Автор выполнил самостоятельно большую часть экспериментов и проанализировал результаты исследований под руководством научного руководителя. Все защищаемые результаты диссертационной работы получены лично автором или в соавторстве (см. список литературы).

Защищаемые положения:

• рациональное использование пирофиллитсодержащих ТМО в качестве алюмосиликатного компонента при производстве БПЦ снижает интенсивность отрицательного экологического воздействия на окружающую среду в районах локализации колчеданных месторождений за счет ежегодного уменьшения отвалов на 200 тыс. т на исследуемых объектах;

• методами технической минералогии выявлены закономерности взаимодействия карбоната кальция с пирофиллитсодержащим компонентом (темпе-

ратура начала реакции 1 ООО °С) в процессе клинкерообразования, а также обоснованы составы сырьевой смеси, обеспечивающие энергоемкое экологически безопасное изготовление БПЦ;

• ресурсосберегающая технология промышленного производства БПЦ, основанная на комплексном использовании техногенных отходов пирофиллит-содержащих вскрышных пород и фторангидрита, позволяет получать высококачественный БПЦ, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 965-89 «Белый портландцемент. Технические условия».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих научных конференциях: Международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов» (Екатеринбург, 2013 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение» (Пенза, 2010 г.); Уральской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2003 г.).

Публикации. Основные результаты исследований и основные положения работы опубликованы в 5 печатных работах, в том числе в ведущих рецензируемых изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК, - 2, получено «Уведомление о положительном результате формальной экспертизы» заявки на выдачу патента РФ № 2012104505/03(006802) от 11.04.2012 г.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка, приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста и содержит 22 таблицы, 30 рисунков, список литературы из 148 наименований.

Работа выполнена на кафедре геоэкологии ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

Первое защищаемое положение. Рациональное использование пирофиллит-содержащих ТМО в качестве алюмосиликатного компонента при производстве

БПЦ снижает интенсивность отрицательного экологического воздействия на окружающую среду в районах локализации колчеданных месторождений за счет ежегодного уменьшения отвалов на 200 тыс. т на исследуемых объектах.

Как известно, изучение геоэкологических условий месторождений полезных ископаемых неразрывно связано с именами таких крупнейших ученых как К.Н. Трубецкой, О.Н. Грязнов, А.Б. Макаров, В.И. Осипов, А.И. Семячков и др. Изучение пи ро фи л литсо держащих ТМО начато В.В. Зайковым, И.В. Синяков-ской, В.Н. Удачиным, O.K. Ивановым. Изучению процессов, происходящих при высокотемпературном синтезе клинкерных минералов портландцемента, влияния различных технологических параметров (гранулометрии сырьевой смеси, минералогическому составу сырьевых компонентов) на скорость протекания реакций и свойства продуктов новообразований посвящены работы И.Г. Луги-ниной, Г.П. Зубаревой, В.А. Пьячева и других.

Автором рассмотрено современное состояние окружающей среды в местах нахождения ТМО, представленных пирофиллитсодержащими вскрышными поводами колчеданных месторождений Южного Урала Куль-Юрт-Тау (Башкортостан) и Гайское (Оренбургская область), изучено их влияние на окружающую среду, образование гидрогенных и атмогенных потоков ореолов рассеяния. В настоящее время исследуемые отходы складированы в техногенные отвалы и геоэкологическая ситуация в районах их расположения определяется рациональным использованием вскрышных пород, которые могут являться сырьевой базой для производства БПЦ.

Месторождение Куль-Юрт-Тау находится в 5 км от г. Баймак Республики Башкортостан и в настоящее время считается отработанным (рис. 1). Площадь карьера месторождения Куль-Юрт-Тау составляет 6,0 га, нижняя его часть залита водой. Площадь зеркала озера составляет 2,18 га. Площадь, занятая отвалами, составляет 24,0 га, из них 3,1 га приходится на откосы отвалов. Пиро-филлитсодержащие вскрышные породы занимают площадь 12,3 га.

Рудное поле находится в северной части Баймак-Бурибайской вулканической зоны. Данное месторождение образует единое рудное поле размером 2x3

км совместно с уже отработанными полиметаллическими месторождениями Графское, Троицкое, Новотроицкое. Большая часть его территории закрыта аллювиальными и делювиальными отложениями. Паление зоны восточное под углом 60-70°. Тектоническое воздействие проявилось в слабом рассланцевании серицит-кварцевых метасоматитов и в формировании сланцевых текстур пиро-филлитсодержащих разновидностей. В западной зоне пирофиллит-кварцевых сланцев и кварцитов располагается ссрноколчеданная линза месторождения Куль-Юрт-Tay.

Рис. I - Расположение месторождения Куль-Юрт-Тау (космоснимок)

Гайское медноколчеданное месторождение расположено на восточной окраине города Гай Оренбургской области (рис. 2). Месторождение приурочено к водоразделу среднего течения р. Урал и верховьев речек Елшанки и Колпачка. Река Урал протекает в 15 км восточнее Гайского месторождения, а речки Колпачка и Елшанка имеют непостоянный водоток, пересыхают летом. Междуречное пространство представлено слегка всхолмленной с наклоном с востока на запад платообразной равниной, рассеченной широкими долинами оврагами.

В настоящее время месторождение вскрыто тремя карьерами, между ними расположен рудник шахты Южная, а вблизи карьера № I - шахты Клетьевская и Эксплуатационная.

Рис. 2 - Расположение месторождения Гайскос (космоснимок)

Разработка карьеров сопровождается извлечением из недр миллионов кубометров вскрышных пород вокруг карьера, при эпгом образуются огромные техногенные пустоты, что приводит к негативным последствиям не только для окружающей среды. Ежегодно в мире добывается и перерабатывается свыше 1000 млрд т минерального сырья, и при этом извлекается на поверхность Земли 15-18 млрд м1 вскрышных и некондиционных пород.

При проведении работ в марте 2012 г. по оценке экологической нагрузки месторождения Гайское на прилегающие территории установлено, что в снежном покрове западной окраины п. Калиновка содержится твердых частиц до 35 мг/л. Учитывая, что зимние осадки составляют 35 % от годовых, рассчтали количество пыли, выпадающее ежегодно на I га поверхности, которое достигает 80 000 кг. Во время проведения аналогичных работ на расстоянии I км к запалу от месторождения Куль-Юрт-Тау определено содержание частиц пыли в снежном покрове на уровне 29 мг/л. При условии, что зимой выпадает 27 % от среднегодового уровня осадков, определено, что на 1 га почвы ежегодно выпадает 64 400 кг техногенной пыли.

В июле 2012 г. проводились замеры загрязняющих веществ в воздухе прилегающей к месторождениям территории. По результатам работ установле-

но, что концентрации взвешенных частиц достигают значений: для месторождения Куль-Юрт-Тау - 3500 мг/м3, а для Гайского - 4300 мг/м3. На пирофил-литсодержащих ТМО месторождения Куль-Юрт-Тау образуется ежегодно 4360 т мелкодисперсной пылевидной взвеси, на Гайском — 3320 т.

Одним из основных источников поступления загрязняющих веществ являются атмогенные газопылевые потоки и атмосферные осадки, которые оседают на поверхности земли. Сокращение отвалов путем утилизации слагающих пород позволит существенно снизить загрязнение почвы.

ТМО месторождения Куль-Юрт-Тау и Гайское загрязняют прилежащую территорию также и за счет образования гидрогенных потоков, прошедших через техногенные отвалы пород, расположенные по бортам карьера. В процессе инфильтрации атмосферных осадков образуются кислые высокоагрессивные минерализованные подотвальные воды. Из-за нарушения гидрогеологического режима местности отвалы исследуемых месторождений оказывают влияние на гидродинамический режим территории за счет вторичного обводнения: накапливают и удерживают практически весь объем атмосферных осадков и при уплотнении основания формируются приотвальные озера и болота. При проведении работ в июле 2012 г. по данным проб воды из разведочных шурфов, расположенных вдоль автодороги на г. Баймак, определили химический состав (таблица 1).

Таблица 1

Химический состав техногенных вод, мг/дм3

Тип вод рН Си Ъл Бе Со БО/" ЕЬ

Карьерное озеро Куль-Юрт-Тау 2,0 29,8 35,2 1590 12,3 1430 625

Подотвальные воды Куль-Юрт-Тау 2,2 26,4 31,9 1930 13,0 1890 583

Подотвальные воды Гайское 3,1 43,4 42,4 1230 9,8 2140 473

Предельно допустимые концентрации 5,5-7,5 2,0 20,0 20 4,0 500 -

Сырьевая база для производства БПЦ сильно ограничена и во многом определяет объемы производства, поскольку для его изготовления могут использоваться только сырьевые материалы, не содержащие окрашивающие соединения, главным образом, оксидов железа, марганца, хрома и титана. Наиболее приемлемым способом расширения сырьевой базы является вовлечение нового вида сырья или техногенных отходов, удовлетворяющих предъявляемым технологическим требованиям по содержанию элементов-хромофоров.

Пирофиллитсодержащее техногенное сырье месторождения Куль-Юрт-Тау может быть разделено по содержанию минерала пирофиллита на 4 типа.

30 % пирофиллитсодержащих пород отвалов месторождения относится к 1-му типу - глиноземистый пирофиллитовый, представленный пирофиплито-выми сланцами и мономинеральными образованиями. Содержат незначительные примеси кварца или серицита (до 10 %). Химический состав данного типа сырья близок к теоретическому составу пирофиллита, содержание щелочей и хромофоров незначительное (Ре203 менее 0,22 %).

2-й тип — низкощелочной пирофиллит-кварцевый представлен пирофиллит-кварцевыми и кварц-пирофиллитовыми сланцами. Содержание серицита также незначительное и не превышает 10 %. Среднее содержание пирофиллита в породах составляет 40 % по пирофиллит-кварцевым разностям и 55 % — по кварц-пирофиллитовым. Содержание РегОз также незначительно — от 0,13 до 0,43 %. Слагает до 50 % всех пирофиллитсодержащих залежей.

Возможность использования пирофиллит-кварцевых сланцев месторождения Куль-Юрт-Тау подтверждается благоприятными для разработки компактными условиями их залегания и большим объемом. Сводные подсчеты запасов пирофиллитсодержащих горных пород месторождения Куль-Юрт-Тау составляют 11736 тыс. т, что может обеспечить крупные поставки сырья для керамической или цементной промышленности. Техногенное месторождение Куль-Юрт-Тау в настоящее время подготовлено для разработки в промышленном масштабе.

Пирофиллитсодержащее сырье месторождения Гайское представлено серицит-пирофиллит-кварцевыми и пирофиллит-серицитовыми сланцами, таким образом, его можно отнести к третьему типу пирофиллитсодержащего сырья (применительно к месторождению Куль-Юрт-Тау) - щелочному пирофиллит-серицит-кварцевому, включающему серицит-пирофиллит-кварцевые и пиро-филлит-серицитовые сланцы. В составе этого типа сырья преобладает кварц (до 55 %), количество серицита составляет в среднем 25 %, что обусловливает содержание щелочей в породе до 2 %. Пирофиллит содержится от 10 до 35 %, среднее значение - 20 %. Содержание кремнезема в породах составляет 69-79 %, глинозема - 15-21 %, суммы оксидов железа 0,4-0,6 %. Сульфиды и карбонаты в оконтуренных залежах практически отсутствуют.

Как видно из полученных результатов определения химического состава бороздовых проб пород месторождений (таблица 2), содержание элементов-хромофоров очень мало во всех исследуемых ТМО и удовлетворяет требованиям ОАО «НИИЦемент» к сырью, что подтверждает возможность получения клинкера белого цвета с низким содержанием красящих примесей и БПЦ на его основе.

Таблица 2

Химический состав пирофиллитсодержащих ТМО

Месторождение Содержание оксидов, масс. %

8Ю2 А1203 Ре203 СаО МпО Сг203 м§о БОз Ашпрк Прочие

Гайское 76,04 16,75 0,19 0,80 0,02 сл. 1,17 0,21 4,84 -

Куль-Юрт-Тау

сырье 1-го типа 58,14 31,76 0,38 0,80 0,01 сл. 0,74 0,34 5,94 1,90

сырье 2-го типа 82,30 13,03 0,38 0,40 сл. - 0,89 0,27 2,31 0,42

Минерал пирофиллит в шлифах исследуемых пород (рис. 3) присутствует в виде чешуек белого цвета с голубоватым или желтоватым оттенками, образуя агрегаты чешуйчатого или сланцеватого строения. В исследованных образцах имеет следующие оптические характеристики: пв = 1,598; пр = 1,589; 2У = 58°.

Рис. 3 - Микроструктура пирофиллктсодсржащсй горной породы месторождения Куль-Юрт-Тау, отраженный свет, * 190

*100 ¡•»о 8 80 ¡70 2 60 £50 I 40 30 20 10 0

20 25

30

35 40 45

Л ■ А»

50

55

60 65

70

75

• пирофиллит *кырц

20

Рис. 4 Рентгенограмма пробы пнрофнллитсодсржащсй горной породы Тайского месторождения

Рентгенофазовым анализом установлено, что в исследуемых горных породах присутствуют в основном минералы пирофиллит и кварц (рис. 4). Другие структурные соединения в них присутствуют в незначительном количестве и характеризующие их пики не проявлены на рентгенограмме. В то же время

возможно наличие оксидов в виде изоморфных примесей в основных минералах. Содержание минерала пирофиллита в исследуемых вскрышных породах месторождения Куль-Юрт-Тау колеблется от 46,0 до 87,2 %, в зависимости от типа сырья.

Таким образом, определена интенсивность воздействия пирофиллитсодер-жащих ТМО на окружающую среду и доказана потенциальная возможность их использования в технологии производства БПЦ, что положительно скажется на экологической обстановке территории, прилегающей к местам складирования данных ТМО.

Второе защищаемое положение. Методами технической минералогии выявлены закономерности взаимодействия карбоната кальция с пирофиллитсо-держащим компонентом (температура начала реакции 1000 °С) в процессе клшкерообразования, а также обоснованы составы сырьевой смеси, обеспечивающие энергоемкое экологически безопасное изготовление БПЦ.

Для определения возможности протекания химической реакции рассчитывают изменение энергии Гиббса при разных температурах и графически определяют температуру ее начала (когда A G0 становится отрицательным) и необходимых для ее протекания энергозатрат. Для расчета термодинамических характеристик был выбран метод Темкина-Шварцмана.

При обжиге клинкера параллельно протекает целый ряд реакций. В большинстве случаев соотношение клинкерных минералов (конечных продуктов реакций) при промышленном производстве БПЦ C3A:C2S:C3S=15:20:60. Это соотношение положено в основу расчетов следующих реакций (3.13), (3.14) (рис. 5):

53СаСОэ + 3(Al203-4Si02H20)+4Si02 = ЗС3А + 4C2S + 12C3S + 53C02+3H20; (3.13) 53 СаС03+3 (А1203 • 2 Si02 • 2Н20) +10Si02 = 3C3A+4C2S+ 12C3S + 53С02 +6Н20. (3.14)

В приведенных термодинамических расчетах реакций клинкерообразова-ния показано, что реакции с участием пирофиллита по сравнению с каолинитом начинаются при более низкой температуре и протекают с меньшими энергозатратами. В реакциях, протекающих в сырьевых шихтах с пирофиллитом, рас-

четная температура начала клинкерообразования составляет 700 °С, что ниже на 100° по сравнению с традиционными исходными компонентами.

0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 0.88 0,86 0,84 0,82

■ 65-70 ■ 70-75 "75-80 а 80-85 >85-90 «90-95

Рис. 6 — Модель КДО клинкера в зависимости от его состава

Расчеты свидетельствуют, что производство БПЦ с использованием в качестве сырьевого компонента пирофиллитсодержащих вскрышных пород намного более энергоэффективнее традиционного способа, что обеспечит более высокую производительность обжигового агрегата и экономию топлива на обжиг клинкера при переходе от применения каолинитового сырья на пирофил-литсодержащее.

Основными параметрами качества клинкера БПЦ являются его коэффициент диффузного отражения (КДО) и содержание оксида кальция, не связанного в химические соединения - свободной извести (СаОсв), которое показывает, насколько полно прошли реакции образования клинкерных минералов. По результатам комплекса проведенных экспериментов была построена модель зависимости КДО клинкера от его минерального состава, выражаемого модульными характеристиками клинкера (рис. 6). При значении КН = 0,94 и п = 4,5 клинкер имеет наибольшее значение КДО.

Третье защищаемое положение. Ресурсосберегающая технология промышленного производства БПЦ, основанная на комплексном использовании техногенных отходов пирофиллитсодержащих вскрышных пород и фторангидрита, позволяет получать высококачественный БПЦ, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 965-89 «Белый портландцемент. Технические условия».

Вовлечение в производство БПЦ нового вида материального сырья позволит увеличить объемы его изготовления на территории Российской Федерации и упростить технологию до уровня зарубежных аналогов.

Основные технологические параметры производства БПЦ: подбор оптимального химического и минерального состава клинкера и сырьевой смеси, обеспечивающего необходимые условия для высокоэффективной работы печи и стабильности процесса; выбор рациональной конструкции теплообменных устройств для эффективного снижения теплопотерь; отработка рационального режима горения топлива, обеспечивающего экономное его расходование и интенсивность высокотемпературных процессов; выбор оптимальных параметров каждой операции и отработка методов управления процессами. В ходе прове-

денных экспериментов был выбран способ помола сырья (совместный помол — шихты № 1С и 2С, раздельный - № 1Р и 23) и подтверждено снижение энергозатрат при замене каолина на пирофиллитсодержащие породы ТМО, что приводит к уменьшению содержания несвязанного оксида кальция (рис. 7).

Рис. 7 — Кинетика обжига шихт с различными способами помола

Утилизация сульфатсодержащих отходов (фторангидрит или фосфогипс) для ускорения протекания процессов образования клинкерных минералов в промышленных условиях также уменьшает экологическую нагрузку на места их локализации, но и снижает температуру обжига БПЦ до 1400 °С.

На основании проведенных теоретических изысканий и экспериментальных исследований разработана природоохранная технология промышленного производства БПЦ на техногенной сырьевой базе: сульфатсодержащих отходах (фторангидрит или фосфогипс) и пирофиллитсодержащих ТМО месторождений Гайское и Куль-Юрт-Тау, аппаратная схема которой приведена на рис. 8. Основные положения изложены ниже:

1. В основе технологии лежит техногенная сырьевая база: пирофиллитсо-держащие вскрышные породы ТМО месторождений Куль-Юрт-Тау и Гайское, сульфатсодержащие отходы производства — фторангидрит и фосфогипс.

2. Поставляемое на предприятие сырье проходит одноступенчатое дробление в щековой дробилке и поступает на склад, причем ПГП с разным содержанием кремнезема должны храниться отдельно для возможности корректировки кремнеземистого модуля.

3. Сырьевая смесь для производства клинкера БПЦ должна иметь следующие модульные характеристики: КН = 0,94, п = 4,5. При этих значениях реакции образования клинкерных минералов при прочих равных условиях протекают наиболее полно, и клинкер имеет наилучшие качественные характеристики: белизну и содержание СаОсв. Состав смеси включен в заявку на патент Российской Федерации ПЗ № 2012104505/03(006802) «Сырьевая смесь для получения белого портландцементного клинкера» от 08.02.2012 г.

4. Способ приготовления сырьевой смеси — сухой, совместный. Сырьевые компоненты дозируют в расчетном соотношении исходя из модульных характеристик и подают для тонкого помола с одновременной сушкой в валковую вертикальную мельницу, которая позволяет измельчать материалы с исходной влажностью до 18 %, расходует в 1,5 раза меньше электроэнергии на измельчение и имеет в 2 раза меньшее количество присадки металла к сырьевой смеси по сравнению с шаровой мельницей. Требуемая тонкость помола характеризуется остатком на сите № 008 в количестве 9-10 %.

5. С целью утилизации сульфатсодержащих промышленных отходов в качестве интенсификатора процесса обжига в сырьевую шихту необходимо вводить фторангидрит или фосфогипс в количестве 2 масс. %, что не только улучшает экологическую обстановку, но и позволяет проводить обжиг при пониженной температуре и одновременно повышать качественные характеристики готового продукта.

6. Температура обжига клинкера 1400 °С, изотермическая выдержка в пиковой температуре в течение 20 минут. Для повышения энергоэффективности производства предусмотреть короткую вращающуюся печь с циклонным теплообменником и реактором-декарбонизатором.

7. Охлаждение клинкера воздушное в колосниковом холодильнике.

8. Помол сырьевой смеси и цемента осуществлять уралитовыми мелющими телами в мельнице с кремнистой футеровкой. При помоле цемента в мельницу вводят клинкер БПЦ и гипсовый камень.

В производственных условиях ООО «НордСтэбРаша» в 2012 году были проведены опытно-промышленные испытания разработанной технологии и изготовлена полупромышленная партия БПЦ с пирофиллитсодержащими породами ТМО месторождений Куль-Юрт-Тау и Гайское.

Таблица 3 - Строительные свойства полупромышленной партии БПЦ

Характеристика Полупромышленная партия Продукция HOLCIM

КДО цемента, % 86,3 81-83

Содержание в клинкере СаОсв, % 0,47 0,8-1,7

Содержание железа в пересчете на FeO, % 0,286 0,352

Нормальная густота, % 27 26-28

Начало схватывания, мин. 50 90

Конец схватывания, мин. 160 190

Тонкость помола по остатку на сите № 008, % 10 0

Предел прочности в возрасте 28 суток, МПа: при сжатии при изгибе 53,3 5,6 52-55

Модульные характеристики: КН, n, р 0,94; 4,5; 17,0 0,92; 4,1; 10,5

Экспериментальный цемент полупромышленной партии соответствует требованиям ГОСТ 965-89 и имеет лучшие характеристики по сравнению с цементом производства ПОЬС1М: КДО выше и составляет 86,3 %, пониженное

содержание РеО и СаОсв (таблица 3). Полученный цемент полупромышленной партии можно классифицировать:

Портландцемент белый I- 500-ДО-ГОСТ965-89.

Проведенные расчеты потребностей в энергоресурсах и затратах электроэнергии показывают высокую энергоэффективность разработанной технологии: потребности в топливе (природный газ) сократятся на 37,3 % и составят 81,4 м3 природного газа на 1 т клинкера, годовая экономия - 48,6 млн м3 газа.

Проведенные технико-экономические расчеты себестоимости 1 тонны БПЦ, изготовленного по разработанной технологии, составляет 1754, 44 руб. С учетом рыночной стоимости БПЦ на уровне 6200 руб./т ежегодная прибыль компании при объеме производства 1 ООО ООО т/год превысит 4 млрд рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Запасы пирофиллитсодержащих ТМО имеют промышленные объемы (11 700 ты с. т на месторождении Куль-Юрт-Тау и более 390 тыс. т на Гайском) и представляют собой отвалы вскрышных пород, располагающиеся по бортам карьеров.

2. В процессе изучения разработаны принципы улучшения экологических условий районов нахождения месторождений путем рационального использования ТМО в технологии производства БПЦ. Данное применение позволит сокращать отвалы на 200 тыс.т ежегодно и уменьшать их воздействие на окружающую среду, которая в настоящее время загрязняется кислыми подотваль-ными водами и сдуваемой с отвалов пылью (4360 т кремнеземсодержащей взвеси на месторождении Куль-Юрт-Тау и 3320 т - на Гайском).

3. Содержание примесей-хромофоров в пирофиллитсодержащих ТМО незначительно и удовлетворяют требованиям ОАО «НИИЦемент», предъявляемым к алюмосодержащему компоненту для производства клинкера БПЦ, что подтверждается химическими, петрографическими, рентгеноструктурными и дериватографическими исследованиями. Основными породообразующими ми-

нералами в них являются пирофиллит (от 46 до 87 %) и кварц (от 3 до 52 %), находящийся в мелкодисперсном состоянии, распределенном по всему объему горной породы.

4. Методами термодинамики установлены и подтверждены физико-химическими анализами особенности взаимодействия пирофиллита с кальций-содержащим компонентом сырьевой смеси, в результате которого происходит образование клинкера БПЦ с уменьшением температуры обжига до 1400 °С и энергозатрат до 2720 кДж/кг клинкера.

5. Разработана ресурсосберегающая природоохранная технология промышленного производства БПЦ, обладающая низкими потребностями в энергозатратах и оказывающая положительное воздействие на окружающую среду за счет утилизации техногенных отходов: пирофиллитсодержащих вскрышных ТМО месторождений Куль-Юрт-Тау и Гайское, и сульфатсодержащих отходов химической промышленности (фторангидрит и фосфогипс). Проведенные технико-экономические расчеты показали получение ежегодной прибыли превышающей 4 млрд рублей при объеме производства 1 ООО ООО т/год.

6. Разработанная технология апробирована в производственных условиях в 2012 году в ООО «НордСтэбРаша» и показала экономическую эффективность. В результате была получена опытно-промышленная партия клинкера, при помоле которого получен БПЦ первого сорта по ГОСТ 965-89: Портландцемент белый 1-500-Д0. По результатам проведенных экспериментов по изготовлению опытно-промышленных партии БПЦ были разработаны рекомендации для промышленного производства на цементных заводах Уральского региона.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах, входящих в Перечень ВАК:

1. Семячков А.И., Рудное B.C. Рациональное использование пирофиллитсодержащих техногенных минеральных отходов // Известия вузов. Горный журнал. -2013,-№5.-С. 52-55.

2. Пьячев В.А., Рудное B.C. Белый портландцемент на основе уральских пирофиллитовых сланцев // Цемент и его применение. - 2007. - № 6. - С. 129132.

Статьи, опубликованные в других изданиях:

1. Семячков А.И., Рудное B.C. Способ улучшения геоэкологической ситуации колчеданных месторождений // Экологическая безопасность горнопромышленных регионов: Труды Международной научно-практической конференции . - Екатеринбург, 2013.-С. 100-103

2. Пьячев В.А., Рудное B.C. Использование вскрышных пород месторождения Куль-Юрт-Тау в качестве сырья для производства декоративных цементов // Экологические проблемы промышленных регионов: материалы научно-практической конференции. - Екатеринбург, 2003. — С. 134

3. Пьячев В.А., Рудное B.C. Ресурсосберегающая технология производства белого портландцемента высокого качества // Новые химические технологи: производство и применение: сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции. - Пенза, 2010. - С. 75-79.

Подписано в печать 10.10.2013 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № 50 . Издательство УХТУ 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30. ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства VI1 У

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Руднов, Василий Сергеевич, Екатеринбург

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

На правах рукописи

04201364588 РУДНОВ Василий Сергеевич

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ ПИРОФИЛЛИТСОДЕРЖАЩИХ

ПОРОД ЮЖНОГО УРАЛА

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель -проф., д.г.-м.н. А.И. Семячков

Екатеринбург - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. УСЛОВИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ТЕХОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ 9

1.1 Геологические особенности района размещения колчеданных месторождений Куль-Юрт-Тау и Гайское 9

1.2 Влияние ТМО на геоэкологическую обстановку региона 17

1.2.1 Атмогенное воздействие 19

1.2.2 Гидрогенное влияние 22

1.2.3 Рассеивание тяжелых металлов в почвах 28 Выводы 29

ГЛАВА 2. СВОЙСТВА ПИРОФИЛЛИТСОДЕРЖАЩИХ ТМО В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БПЦ 31

2.1 Ограничивающие требования промышленности БПЦ к сырьевой базе 31

2.2 Характеристика пирофиллитсодержащего минерального сырья 34

2.2.1 Структура минерала пирофиллита определяющая его технологические свойства 35

2.2.2 Особенности ПГП техногенных месторождений 42 Выводы 55

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПИРОФИЛЛИТСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ В ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ БПЦ 56

3.1 Особенности состава клинкера БПЦ и взаимодействия компонентов сырьевой смеси 56

3.2 Термодинамические расчеты реакций взаимодействия карбоната кальция с пирофиллитом 65

3.3 Оптимизация модульных характеристик клинкера из пирофиллитсодер-жащего сырья 71

Выводы 81

ГЛАВА 4. ПРИРОДООХРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ ПИРОФИЛЛИТСОДЕРЖАЩИХИ СУЛЬФАТСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ 83

4.1 Особенности производства БПЦ на техногенной сырьевой базе 83

4.2 Подбор технологических параметров производства БПЦ с пирофиллит-сод ержащим сырьем 88

4.2.1 Выбор способа помола сырья для ускорения процессов синтеза клинкера 90

4.2.2 Интенсифицирующее действие сульфатсодержащих отходов в реакциях образования клинкерных минералов 94

4.2.3 Технологическая схема производства БПЦ и строительные свойства опытно-промышленной партии 97

4.3 Энергоэффективность технологии 103

4.4 Экономическое обоснование ресурсосберегающей технологии и ожидаемый экологический эффект 104

Выводы 106

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 108

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ 110

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ 112

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 113

Библиографический список 114

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Копия заявки на изобретение 125 ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт внедрения технологии производства БПЦ в компании

ООО «Нордстэбраша» 127

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Отработка колчеданных месторождений сопровождается образованием отвалов вскрышных пород и забалансовых руд, оказывающих негативное влияние на окружающую среду с изъятием земель, нарушением гидродинамического режима территории, интенсивным пылением, формированием атмогенных потоков рассеяния и др. Рациональное использование этих техно-генно-минеральных образований (ТМО) приводит к улучшению экологической обстановки и создаёт определенный экономический эффект.

Пирофиллитовая минерализация образуется в породах вмещающих колчеданные руды месторождений Куль-Юрт-Тау (Башкортостан), Гайское (Оренбургская область) и других. Карьеры данных месторождений уже отработаны, а отходы вскрышных пород складированы во внешние отвалы. Рациональное использование отходов вскрышных пород, которые могут являться сырьевой базой для производства белого портландцемента (БПЦ), решает не только экономическую задачу, но и значительно улучшает экологическую ситуацию в районах месторождений.

Вовлечение нового вида минерального сырья - пирофиллитсодержащих горных пород (111 II) - с организацией производства БПЦ в Уральском регионе позволяет также решить проблему высоких требований к минеральному сырью для данного вида продукции и расширить минерально-сырьевую базу. Актуальность проблемы разработки состава сырьевой смеси для изготовления клинкера и технологии производства БПЦ подтверждается запросами цементных заводов, а также различных отечественных и иностранных компаний.

В связи с актуальностью указанной проблемы на кафедре геоэкологии ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» были разработаны принципы использования вскрышных отходов, подобран состав сырьевой смеси и разработана технология производства БПЦ с повышенной белизной. Данная технология отвечает современным требованиям ресурсо- и энергосбережения и является эффективным способом производства строительных материалов.

Цель работы - разработать способ рационального использования пирофил-литсодержащих ТМО колчеданных месторождений Южного Урала в технологии производства БПЦ.

Для реализации поставленной цели исследований необходимо было решить следующие задачи:

• изучить геоэкологические условия размещения пирофиллитсодержащих ТМО месторождений Уральского региона;

• установить возможность использования пирофиллитсодержащих ТМО и сульфатсодержащих отходов в качестве сырьевого компонента и добавки-минерализатора при обжиге клинкера, изучить особенности их взаимодействия и основные строительно-технических свойства БПЦ на их основе;

• разработать ресурсо- и природоохранную технологию получения клинкера БПЦ с использованием сульфатсодержащих отходов и пирофиллитсодержащих вскрышных пород в качестве сырьевых компонентов, основываясь на особенностях термодинамических реакций взаимодействия сырьевых материалов и механизме реакций образования клинкерных минералов, влияющем на структуру клинкерных минералов БПЦ.

Идея работы заключается в разработке ресурсосберегающей природоохранной технологии изготовления БПЦ с использованием вскрышных пород колчеданных месторождений, содержащих пирофиллит, в качестве сырьевого компонента, что позволит снизить воздействие имеющихся отвалов на экологическую ситуацию районов их локализации.

Методы исследований:

• анализ научной литературы и патентов в области возможностей рационального использования минеральных ресурсов месторождений;

• научная систематизация и группирование известных и разработанных автором возможностей экологически щадящего освоения пирофиллитсодержащих ТМО;

• лабораторные эксперименты и опытно-промышленные испытания.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

• впервые предложено рациональное использование пирофиллитсодержа-щих ТМО колчеданных месторождений Южного Урала в промышленном производстве БПЦ в качестве сырьевого компонента при обжиге клинкера;

• рациональное использование в качестве сырьевого алюмосиликатного компонента исследуемых пирофиллитсодержащих ТМО экспериментально обосновано выявленными физико-химическими и термодинамическими особенностями процессов клинкерообразования при пониженной температуре, что обусловлено теплотой разложения пирофиллита и высокой химической активностью продуктов реакции дегидратации, а также природной дисперсностью активного ЭЮг в пирофиллитсодержащих породах;

• установлено интенсифицирующее действие на реакции клинкерообразования клинкеров БПЦ фторангидрита и фосфогипса - отходов производства фтористоводородной кислоты, обусловленное снижением вязкости жидкой фазы под комплексным воздействием ионов Б", Р4+ и 8042", что обосновывает утилизацию отходов данных производств в разработанной технологии производства БПЦ.

Практическая значимость диссертационной работы:

1. Разработан способ снижения техногенного атмогенного и гидрогенного воздействия колчеданных месторождений Куль-Юрт-Тау и Гайское путем утилизации отвальной породы в производстве БПЦ.

2. Разработан состав сырьевой смеси на основе пирофиллитсодержащих отходов для промышленного производства БПЦ при пониженных температурах, при этом готовый продукт соответствует техническим требованиям современных нормативных документов. Зарегистрирована заявка на патент Российской Федерации № 2012104505/03(006802) от 11.04.2012 г.

3. Разработаны физико-химические основы и природоохранная технология получения БПЦ с использованием в качестве сырьевых компонентов пирофиллитсодержащих ТМО и отходов производства фтористоводородной кислоты, отличающихся высокой белизной и химической активностью, что позволяет добиться энергосбережения и повышения качества конечного продукта, соответст-

вующего всем требованиям ГОСТ 965-89. Технология производства апробирована при изготовлении опытно-промышленной партии БПЦ в ООО «НордСтэбРаша» в 2012 г.

4. Результаты работы внедрены в учебный процесс по геоэкологическим дисциплинам в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций:

Достоверность полученных результатов работы обеспечена:

• обоснованным комплексом исследований с использованием стандартных и современных методов (рентгенофазовый, дифференциально-термический и электронно-микроскопические анализы);

• использованием поверенного лабораторного оборудования в лаборатории, прошедшей государственную аккредитацию;

• результатами определения свойств опытно-промышленной партии БПЦ, выпущенной по разработанной технологии в ООО «НордСтэбРаша».

Личный вклад автора:

Автор выполнил самостоятельно большую часть экспериментов и проанализировал результаты исследований под руководством научного руководителя. Все защищаемые результаты диссертационной работы получены лично автором или в соавторстве (см. список литературы).

Защищаемые положения:

• рациональное использование пирофиллитсодержащих ТМО в качестве алюмосиликатного компонента при производстве БПЦ снижает интенсивность отрицательного экологического воздействия на окружающую среду в районах локализации колчеданных месторождений за счет ежегодного уменьшения отвалов на 200 тыс. т на исследуемых объектах;

• методами технической минералогии выявлены закономерности взаимодействия карбоната кальция с пирофиллитсодержащим компонентом (температура начала реакции 700 °С) в процессе клинкерообразования, а также обоснованы

составы сырьевой смеси, обеспечивающие энергоемкое экологически безопасное изготовление БПЦ;

• ресурсосберегающая технология промышленного производства БПЦ, основанная на комплексном использовании техногенных отходов пирофиллитсо-держащих вскрышных пород и фторангидрита, позволяет получать высококачественный БПЦ, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 965-89 «Белый портландцемент. Технические условия».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих научных конференциях: Международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов» (Екатеринбург, 2013 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение» (Пенза, 2010 г.); Уральской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2003 г.).

Публикации. Основные результаты исследований и положения работы опубликованы в 5 печатных работах, в том числе в ведущих рецензируемых изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК, - 2, получено «Уведомление о положительном результате формальной экспертизы» заявки на выдачу патента РФ № 2012104505/03(006802) от 11.04.2012 г.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка, приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста и содержит 22 таблицы, 30 рисунков, список литературы из 148 наименований.

Работа выполнена на кафедре геоэкологии ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

ГЛАВА 1. УСЛОВИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКУЮ БЕЗОПАСНОСТЬ

Негативное воздействие на окружающую среду оказывает производственная деятельность горнодобывающих предприятий, что выражается в загрязнении атмосферного воздуха, воздействии на почвы, поверхностные и грунтовые воды, происходит сокращение площади земель сельскохозяйственного назначения с одновременным снижением их плодородности, нарушаются гидрологический и гидрогеологический режимы прилегающей территории. Основными загрязняющими факторами являются сточные техногенные воды с высоким содержанием тяжелых металлов и других элементов, а также запыленный воздух с большим содержанием взвеси.

1.1 Геологические особенности района размещения колчеданных месторождений Гайское и Куль-Юрт-Тау

Колчеданные месторождения - залежи сернистых (сульфидных) соединений металлов в недрах Земли, имеющие промышленное значение. Разделяются на серно-колчеданные, медно-колчеданные и полиметаллически-колчеданные месторождения. В рудах серно-колчеданных месторождений преобладают сульфиды железа - пирит, пирротин, марказит. В рудах медно-колчеданных месторождений, кроме того, присутствуют минералы меди - халькопирит, борнит, халькозин.

Колчеданные месторождения формируют залежи сплошных или массивных, а также вкрапленных руд. Эти залежи имеют форму пластов, линз, штоков и жил длиной до 5000 м, мощностью до 250 м, глубиной распространения до 2000 м. По условиям образования и нахождения колчеданные месторождения тесно связаны с основными вулканическими породами, излившимися на дне древних морей и формирующими протяженные офиолитовые пояса, характерные для ранней стадии геосинклинального развития. Колчеданные месторождения входят в состав таких вулканических поясов, образуя прерывистые цепи длиной до нескольких

тысяч км. Формирование данного типа месторождения обусловлено вулканическими процессами. Они возникают на поздней стадии вулканических циклов, после смены излияния основной магмы щелочными и кислыми лавами, сопровождающимися бурным выделением вулканических газов и жидких растворов. Такие растворы выносят большое количество металлов, которые соединяются с сернистыми возгонами и отлагаются в виде сульфидов.

На Урале проявления базальтоидного вулканизма и рудоносные формации установлены в трех эвгеосинклинальных зонах автономного развития (Тагило-Медногорской, Западно-Магнитогорской и Восточно-Магнитогорской), соответствующих среднеордовикско-венлокскому, верхнесилурийско-среднедевонскому и верхнесилурийско-франскому вулканическим циклам. Рудовмещающие разрезы указанных зон имеют как общие черты, так и существенные различия. Однако оруденение во всех зонах многоярусное [45, 69, 98].

Месторождение Куль-Юрт-Тау совместно с уже отработанными полиметаллическими месторождениями Графское, Троицкое, Новотроицкое образует единое рудное поле размером 2x3 км [5, 44]. Большая часть его территории закрыта аллювиальными и делювиальными отложениями. Рудное поле находится в северной части Баймак-Бурибайской вулканической зоны. Его меридиональные границы определяются площадью развития одноименного колчеданоносного комплекса, имеющего, по данным В. А. Маслова [69], эйфельский возраст. Строение рудного поля осложнено Западно-Ирендыкским разломом, имеющим протяженность около 70 км и крутое восточное падение (60-90°). Разлом является долгоживущей структурой, поскольку он заложился в среднем девоне, определяя границу Баймак-Бурибайской и Ирендыкской вулканических зон, наиболее значительные перемещения происходили в карбоне [44, 69]. Зона разлома имеет ширину от 200 до 1800 метров и представлена серией субмеридиональных зон рассланцевания и дробления [41]. Зафиксированы отдельные разрывы субширотного и северовосточного простирания, по которым смещены отдельные отрезки зоны.

Важными элементами структуры рудного поля являются две зоны интенсивно рассланцованных и гидротермально измененных пород [42]. В восточной

зоне серицит-хлорит-кварцевых метасоматитов, прослеживающейся на 2500 м при ширине 50-100 м, располагались небольшие линзо- и жилообразные залежи золотосодержащих медно-цинковых руд. Падение зоны восточное под углом 6070°. Тектоническое воздействие проявилось в слабом рассланцевании серицит-кварцевых метасамотитов и в формировании сланцевых текстур пирофиллитсо-держащих разновидностей. В западной зоне пирофиллит-кварцевых сланцев и кварцитов располагается серноколчеданная линза месторождения Куль-Юрт-Тау (рисунок 1.1). Данная зона имеет ширину 100-250 м и протяженность около 4 км; залегание ее субвертикальное. Наряду с серноколчеданной минерализацией в пределах зоны зафиксирована вкрапленность и прожилки молибденита.

Месторождение Куль-Юрт-Тау открыто в 1914 г. Южно-Уральским Горным Акционерным обществом, хотя золотоносные бурые железняки зоны окисления месторождения эпизодически разрабатывались еще в