Пути развития железорудной базы Челябинской области

И. В. Жилин, Н.А. Плохих

Пути развития железорудной базы Челябинской области

Урал в недавнем прошлом являлся важнейшим горнорудным районом, на базе которого была создана современная металлургическая промышленность.

К настоящему времени богатые железом месторождения скарново-магнетитовых руд в значительной степени отработаны. В Челябинской области к их числу относится Магнитогорское месторождение с начальными запасами более 0,5 млрд т. Разрабатываемое месторождение Малый Куйбас, а также резервные месторождения Круглогорское и Теченское, многие малые месторождения не обеспечивают потребности черной металлургии Челябинской области, вовлечение в разработку некоторых из них затруднительно по горно-техническим и экологическим причинам. Реализация крупных прогнозных ресурсов [6; 7] требует больших затрат на геолого-поисковые работы, которые в современных условиях маловероятны. Доля местных руд в сырьевом балансе даже при вводе в эксплуатацию Круглогорского и Теченского месторождений будет составлять примерно 20-25%, и металлургические предприятия Челябинской области в ближайшей перспективе будут ориентированы на дорогостоящее привозное сырье

В этих условиях на повестку дня ставится вопрос об использовании в металлургии относительно бедных (15-20% железа) вкрапленных титаномагнетитовых руд, генетически связанных с магматическими породами.

Урал является крупнейшей в мире титаномагнетитовой провинцией с огромными ресурсами вкрапленных железных руд. По вещественному составу, структурнотекстурным особенностям и форме рудных тел титаномагнетитовые месторождения Урала делятся на две группы: мало-среднетитанистые (качканарско-волковский тип) и высокотитанистые (кусинско-куйбасовский тип), причем в черной металлургии для выплавки чугуна и стали пока используются только ванадийсодержащие вкрапленные руды качканарско-волковского типа, связанные с пироксенитами и габброидами Платиноносного пояса Урала (Свердловская область). В Челябинской области установлены также месторождения вкрапленных низкотитанистых магнетитовых руд, которые пока не используются.

К качканарско-волковскому типу относится Качканарская группа месторождений в Свердловской области. Ее значение для развития черной металлургии Среднего Урала трудно переоценить. На базе Качканарского месторождения с разведанными запасам 12,6 млрд т в 1963 году введен в строй Качканарский ГОК с ежегодной добычей сырой руды порядка 40-42 млн т, содержащей 16% железа, из которой изымается 7,7 млн т концентрата с содержанием железа 61,45% и ванадия 0,6%.

Полученный железо-ванадиевый концентрат превращается в агломерат (2,9 млн т в год) и окатыши (3,1 млн т в год), отгружаемые заводам-потребителям, в том числе ММК и ЧМК (ОАО «Мечел»).

Следует подчеркнуть, что Качканарский ГОК устойчиво и рентабельно работает на протяжении 40 лет, постоянно повышая качество товарной продукции.

В Челябинской области представителями этого типа руд являются месторождения, связанные с ультраосновными массивами - Суроямским (11 млрд т прогнозных ресурсов), Амамбайским (4 млрд т), Субутакским (1,5 млрд т), Кондуровским (0,5 млрд т). Общие прогнозные ресурсы малотитанистых руд по Челябинской области составляют 17-20 млрд т со средним содержанием железа 14-15%.

Особый интерес представляет Суроямский массив щелочных пироксенитов, площадь которого 15 км2. Он находится в 25 км на юго-восток от г. Нязепетровска, имеет линейно-зональное строение, при этом центральная его часть сложена магнетитовыми клинопироксенитами, а краевая - апатит-магнетитовыми пироксенитами.

Оруденение представлено вкрапленностью и жильно-шлировыми обособлениями титаномагнетита (б-25% объема породы) с очень низким содержанием двуокиси титана (в среднем 1,99%), близким к содержанию двуокиси титана в некоторых скарново-магнетитовых месторождениях (например, в Естюнинском).

По содержанию общего железа (14-15%) пироксениты Суроямского массива близки к качканарским, отличаясь от них более легкой обогатимостью и повышенными содержаниями фосфора (3-4%), меди, золота, платиноидов (палладия и платины), теллура, германия и других ценных компонентов.

Выходы магнетитового концентрата на Качканарском и Суроямском месторождениях близки и составляют в среднем 1б%.

Всего на Суроямском месторождении может быть получено 1,5 млрд т ванадийсодержащего магнетитового концентрата с содержанием железа 5б,5-б5,8%, 144 млн т апатитового концентрата с содержанием Р2О5 25-33%, медного концентрата с содержанием меди 18,4%, количество которого пока не оценено. Содержание вредных примесей в магнетитовом концентрате: серы - следы, фосфора 0,05-0,1% при допустимых содержаниях в доменных рудах 0,3%, в мартеновских - 0,15%.

При комплексной переработке руды Суроямского месторождения из ряда бедных по ведущему металлу (железу) могут перейти в разряд экономически выгодного сырья с высоким уровнем рентабельности, которая, по предварительным данным, составит 810%.

Перед вводом в эксплуатацию Суроямского месторождения требуется проведение дополнительных геологоразведочных работ с целью уточнения геологического строения массива и перевода прогнозных ресурсов в промышленные запасы с постановкой на производственный баланс. Необходимо отобрать большую заводскую пробу суроямских руд и окончательно установить пригодность их использования на металлургических предприятиях Челябинской области.

В восточной части Магнитогорского прогиба в Амамбайской зоне располагается ряд массивов пироксенитов (Субутакский, Сахаринский, Кондуровский и другие), которые прорываются габброидными и сиенитовыми интрузивами.

Амамбайский массив по вещественному составу и происхождению сходен с Суроямским, однако содержание валового железа здесь несколько меньше (в среднем 13%). Главным рудным минералом является малотитанистый титаномагнетит, содержание которого меняется от 0 до 30%. В небольших количествах отмечены ильменит, халькопирит, пирит, пирротин, платиноиды. В клинопироксенитах почти постоянно присутствует апатит в количестве от 0,1 до 5,2%, редко 8-10%, в среднем 3-4%. Содержание меди участками повышенное, достигает 0,23%.

Субутакский массив расположен в 4 км к юго-западу от ст. Субутак, приурочен к Браиловскому разлому. Длина массива 5,5 км, ширина 0,4-1,2 км. Титаномагнетитовое оруденение установлено в габбро, пироксенитах, горнблендитах в виде вкрапленников, гнезд и шлиров. Содержание валового железа в пироксенитах колеблется от 9,07 до 1б,9б%.

Проявления вкрапленных титаномагнетитовых руд известны и в других габбро-гипербазитовых массивах Челябинской области. Необходимо дальнейшее изучение

промышленноо значения руд этого типа, запасы которых составляют десятки миллиардов тонн.

К волковскому типу относятся вкрапленные руды Погорельского массива (Остро-ленская железорудная зона). Оруденение приурочено к габбро-диоритовому массиву, расположенному в 40 км к северо-востоку от г. Магнитогорска. К пироксеновому и оли-вин-пироксеновому среднезернистому габбро приурочены вкрапленные железные руды. Рудные минералы - магнетит, мартит, титаномагнетит, халькопирит, рутил, борнит. Присутствует апатит. Среднее содержание железа по имеющимся пробам 14,8%, двуокиси титана 1,38%, пятиокиси ванадия 0,11%, меди 0,58%. В связи с высоким содержанием меди, ванадия участок рассматривается как комплексный ванадий-медно-железный. Выявлено пять площадей интенсивного магнитного поля, где возможны высокие содержания железа. Запасы вкрапленных руд оцениваются в 2 млрд т, в них

2,5 млн т меди.

К типу высокотитанистых руд относятся месторождения Кусинское, Копанское, Чернореченское, Медведевское, Маткальское, которые генетически связаны с габброи-дами миогеосинклинали (Западный склон Урала). Наряду с вкрапленными в габбро отмечаются массивные руды с резкими контактами.

Главным представителем высокотитанистых месторождений является Кусинское месторождение, расположенное в 23 км к северу от г. Златоуста. Руды этого месторождения в процессе магнитной сепарации легко разделялись на титановые и железные (распад тинаномагнетита при метаморфизме), поэтому месторождение отработано. В руде железа 42-51%, двуокиси титана 10-14%, пятиокиси ванадия 0,7-0,8%, трехокиси хрома 0,91%.

Рудоносная зона приурочена к межпластовому массиву габбро верхнепротерозойского возраста, прослежена по простиранию на 12 км. Рудные тела залегают согласно с полосчатостью и постепенно переходят в безрудное габбро.

По относительному содержанию обособленных зерен ильменита выделяются иль-менитовые и ильменит-титаномагнетитовые руды. В ильменитовых рудах содержится железа 14,25%, а в ильменит-титаномагнетитовых - 23,1%.

Рудоносный Медведевский габброидный массив имеет длину 12 км при ширине

1,5-2 км. Рудные тела не имеют четких границ и представлены двумя зонами вкрапленных руд. Среднее содержание железа валового в ильменитовых рудах 14,73%, а в титаномагнетитовых 22,34%.

Копанское месторождение сложено рудами, в которых магнетита 20-80%, ильменита 10-30%, характерно тесное срастание этих минералов. Железа во вкрапленных рудах 24,98%, в сплошных - 45,1%, двуокиси титана соответственно б и 10,9%, пятиокиси ванадия 0,22 и 0,57%, в сплошных рудах окиси марганца 0,33%, трехокиси хрома 0,45%, окиси никеля 0,09%.

Отработка месторождений высокотитанистых титаномагнетитов требует создания специальных металлургических технологий. В этом отношении достигнут большой прогресс, однако на действующих предприятиях использование высокотитанистых титано-магнетитовых руд очень ограничено.

Плавка на высокотитанистой шихте - одна из самых трудных в доменной практике. В Японии установлено, что максимальное содержание титана в доменной шихте должно быть до 28 кг на 1 т чугуна. Но и в этом случае на лещади и в горне образуются настыли из карбидов титана, приводящие к выходу из строя шлаковых фурм и наруше-

нию ровности хода печи. Поэтому в Японии в шихте принято содержание окиси титана не более 10 кг на 1 т чугуна [8].

В качканарском сырье примерно 48-50 кг окиси титана на 1 т чугуна. Создана специальная технология по его переработке. Доменные печи НТМК работают на сырье (мас. %):

Feобщ FeO TiO2 CaO SiO2 AI2O3 V2O5 S

Агломерат 5б,53 14,22 2,59 б,б3 5,24 2,85 0,552 0,01 б

Окатыши 58,б2 2,42 2,57 4,93 3,92 2,45 0,555 0,010

Отработан шлаковый режим. В шлаках двуокиси титана 9,04%, пятиокиси ванадия

0,22%, окиси железа 0,49%. Выход шлака уменьшен. Применено жидкое топливо (мазут), природный газ, обогащенное кислородом дутье. Идут подборки всех деталей процесса. Получается ванадиевый чугун с 0,451% ванадия, 0,23% титана, 0,028% серы [8].

В Суроямском железном концентрате содержится (мас. %):

Бєо6щ FeO TiO2 CaO SiO2 AI2O3 V2O5 S

б2,15 27,б0 1,78 2,б0 4,74 1,4б 0,34 <0,05.

Здесь больше железа, меньше титана, кальция, алюминия.

Использование в металлургии концентратов высокотитанистых титаномагнети-товых руд в больших количествах затруднительно из-за повышенного содержания в них титана. Интересны поэтому вкрапленные магнетитовые, убогие скарново-магнетитовые, метаморфогенные магнетитовые руды с пониженным содержанием железа. Эти руды практически не содержат примесей, в том числе титана, хорошо обогащаются. К этому типу месторождений можно отнести выходящее на поверхность земли Вишневское месторождение, расположенное к северу от п. Кидыш (массивные и прожилковые руды с Р2 150 млн т), Аминевское месторождение (вкрапленные руды в сланцах, железа магнетитового порядка 20%, Р2 400 млн т), Верхнеуральское месторождение (магнетитовые роговики - 1,5 млрд т), проблематичное Татищевское рудопроявление (пока здесь известна гигантская магнитная аномалия обратного знака, прогноз - миллиарды тонн), насыщенные магнетитом ультраосновные породы юго-востока области. К этому же типу относятся ждущие своего потребителя месторождения Тараташской группы. Допущенные в свое время неточности в подсчете запасов определили негативное отношение к этим месторождениям.

На Куватальском месторождении, например, до глубины 100 м подсчитано

121,5 млн т магнетитовых руд с содержанием магнетитового железа 23,2%. Это намного больше, чем в титаномагнетитовых рудах. Доказана возможность переработки этих руд на обогатительном комплексе ММК с использованием концентратов при производстве агломерата в смеси с ахтенскими и бакальскими сидеритами. Куватальское месторождение с запасами железистых кварцитов 380 млн т отнесено к резервным, но в настоящее время оно заслуживает переоценки.

Разведанные запасы Бакальского месторождения сидеритов на январь 1995 года -1012 млн т. Среднее содержание железа 31,1%. По металлургическому эквиваленту они не уступают рудам с железом 58-б0%. Они сдержат до 2% легирующей примеси марганца, могут частично заменять флюсы доменной плавки. Скорость восстановления обработанных высокотемпературным обжигом или агломерацией сидеритов в атмосфере СО в 1,5—2,0 раза выше, чем из концентратов магнетитовых руд. На них на 180 кг/т ниже расход кокса. Рудоуправление способно довести содержание железа в агломерате до

48,5-50%, в сыром кусковом и мелком сидерите - до 34,5%, в брикетированном концентрате - 53,5% [5].

Сидериты Бакальского месторождения кроме железа содержат 9-10% окиси магния. Оксид магния в руде химически связан с железом, поэтому при обычном обогащении переходит в концентрат. Многолетние исследования ЧелНИИМа установили, что переплавлять одну сидеритовую руду практически невозможно из-за получения высокомагнезиальных шлаков, имеющих высокую вязкость. Необходимо смешивать сидериты с рудами с низким содержанием окись магния [1].

В мировой практике известны специальные приемы подготовки сидеритов к плавке, основанные на разрыве химической связи оксидов железа и позволяющие получать концентраты с низким содержанием окиси магния. В частности, установлена принципиальная возможность пирометаллургического обогащения сидеритов с получением высококачественного металлизованного концентрата. Но для организации такого производства нужны большие затраты [1].

Таким образом, мы приходим к выводу, что наиболее эффективным и реальным направлением развития железорудной базы Челябинской области является разведка и последующая разработка месторождения вкрапленных малотитанистых титано-магнетитов. В северной части области, ориентированной на ОАО «Мечел», это Суроям-ское месторождение. В южной части (в сфере интересов ММК) это, прежде всего, Погорельское месторождение руд волковского типа.

Список литературы

1. Вяткин Г.П., Морозов А.Н. Оценка возможности использования местного железорудного сырья металлургическими заводами Челябинской области // Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала: Межгос. науч.-техн. конф. Челябинск, 1995.

2. Геология СССР. Т.Х11. Ч. 1. Кн. 2. М.: Недра, 1969.

3. Жилин В.И., Петров, Г.Ф.Селиверстов. Суроямское месторождение ванадий-апатит-титаномагнетитовых руд // Разведка и охрана недр. 1969. №8.

4. Жилин И.В., Плохих Н.А. Суроямское месторождение комплексных ванадий содержащих руд - важнейшая потенциальная сырьевая база для черной металлургии Челябинской области // Современное состояние и перспективы использования сырьевой базы Челябинской области: Сб. науч. ст. науч.-практ. конф. / Администрация Челябинской области. Челябинск, 2000.

5. Красноборов В.А., Морозов В.А., Ярошевский С.Л. О состоянии сырьевой базы, рудоподготовки сидеритов, возможных объемах производства и потребления железорудной продукции Бакала // Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала: Межгос. науч.-техн. конф. Челябинск, 1995.

6. Плохих Н. А. Прогнозные ресурсы магнетитовых руд Челябинской области // Там же.

7. Плохих Н.А. Перспективы развития базы черной металлургии Южного Урала (железо, хром, марганец) // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века: Сб. науч. тр. Т. I. Магнитогорск: МГМА, 1996.

8. Титаномагнетиты и металлургия Урала. Свердловск, 1982.