МАРГАНЦЕВЫЕ РУДЫ. СЫРЬЕВАЯ БАЗА МАРГАНЦЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ КАЗАХСТАНА И НАУЧНЫЕ АСПЕКТЫ ЕЕ РАЗВИТИЯ

АННОТАЦИЯ

Вопрос марганцевой сырьевой базы является стратегическим практически для любой технически развитой страны, так как ни одна марка стали не может быть произведена без добавки марганца.

Ключевые слова: марганец, руда, сырьевая база.

Запасы марганцевых руд 90% объёма минерального сырья Казахстана представлены железомарганцевыми рудами, которые характеризуются низким содержанием марганца и высоким железа и кремнезёма и не пригодные для выплавки ферросплавов [1].

Большая часть марганцевой руды (~95%) используется для получения различных ферросплавов, идущих на выплавку стали, и лишь 5% расходуется на производство химических продуктов и специальных сплавов. При этом расход марганцевой руды зависит от ее качества и марки стали и колеблется от 5 до 10 кг/т стали. За последние 10 лет годовое производство стали в мире составило 720-750 млн. т, в связи с чем необходимо констатировать, что добыча марганцевой руды будет находиться на достаточно высоком уровне [2].

Сырьевая база производства ферросиликомарганца в Казахстане (второе место в СНГ по запасам марганцевых и железомарганцевых руд) обеспечивает освоение выплавки низкофосфористого (с содержанием <0,15%Р) сплава. Прогнозные запасы марганцевых руд Центрального Казахстана совместно с разведанными месторождениями составляют 700 млн. т [3].

Детально разведанные месторождения (Западный, Восточный и Дальневосточный Каражал, Большой Ктай, Ушкатын I и III) вмещают 473 млн. т марганцевые руды представлены осадочно метаморфизированными типами и объединены в три группы: Атасуйскую (Каражальскую), Ушкатынскую и Жездинско-Улутаускую, включающие почти все (>99%) разведанные запасы марганцевых руд. Руды указанных руд представлены окисными (первичными) и окисленными (пористыми) разностями. В настоящее время разрабатываются в основном месторождения со значительными запасами окисных руд: Большой Ктай, Западный, Восточный и Дальневосточный Каражал, Промежуточное, Жезды и Ушкатын III. Эксплуатируются месторождения Промежуточное (продолжение Жездинского) и Жездинско-Улутауской группы, а также Западный и Восточный Каражал, Большой Ктай и Ушкатын III. В настоящее время идут подготовительные работы по введению в эксплуатацию и утверждению запасов месторождения Тур, являющегося сырьевой базой Аксуского завода ферросплавов при производстве силикомарганца.

Руды месторождения Западный Каражал представлены первичными гаусманито-браунитовыми, якобситовыми и вторичными браунито-псиломелановыми и псиломелановыми. Наиболее распространенными нерудными минералами в составе руд являются карбонаты, кварц и барит. Основной рудный минерал – браунит, реже встречается гаусманит. Браунито-псиломелановые (окисленные) руды распространены в коре выветривания и составляют около 8% запаса месторождения. Средний химический состав первичной марганцевой руды,%: марганца 22-25, железа 6-13, кремнезема 11,76, глинозема 2,6, окиси кальция 15,92, окиси магния 1,52, фосфора 0,03, п.п.п. 14,17. Состав окисленной марганцевой руды, %: марганца 14,94, железа 9,93, кремнезема 19,54, глинозема 4,41, окиси кальция 3,37, окиси магния 0,58, фосфора 0,05, п.п.п. 9,33. Среднее содержание марганца в первичных и окисленных рудах не более 26%, а железа от 6 до 13%. Содержание марганца в первичных рудах ниже, чем в окисленных. Первичные руды характеризуются высокой основностью (CaO+MgO/SiO₂=1,21) и относятся к категории самоплавких, основность окисленных руд 0,17.

Таблица 1.

Разведанные и прогнозируемые запасы марганцевых руд Казахстана

Среди марганцевых руд месторождения Восточный Каражал выделяются следующие типы: гаусманито-браунитовые, якобситовые и псиломелановые. Руды основного и параллельного пластов по минералогическому составу и физическому сложению не отличаются друг от друга. Лишь в зоне выветривания, где марганцеворудная залежь представлена псиломелановыми рудами, руды основного пласта отличаются более плотным сложением (плотные слои в них преобладают над порошковатыми). Главным составляющим компонентом рудной залежи в первичной зоне являются гаусманито-браунитовые руды со следующим химическим составом, %: марганца 27, железа 12,3, кремнезема 19,8, глинозема 5-7, окиси кальция 10-12, фосфора 0,05. Псиломелановые руды  подразделяются по химическому составу следующим образом, %: параллельный пласт –28,8 марганца, 11,5 железа, 16,5 кремнезема, 0,06 фосфора; основной пласт – 37,5 марганца, 9,05 железа, 10,4 кремнезема и 0,05 фосфора. Из флюсообразующих компонентов псиломелановые руды содержат, %: окиси кальция 3,1, окиси магния 0,98 и глинозема 3-7.

Рисунок 1. Марганцовая руда

Марганцевые руды месторождения Большой Китай представлены браунито-псиломелановыми рудами. Основные рудообразующие минералы в них – псиломелан и пиролюзит, встречаются браунит, а также минералы группы железа: гематит и магнетит. Нерудными минералами являются кварц, кальцит и каолинит. В месторождении имеются два пласта марганцевых руд: верхний и нижний, залегающие от них пластами бедных железомарганцевых руд. Минимальное содержание марганца для верхнего пласта 12, максимальное 50-55%, для нижнего – минимальное 15, максимальное 50-55%.

Марганцевые руды (браунито-псиломелановые) месторождения Большой Ктай по своим физическим свойствам подразделяются на кусковато-массивные и порошковатые, последние встречаются в незначительных количествах и образуют прослойки среди плотных руд.

Месторождение Дальний Восток входит в состав Атасуйской группы и является продолжением месторождения Восточный Каражал [4]. Марганцевые руды его представлены первичными браунито-гаусманитовыми, родохро-зитовыми и в небольшом количестве якобситовыми разностями. В коре выветривания развиты псиломелановые и пиролюзитовые руды. Наиболее распространенные нерудные минералы – карбонаты и кварц. В рудной залежи выделяются два типа руд: марганцевые (окисные и карбонатные) и железомарганцевые бедные.

Таким образом, можно сделать вывод, что марганцевые руды Атасуйской группы характеризуются низким содержанием марганца и высоким железа (кроме месторождения Дальний Восток) и кремнезема и относятся к бедным марганцевым рудам, которые непригодны для выплавки ферросплавов без предварительной подготовки. Исключение составляют ферромарганцевые руды месторождения Большой Ктай, 8% запаса которых могут быть использованы для выплавки ферромарганца без обогащения. Ценным во всех указанных рудах является низкое содержание фосфора (отношение фосфора к марганцу равно 0,001-0,003).

Основным рудообразующим минералом марганцевых руд Джездинского месторождения является браунит, составляющий 80-90% от общего количества марганцевых минералов в руде; 10-20% марганца находятся в виде пиролюзита, псиломелана и манганита [5]. Содержание марганца в целом по месторождению колеблется от 10 до 41%, составляя в среднем 20%, железа – от 1,3 до 4,7 (среднее 2,7%), кремнезема – около 40-44%, фосфора – 0,01-0,06% (среднее 0,03%). Для джездинских марганцевых руд характерно низкое содержание фосфора и высокое кремнезема. В руде содержатся десятые доли процента свинца, сотые – меди и титана, тысячные – кобальта, молибдена, а также таллия.

Марганцевые руды месторождения Ушкатын III по качеству превосходят никопольские. Среднее содержание марганца в окисленных рудах составляет 28,3%, а в первичных – 23,53%. Высокое содержание марганца и низкое фосфора в этих рудах определяют их как источник высококачественного сырья для производства марганцевых сплавов. В то же время разведанные запасы марганцевых руд сравнительно невелики, поэтому требуется особо бережное отношение к рудам этого месторождения и максимальное использование марганца в процессе подготовки руды и выплавки сплавов.  Химический состав марганцевого концентрата Жайремского ГОКа, полученного из ушкатынских руд, меняется в широком интервале по содержанию марганца (30-58%).

При электротермической выплавке низкооуглеродистого ферромарганца (78% Mn, 6,5% С, не более 2% Si, остальное железо – 13%) к сырью предъявляются жесткие требования. Соотношение Mn/Fe в металле должно соcтавлять 6. так как коэффициент перехода железа в металл при электроплавке составляет 95%, а содержание марганца – от 55 (при бесфлюсовом способе) до 75-80% (при флюсовом), то соотношение  Mn/Fe в концентрате для получения стандартного высокоуглеродистого ферромарганца должно быть не менее 8, поэтому руды месторождения Ушкатын III, содержащие 35-45% Mn и имеющие отношение  Mn/Fe>8, особенно пригодны для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца без предварительной подготовки. Главным достоинством марганцевого сырья Казахстана является низкое содержание (0,05-0,06%) фосфора в них, что обеспечивает получение низкофосфористых ферросплавов, например высокоуглеродистого ферромарганца с содержанием фосфора <0,25%. В настоящее время при использовании концентрата с высоким содержанием марганца (52-55%) это соотношение составляет 10-12. Чтобы довести концентрат по требованию стандарта до необходимого соотношения Mn/Fe, технологи используют железорудные окатыши, железную руду и другие железосодержащие материалы. Рациональнее вместо последних использовать железомарганцевые разновидности сырья [6].

В республике в год производится 500 тыс.т ушкатынского концентрата (30-40% Mn, 10% SiO₂ , 12% Fe). При этом поставляются концентраты ушкатынские: кусковые (фракции 10-100 мм) и отсевы (фракции 0-10 мм), а также жездинские (фракции 0-2мм). Ушкатынские кусковые концентраты пригодны для электроплавки без предварительной подготовки, а концентраты фракций 0-2 и 0-10 мм – только в окускованном виде. Из 700 тыс.т марганцевого сырья Казахстана 500 тыс.т концентрата с содержанием марганца 40 (35-40)% и отношением Mn/Fe>8 пригодно для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца сортов IA и IB. Остальной объем марганцевых концентратов будет первоначально использован для получения ферросиликомарганца (ФСМ) – нестандартного силикомарганца ФСМ-52 и ФСМ-60 с содержанием марганца в пределах 53-65% по ТУ 650 РК 7614-005-94, но с низким (<0,25%) содержанием фосфора против обычного (0,35%) по ГОСТ 4756-91. Для стабилизации состава впервые осваиваемого в металлургии Казахстана ферросиликомарганца специалисты ОАО «ArcelorMittal» и Химико-металлургического института выработали унифицированное требование к марганцевому сырью (ТУ 650 РК 7614-004-94).

К настоящему времени отработаны промышленные схемы обогащения руд новых месторождений (Камыс, Жомарт, Богач, Тур и др.), выполняются работы по расширению сырьевой базы производства ферромарганца, совершенствованию технологии и утилизации отходов. Разработана и успешно испытана в полупромышленных и промышленных условиях технология выплавки малофосфористого высокоуглеродистого ферромарганца из концентратов окисленных руд месторождения Ушкатын III.

Концентраты, полученные из окисных руд месторождения Ушкатын III на заводе «Сибэлектросталь», были подвергнуты испытаниям при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца в полупромышленной печи мощностью 1600кВА УкрНИИ-спецстали. При этом использовали концентраты фракций 25-8 мм пробы 2 сорта и вводили расчетные количества коксика, известняка и железной стружки. Получен стандартный высокоуглеродистый ферромарганец с 0,06-0,1% Р при извлечении в сплав марганца 77-80% и кратности шлака 1,1. При этом исключена необходимость подшихтовки малофосфористого шлака (как принято в действующем производстве), что определяет более высокие технико-экономические показатели процесса по сравнению с существующей технологией. Числитель - кусковый концентрат, знаменатель - брикеты.

Концентрат фракции 25-8 пробы 1 (с более высоким содержанием железа) пригоден для выплавки низкофосфористого высокоуглеродистого ферромарганца в смеси с концентратом фракции 25-8 мм пробы 2 в соотношении 3:7, что примерно отвечает соотношению запасов указанных разностей первичного сырья на месторождении.

Мировые запасы марганцевых руд оцениваются примерно в 4,8 млрд т, причем только 11% из них приходится на бедные руды, основные запасы которых (~80%) находятся в Украине. В то же время в общем балансе добытых марганцевых руд доля бедного сырья составляет 57%, от которых 40% приходится на долю Украины.

Список литературы:

1. Крамаров А.Д., Сахарук С.А., Шипулин П.П. Опыты по выплавке малоуглеродистого и безуглеродистого ферромарганца // Материалы I Всесоюзной конференции по ферросплавам. – М. : ОНТИ, 1935. – С. 207–236.
2. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.metalresearch.ru.
3. Информационный обзор. Рынок марганцевых ферросплавов. III кв. 2009 информационный сайт metaljournal.com.ua.
4. Святов Б.А., Толымбеков М.Ж., Байсанов С.О. Становление и развитие марганцевой отрасли Казахстана. – Алматы, 2002. – 416 с.
5. Технология марганцевых ферросплавов. Ч. 1. Высокоуглеродистый ферромарганец / В.И. Жучков, Л.А. Смирнов, В.П. Зайко, Ю.И. Воронов. – Екатеринбург : УроРАН, 2007. – 414 с.
6. Коваль А.В. Электрометаллургическое производство марганцевых ферросплавов в мире: циклические спады и подъемы, прогноз. Никопольский завод ферросплавов // Электрометаллургия. – 2000. – № 4. – С. 25.