II Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2010

Площадь отвала Челябинского электрометаллургического комбината (ЧЭМК) составляет около 38 га при высоте откосов около 20 м и мощности тела отвала от 16,4 до 31 м. За время существования отвала в него поступило (млн.т.): шлаков низкоуглеродистого феррохрома - 8,2; углеродистого и передельного феррохрома - 3,3; ферросилиция и ферросиликохрома - 1,0; ферровольфрама - 0,53; ферромолибдена - 0,5; а также шлаки ферросилиция, силикокальция, ферротитана и другие отходы производства (Макаров А. Б., 2006). В западной части отвала преобладает крупноглыбовый материал (шлаки низкоуглеродистого феррохрома), где и были отобраны образцы для исследований.

Все изученные шлаки от производства феррохрома характеризуются наличием стекловатой матрицы в среднем составляющей около 40 % и одинаковым минеральным составом с незначительными вариациями процентного содержания: оливина - 30 %, шпинели - 15 %, пироксена - 10 %, монтичеллита - 4 %, рудного минерала - 1 %.

Преобладающим минералом в этих шлаках является оливин, который чаще всего представлен форстеритом Mg₂SiO₄, или реже смесью форстерита и фаялита. В шлифах шлаков по форме кристаллов выделяются два типа оливина: призматический и игольчатый. Призматические кристаллы оливина встречаются в виде характерных для этого минерала изометричных форм с хорошей огранкой с размерами зерен до 0,2 мм. Игольчатые разности представлены скелетными и дендритными кристаллами. Для них характерны игольчатые, перистые кристаллы длиной от 0,1 до 10-20 мм при ширине 0,01-0,01 мм. Реже встречаются футляровидные кристаллы. Показатели преломления оливина следующие: Ng=1.670 (1.669); Np=1.641 (1.636) (в скобках приведены эталонные показатели форстерита (Флейшер М. и др., 1987)).

Типичным минералом в шлаках производства феррохрома является шпинель (Mg,Fe,)Al₂O₄. Она образует мелкие розовые кристаллы октаэдрического габитуса. В шлифах шпинель окрашена в розовый цвет; встречается в виде скелетных кристаллов, имеет характерные изометричные формы: треугольники, ромбы размерами от менее 0,1 до 0,2 мм. Показатель преломления шпинели равен 1.720 (1.714) (в скобках приведен эталонный показатель (Флейшер М. и др., 1987)).

Монтичеллит CaMgSiO₄ образует тонкие размером от 0,01 до 0,02 мм иголочки белого цвета, которые пересекаясь между собой формируют радиально-лучистые агрегаты. Менее распространены дендритовидные кристаллы монтичеллита бурого цвета. Пироксен (клиноэнстатит) Mg₂Si₂O₆ представлен бесцветными зернами с отчетливо проявленной спайностью в двух направлениях. Помимо обычных кристаллов клиноэнстатит представлен скелетными кристаллами со структурой песочных часов.

По данным силикатного анализа установлено, что главнейшими оксидами шлаков производства феррохрома являются SiO₂, MgO, Al₂O₃. Металлургические шлаки, также как и горные породы, по величине кислотности - основности классифицируются на группы: ультраосновные, основные, средние и кислые. Для определения, к какой же из этих групп относятся изученные нами шлаки, полученные данные силикатного анализа были вынесены на диаграмму «сумма щелочей - кремнезем» классификации вулканических пород  (Классификация..., 1997). На диаграмме видно, что изученные нами шлаки попадают в группу ультраосновных пород в область нормальных пикритов.

Таким образом, на основании проведенных исследований мы заключаем, что металлургические шлаки производства феррохрома ЧЭМК характеризуются определенным набором (парагенезисом или ассоциацией) минералов: форстерит, изоморфная смесь форстерита с фаялитом, моноклинный пироксен, монтичеллит и шпинель. Структуры этих шлаков: стекловатые, шлаковые, шлаковидные со структурой основной массы микролитовой, кристаллитовой, структуры спинифекс. Для частично раскристаллизованых шлаков характерны структуры, приближенные к полнокристаллическим, средне-крупно зернистые, порфировидные. Текстуры: брекчиевые и брекчиевидные, пористые. Следовательно, по минеральному и химическому составам, структурно-текстурным особенностям шлаки производства феррохрома являются техногенными аналогами природных вулканических образований, и ближе всего к нормальным пикритам.