Шунгит – перспективы применения в металлургии

 Расширение производства железоуглеродистых сплавов является актуальным в мире. Помимо качества железосодержащего сырья на качество конечной продукции оказывает влияние характеристики углеродной составляющей.

В последнее время, в связи с развитием аналитических и исследовательских методов, одной из важнейших задач является разработка многоуровневой структурной систематики углеродсодержащих соединений как природного, так и синтетического происхождения.

Детальное исследование свойств порошков шунгитовых пород, а также различных композиций с шунгитовым наполнителем, показали определяющую роль «шунгитового углерода» как активной составляющей сложных искусственных систем и природного композита, каким является шунгитовая порода.

Отмечается, что шунгиты Карелии могут широко использоваться в металлургии. К сожалению, на данный момент в этом плане наименее изучен шунгит Зажогинского месторождения.

Считается, что шунгитовые породы могут найти применение в следующих металлургических процессах:

1. При плавке чугуна;
2. При плавке передельного чугуна;
3. В электрометаллургии ферросплавов (ферросилиция, ферросиликохрома и др.);
4. В электрометаллургии цветных металлов;
5. Для производства SiC с целью последующей переработки в огнеупорные и химостойкие материалы, а также для использования в качестве наполнителя в огнеупорных массах;
6. В желобных и ленточных массах в качестве упрочняющей добавки вместо металлургического кокса.

Целью данной работы являлось определить степень пригодности шунгита Зажогинского месторождения для использования в металлургии, для чего было решено методами электронной микроскопии, микро зондового, рентгенофазового и элементного анализа провести исследования по изучению распределения по поверхности шунгита химических элементов, определить наиболее характерные площадки распределения кристаллографических фаз по поверхности образцов и их соотношение.

При проведении исследований использовали дифрактометр ДРОН-3 (Cu-Кa-излучение), рентгенофлюорисцентный микроанализатор IncaEnergy 350 (OxfordInstruments, Англия) и сканирующий электронный микроскоп VegaIILMV (Tescan, Чехия).

На рисунке 1 представлены результаты картирования распределения химических элементов по поверхности шунгита. Полученные данные позволили выделить наиболее характерные площадки с различным содержанием химических элементов. Нумерация площадок определялась ростом суммарного содержания (модулем) C-Si-O. Данные, иллюстрирующие тенденцию изменения суммарного содержания C-Si-O для различных площадок, представлены в таблице 1.

Таблица 1. Изменения суммарного содержания C-Si-O

Исходя из данных исследований в качестве элементов, которые вносят основной вклад в формирование кристаллографических фаз, были приняты: калий, кальций, железо, кремний, углерод, кислород, сера и алюминий.

В ходе исследований были определены следующие фазы:

МусковитK(Al_1.91Fe_0.09)(Si₃Al)O₁₀(OH)₂;

Оксид кремния SiO₂ ;

Ферро-силиций FeSi;

Карбонат кальция CaCO₃;

Пирит FeS₂ ;

Железа оксид Fe₂O₃;

Углерод графитоподобный;

Железо Fe;

Вода H₂O.

На следующем этапе работы было определено усредненное процентное соотношение обнаруженных фаз для площадок, выделенных на рисунке 1.

Поскольку в ходе работы было показано, что выявленные фазы распределены по поверхности не равномерно и их содержание для исследованных площадок может находиться в следующих пределах:

Мусковит - 3,5-14,7 %

Оксид кремния SiO₂ - 5,0-29,0%

Ферро-силиций FeSi - 0,1-2,1%

Карбонат кальция CaCO₃ – 0,1-25,7%

Пирит FeS₂ – 8,8-31,7%

Железа оксид Fe₂O₃ – 0,7-21,3%

Углерод графитоподобный – 16,2-39,1%

Железо Fe– 0,8-31,8%

H₂O – 0,2-1,0.

В связи с вышеизложенным было принято решение при оценке пригодности использования шунгитовых пород в том или ином металлургическом процессе принимать во внимание усредненные показатели фазового состава образцов.

Полученные в ходе экспериментальных исследований усредненные данные cучетом среднеквадратического отклонения представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Среднее распределение фаз по поверхности

В представленных для изучения образцах углерод содержится в виде хорошо окристаллизованной кристаллографической фазы.

Данная фаза характеризуется как графитоподобная модификации Н-2 (учетный номер по базе АSTM 41-1487), совпадение с учетом расположения характеристических линий и их интенсивностей составляет, несмотря на то, что исследовался природный минерал 98,5 %, содержание аморфного углерода при количественном анализе определено не более 4,7-5,2 мас.% от общей массы фазы.

Таким образом, установлено, что хотя шунгит не имеет стабильного распределения фаз по поверхности, но усредненные значения дают основания полагать, что исследованный материал, может быть использован не только как источник углерода при производстве железоуглеродистых сплавов, но и как источник кремния в виде добавок оксида кремния и ферросилиция.

Легирующие и модифицирующие препараты для сплавов черных и цветных металлов, как и широкая гамма фильтров, модификаторов, флюсовых, таблетированных и других материалов для литейного и металлургического производств, промышленно выпускаются ООО «ПромФильтр» (Республика Беларусь). Официальным представителем ООО «ПромФильтр» на территории Украины является компания ООО «Комплекс Плюс» (г. Харьков) т.ф. (057) 7 545 946.

Литература

1. Калинин Ю.К., Калинин А.И., Скоробогатов Г.А./ Шунгиты Карелии – для новых стройматериалов, в химическом синтезе, газоочистке, водоподготовке и медицине// Санкт-Петербург, 2008, с.229.