Природные фосфаты и фосфоритная мука. Минералогический состав апатитовых и фосфоритных руд

Лекция №2

Природные фосфаты и фосфоритная мука. Минералогический состав апатитовых и фосфоритных руд. Типы фосфорных руд и месторождений.

План лекции:

1. Природные фосфаты и фосфоритная мука.
2. Минералогический состав апатитовых и фосфоритных руд.
3. Типы фосфорных руд и месторождений.

В мире наблюдается тенденция увеличения потребления минеральных удобрений и, прежде всего фосфорных, используемых для улучшения фосфорного питания растений и почв. Фосфорные минеральные удобрения повышают объемы и качество урожая, ускоряют процессы роста растений и увеличивают их сопротивляемость неблагоприятным климатическим условиям.

В развитии производства минеральных удобрений приоритетным направлением является улучшение структуры и качества готового продукта, а также организация выпуска новых форм удобрений. Особое внимание уделяется расширению производства фосфорных и сложных удобрений.

Казахстан со временем может стать крупнейшим поставщиком минеральных удобрений на мировой рынок. Внутренние потребности наши составляют 2,6 млн. тонн в год. С учетом потребностей продовольственного рынка и мирового спроса на химическую продукцию развитие химии в нашей стране обретает все большую значимость. Сейчас доля химпрома составляет всего один процент, зато в объеме экспорта занимает четыре процента.

Подводя итоги встречи на Жамбылской земле, Президент страны поставил ряд конкретных задач и поручил Правительству разработать план действий. В частности, к 2014 году объем производства минеральных удобрений необходимо довести до трех миллионов тонн в год.

Рекомендуемые материалы

Республика Казахстан – один из крупнейших регионов мира, обладающий значительными запасами минерального сырья и перспективами расширения их использования в химических производствах.

Ресурсы фосфоритных руд Каратау, запасы которых составляют более  15 млрд. тонн, являются основой развития промышленности фосфорных и сложных удобрений Казахстана. Среды фосфоритов Каратау наиболее крупными месторождениями являются Жанатас, Кокджон, Коксу, Аксай и Акжар. Однако запасы богатых руд Каратау истощаются, и в последние годы промышленность по производству минеральных удобрений использует сырье  все более низким содержанием P₂O₅. Вовлечение в оборот низкосортных природных фосфатов является актуальным, так как запасы богатых фосфатных руд постепенно истощаются, а огромные площади под зерновые, овощные и технические культуры остро  нуждаются в удобрениях для получения устойчивого и высокого урожая.

Наличие в Казахстане собственных запасов фосфорсодержащего сырья - фосфоритов Каратау - обеспечивает стабильный объем производства фосфатных удобрений на филиалах ТОО «Казфосфат». Это завод минеральных удобрений (ЗМУ) в Таразе, существующий здесь уже 55 лет, и Степногорский химический завод. Мощность предприятий в состоянии полностью обеспечивать сельское хозяйство страны необходимыми азотно-фосфорными удобрениями.

Почвы Казахстана характеризуются невысоким уровнем плодородия. Качество пахотных земель можно повысить за счет применения минеральных удобрений. Уровень урожайности находится в прямой зависимости от интенсивности применения удобрений. Потребности внутреннего рынка в фосфатных удобрениях удовлетворяются преимущественно за счет отечественного продукта.

Основу производства фосфорных удобрений составляет фосфатное сырье. Поэтому обеспеченность фосфатными рудами становится одним из главных условий решения мировой проблемы наращивания производства продуктов питания. И в этой связи, учитывая поручения Главы государства по развитию химической отрасли, перед ТОО «Казфосфат» стоят огромные задачи по модернизации существующих производств и производству новых видов минеральных удобрений, созданию безотходных и экологически чистых, высокотехнологичных производств, направленных на выпуск конкурентоспособной, экспортоориентированной отечественной продукции.

Применение ресурсосберегающих, малоотходных технологий в настоящее время становится необходимым, причем большое внимание уделяется исследованиям, связанным с разработкой технологий, ориентированных на получение нескольких конечных продуктов с вовлечением в сферу производства местных сырьевых ресурсов.

В настоящее время остро встал вопрос изыскания новых рациональных способов подготовки и переработки  таких фосфоритов,  поиск путей прямой переработки низкосортного фосфатного сырья в высококачественные  ценные продукты.

В настоящее время в Республике Казахстан преобладающее значение для химической переработки имеют фосфоритные руды бассейна Каратау [17]. Казахстан занимает одно из ведущих мест в мире по величине разведанных запасов природных фосфатов, которые обеспечат сырьем фосфорные производства не менее чем на 100 лет. Крупнейшим отечественным месторождением является фосфоритоносный бассейн Каратау, прогнозные геологоразведочные оценки которого составляют около 15 млрд. тонн руды, или 2,5 млрд. тонн Р₂О₅.

Он включает 45 месторождений на площади 2,5 тыс. кв. км с центром добычи в г. Жанатас. Основные запасы сосредоточены в шести крупнейших месторождениях Южноказахстанского рудного бассейна – Жанатас, Коксу, Кокджон, Аксай, Чулактау и Акжар – и составляют около трети разведанных ресурсов на территории СНГ. Ресурсы фосфатного сырья в Казахстане представлены осадочными фосфоритами. Помимо Каратауских месторождений большие запасы сырья имеются в Актюбинском фосфоритоносном бассейне, расположенном в северо-западном Казахстане, где промышленный пласт представлен желваковыми фосфоритами. Наиболее разведанными являются Чилисайское, Кандагагское, Богдановское и Новоукраинское месторождения. Основными минералами фосфоритной руды являются кварц и фосфат.

Фосфоритные руды бассейна Каратау относятся к группе пластовых микрозернистых фосфоритов и представляют собой плотные плитчатые породы от темно-серого до черного цвета. Они отличаются высокой дисперсностью фосфатного вещества, обусловливающей большую удельную поверхность и более высокую реакционную способностью по сравнению с апатитом. Фосфориты характеризуются также тесным срастанием их с сопутствующими минералами. В рудах присутствуют значительные количества кремнезема и карбонатов. Фосфориты подстилаются кремнистыми породами и перекрываются доломитами [17].

Минералогический состав руд Каратау неоднороден, фосфатное вещество представлено фторкарбонатапатитом Са₁₀Р₅СО₂₃(F,ОН)₃ или смесями его с апатитом Са₁₀(РО₄)₆F₂. Доломит и кальцит слагают в основном цемент фосфоритов, образуют микровключения в фосфатных зернах, а также в основной массе фосфатно-кремнистых сланцев и кремней. Минералы нерастворимого остатка (н.о.) представлены главным образом халцедоном и кварцем. Халцедон слагает цемент в кремнистых разностях фосфоритов и образует микровключения в фосфатных зернах. В поверхностных зонах месторождений широко распространена перекристаллизация халцедона в кварц. Незначительное количество кварца присутствует в виде отдельных обломочных зерен. Кроме этого, фосфоритные руды содержат значительные количества других минералов: глауконита, лимонита, магнезиальных силикатов (форстерита), каолина, пирита, сидерита, а также небольшие количества органических примесей.

По техническим требованиям, предъявляемым промышленностью к фосфатному сырью для кислотного и термического методов переработки, руды месторождений бассейна Каратау подразделяются на три основных типа: богатые, рядовые и бедные. Богатые фосфоритные руды развиты в поверхностных зонах месторождений Жанатас, Кокджон и Коксу, содержат в среднем 28÷30% Р₂О₅, 7÷10% SiО₂, 4÷8% СО₂, до 2,5÷3,5% МgО, 1÷1,5% Fе₂О₃, до 1% А1₂О₃. Они пригодны для непосредственно кислотной переработки. Сложены они высококачественными фосфоритами, в незначительном количестве присутствуют халцедон, кварц и карбонаты. Фосфатное вещество в них представлено фторкарбонатапатитом типа франколит [18]. По содержанию МgО богатые руды делятся на низкомагнезиальные, магнезиальные и высокомагнезиальные, содержащие соответственно менее 1,9%, 1,9÷2,4% и более 2,4% МgО.

Рядовые фосфориты содержат 23÷25% Р₂О₅. Количественные соотношения других компонентов в них не постоянны. Руды месторождений Кокджон и Аксай отличаются повышенной карбонатностью до 8÷10% СО₂ и сравнительно низким содержанием кремнезема - 10÷15% SiО₂. На месторождениях Чулактау, Жанатас, Коксу развиты карбонатно-кремнистые, кремнистые и пелитоморфно-кремнистые руды, характеризующиеся повышенным содержанием нерастворимого остатка (15÷25%) и меньшей карбонатностью (5÷7% СО₂). Для этих руд характерно тонкое взаимопрорастание фосфата с кремнистыми минералами.

Бедные фосфоритные руды (15÷23% Р₂О₅) представлены кремнисто-фосфатными породами с содержанием 18÷23% Р₂О₅, 25÷30% SiО₂, 5÷7% СО₂, 2÷2,5% Fе₂О₃, 1÷2% А1₂О_3. Кремнисто-сланцевые руды содержат 15÷21% Р₂О₅ и 30÷40% SiО₂. Бедные фосфориты выделены в качестве забалансовых запасов (по содержанию Р₂О₅ и примесей) на месторождениях Жанатас и Коксу. На месторождении Жанатас они залегают в подошве верхнего и кровле нижнего фосфоритных пластов, в северо-западной части месторождения Коксу слагают верхний фосфоритовый пласт целиком [18].

Каратауский фосфоритоносный бассейн разрабатывается открытым способом с 1946 года. Пик его разработки пришелся на 80-е годы ХХ века, когда происходил устойчивый подъем фосфорной промышленности. В это десятилетие были освоены верхние слои, обогащенные Р₂О₅. На месторождении Жанатас на юго-востоке и северо-западе была организована селективная добыча богатых руд поверхностной зоны, идущих без обогащения на кислотную переработку. К началу 90-х годов верхняя фосфоритная пачка на большинстве месторождениях была в основном выработана, т.е. происходило постепенное истощение запасов богатых и рядовых руд, представлявших промышленный пласт. Вместе с тем остался неосвоенным нижний фосфоритный пласт большой мощности на месторождениях Жанатас и Коксу, представленный бедными рудами.

Выбор и оценка стратегической позиции фирмы на рынке - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Нижний пласт месторождения Жанатас представлен фосфатно-кремнистой пачкой, сложенной в юго-восточной части в основном окварцованными фосфоритами, содержащими 22÷26% Р₂О₅ и 28÷33% SiО₂. На северо-западе пачка сложена пелитоморфно-кремнистыми фосфоритами  с тонкими прослоями фосфатизированных и карбонатизированных кремней, содержащих 15÷20% Р₂О₅ и до 35÷50% SiО₂. Вся глубинная часть руд характеризуется повышенным содержанием карбонатов.

В состав нижнего пласта месторождения Коксу входят нижняя фосфоритная, фосфатно-кремнистая и фосфатно-сланцевая пачки. Нижняя фосфоритная пачка представлена в основном карбонатными фосфоритами состава: 23÷30% Р₂О₅, 10÷15% н.о., 5÷8% СО₂. Фосфатно-кремнистая пачка сложена карбонатно-кремнистыми и кремнистыми фосфоритами состава: 11÷15% Р₂О₅, 40÷50% н.о., 7÷14% СО₂. Фосфатно-сланцевая пачка характеризуется переслаиванием  фосфоритов и глинисто-кремнистых сланцев, содержит от 7÷8% до 20÷33% Р₂О₅ (в среднем 14.7%), 40÷50% н.о. Бедные руды Коксу отличаются повышенным содержанием силикатов.

После глубокого промышленного спада в середине 90-х годов, связанного с нарушением хозяйственных связей в результате распада СССР и неплатежеспособностью предприятий, начиная с 1999 года правительством был взят курс на развитие отрасли фосфатов. В результате привлечения инвестиций был создан ТОО «Казфосфат», объединивший в единое целое комплекс отрасли фосфатов. В итоге в настоящее время стабильно работают и производят продукцию ПК «Новоджамбульский фосфорный завод»; ПК «Завод минеральных удобрений» благодаря непрерывной работе ГХК «Каратау» и ГОК «Жанатас». В связи с исчерпанностью верхнего слоя фосфоритов добыча сырья ГХК «Каратау» в перспективе будет ориентироваться главным образом на разработку нижнего пласта, представленного бедными рудами.

Состав забалансовых руд помимо низкого содержания Р₂О₅ и высокого - SiО₂ характеризуется также повышенным содержанием МgО и полуторных оксидов, что делает непригодным данное сырье для кислотной переработки. Вместе с тем низкосортное фосфатное сырье вследствие его дешевизны и больших запасов является наиболее перспективным и экономически выгодным. Таким образом, вовлечение в производство кормовых и удобрительных фосфатов бедных фосфоритов является на сегодняшний день одной из важнейших задач фосфорной отрасли. 

Фосфоритные руды месторождений бассейна Каратау подразделяются на три основных промышленных типа: богатые, рядовые и бедные. Богатые фосфоритные руды развиты в поверхностных зонах ряда  месторождений (Джанатас, Кокджон и др.),  в среднем содержат 28-30% Р₂О₅, они пригодны для непосредственной переработки кислотными  методами.  Рядовые фосфоритные руды содержат 21-25% Р₂О₅. Количественные соотношения других компонентов в них непостоянны. Бедные фосфоритные руды представлены кремнисто-фосфатными породами с содержанием 18-21% Р₂О₅ и кремнисто-сланцевые руды содержат 16-20% Р₂О₅.

Таким образом, фосфориты Каратау в настоящее время  сравнительно широко вовлечены в производство. При этом  существует уже множество разработок по переработке как фосфоритных концентратов,  так и рядовых руд, являющихся низкосортным фосфатным сырьем с пониженным содержанием Р₂О₅ и значительным содержанием примесей: 21-24% Р₂О₅, 2,5-4,0% MgO, 2,3-3,0% R₂O₃, 10-11% CO₂ [17].