Основные сырьевые источники процессов

По морфологическому строению месторождения сульфата раз-
деляются на ископаемые тенардито-мирабилитовые и озер-
ные- последние представляют собой периодические временные ново-
садки мирабилита (или тенардита) и постоянные донные корневые отложения мирабилита, тенардита, астрахапита и глауберита в
виде пластов и линз под рассолами или илами озер.

Большинство месторождений сульфата натрия состоит из соче-
тания разных сульфатных минералов с примесью галита, гипса,
эпсомита и др.

Тенардит залегает в виде пластов, линз и желваков в донных
озерных месторождениях. В сульфатных озерах, рапа которых
насыщена хлористым натрием, но содержит достаточное количе-
ство SO₂, ежегодно осенью и зимой при температурах около 0° и
ниже выпадает мирабилит. В озерах с высококонцентрированной
рапой садка мирабилита иногда наблюдается и летом в прохлад-
ную погоду, при понижении температуры рапы ниже 18°. При по-
вышении температуры выпавший мирабилит вновь растворяется.
Летом же из рапы озер с весьма высокой концентрацией SO₂ про-
исходит садка тенардита (например, из рапы оз. Балхаш). Озер-
ные рассолы морского происхождения (1 класса) представляют
практический интерес с точки зрения возможности извлечения из
них сульфата натрия, если коэффициент метаморфизации
MgS0₄, MgCl₂ больше единицы. В некоторых озерах слой оседаю-
щего мирабилита достигает 0, 5 м и более при выходе, превышаю-
щем 100 кг Na₂S0₄ • 10Н₂0 из 1 л рассола.

В сульфатных озерах степей Казахстана и Кулунды ежегодно
в осенне-зимние месяцы выпадают миллионы тонн новосадки ми-
рабилита, который частично садится на дно, частично же выбрасы-
вается волнами на берег. Если создаются условия, при которых не
весь мирабилит вновь растворяется в летнее время, происходит
накопление донных отложений с образованием перекристаллизо-
вавшегося пласта мирабилита «стеклеца» — плотного слоя с глад-
кой поверхностью и малой пористостью. Встречаются месторож-
дения мирабилита, сцементированные песками или переслаиваю-
щиеся иловыми отложениями, которые образовались в результате
высыхания озер.

Астраханит встречается в виде донных корневых отложений в
ряде сухих озер и водоемов повышенной солености. Например,
средняя мощность пластов астраханита приаральских соляных озер
(Джаксы-Клыч, Восточного и др.) составляет 2 ж. Встречаются
также линзы и прослойки астраханита в залежах ископаемых со-
лей. Залежи астраханита в СССР исчисляются многими десятками
миллионов тонн.

Глауберит образует пласты в месторождениях ископаемых со-
лей и содержится в донных отложениях некоторых солевых озер.
Значительные месторождения глауберита находятся в солевых по-
родах Тянь-Шаня, в Киргизии. При взаимодействии глауберита с
водой он разлагается и сульфат натрия переходит в раствор, а
сульфат кальция остается в нерастворенном остатке. Разработан гидротермический способ получения сульфата натрия и цемен-
та из глауберита. При нагревании до 750—800°с в присутствии во-
дяного пара глауберитовой породы, содержащей примеси галита,
кремнезема, глины и другие, осуществляется реакция:

Na₂SO₄ • CaSO₄ + 2NaCl + SiO₃ + H₂O = 2Na₂S0₄ + CaSiO₃ + 2HCl

Важное значение имеют месторождения сульфатных рассолов,
пропитывающих погребенные солевые отложения. Встречаются
сульфатные рассолы карстового происхождения, образовавшиеся в
результате выщелачивания поверхностными и подземными водами
погребенных солевых пород.

Наша страна располагает богатейшими в мире месторожде-
ниями природного сульфата натрия в виде твердых отложении и
раны многочисленных озер в Сибири, Казахстане и Средней Азии.
Важнейшими месторождениями являются залив Кара-Ьогаз кас-
пийского моря, оз. Кучук в Алтайском крае и озера Аральской
группы Значительные количества сульфата натрия содержатся в
рапе озер Анж-Булат, Эбейты, Тениз и других, а также в ископае-
мых глауберитовых породах Тянь-Шаня (Когкорка, Кетмень-Тюбе,
Джелды-Су) Практически не исчерпаемыми источниками его яв-
ляются воды Каспийского, Аральского морей и оз. Балхаш. Со-
левой состав этих водоемов, не имеющих связи с океаном, сильно
зависит от состава речных вод; последние же богаче сульфат-ионом,
чем океанская вода. Поэтому Каспийское и Аральское моря и
оз. Балхаш, а также генетически связанные с ними многочислен-
ные озера этого обширного района, содержит значительно больше
SOI”, чем моря и озера, связанные с океаном (например. Черное
море, Крымские озера).

Залив Кара-Богаз («Черная пасть»), расположенный на восточ-
ном побережье Каспийского моря в районе с пустынным, засушли-
вым климатом, является величайшим в мире месторождением суль-
фатных солей. Залив, соединяющийся с морем узким проливом,
при небольшой глубине (несколько метров) имеет поверхность
18346м². Это громадный испарительный бассейн, в котором под
влиянием солнечного тепла в летние месяцы испаряется большое
количество воды. В результате этого уровень воды в заливе ниже,
чем в море, и происходит непрерывное пополнение залива морской
водой и накопление в нем солей. Концентрация солей в воде за-
лива в 20 раз больше, чем в море. Основными ионами являются
Na⁺, Mg²⁺, SO^2-₄ и Сl^-. Запасы сульфата натрия в заливе огромны.
Они исчисляются миллиардами тонн.

На комбинате «Карабогазсульфат» получали сульфат натрия из
рапы залива бассейным способом путем выделешя мирабилита при
зимнем охлаждении рапы и последующего естественного обез
вожнвания его летом. Однако уровень Каспийского моря ци-
клически изменяется. Вследствие его понижения, начавшегося

в двадцатые годы XX в., приток морской воды в залив уменьшает-
ся, а концентрация рапы в заливе увеличивается (рис. 5). Так,
с 1921 до 1961 г. приток воды уменьшился с 25 до 10, 5 км³/год и
глубина залива снизилась с 10 до 3, 5 м. (Площадь высохшей
поверхности залива сейчас превышает 2000км²). Это привело к
тому, что уже в 1939 г. рапа насытилась хлоридом натрия, а затем
сульфатом магния (эпсомитом MgS04 • 7Н₂0) и астраханитом

 

25 20 15 10

Притон воды, км⁵/год

Рис.5. Изменение концентрации NaCl и MgCl₂ в рапе Карабогазского залива (сплошные линии), и выхода мирабилита из 1м³ рапы при ее охлаждении до 0° (пунктирная линия) в зависимости от величины притока каспийской воды.

 

(Na₂S0₄‘MgS0₄*4H₂0), которые истали осаждаться. Вследствие та-
кого обессульфачивания рапы выход мирабилита резко снизился
(как видно из рис.5 максимальный выход мирабилита соответ-
ствует притоку воды в залив, равному 13—14 км³/год). Это обусло-
вило необходимость изменить способ получения мирабилита: рапу
залива, направляемую в бассейныдля зимней садки, стали разбавлятьморской водой. Затем и этот способпроизводства пришлось оставить, так как вследствие продолжающегося понижения уровня рапа отошла на слишком большое расстояние от места производства и состав ее, даже при разбавлении морской
водой, стал непригоден для садки чистого мирабилита.

Повышение концентрации рапы привело к образованию твердых со-
левых отложений “смешанной соли” — смеси галита, астраханита, эпсомита, а также гипса и глауберита, а понижение уровня рапы обнажило значительную часть этих отложений. Разведкой дна залива установлено существование четырех солевых пластов, в том числе трех погребенных, свидетельствующих о том, что в прошлом в заливе происходили гидрохимические изменения, аналогичные современным. Солевые пласты пропитаны межкристальными рассолами. Межкристальные рассолы, запасы которых весьма велики, представляют собой ценный источник для промышленного получения сульфата натрия.

Первый рассольный горизонт пропитан рапой, состав которой
близок к составу поверхностной рапы залива. Второй рассольный
горизонт расположен во втором, погребенном соляном пласте и
гипсовых песках, слагающих его кровлю. Этот пласт отделен от
первого и третьего солевых пластов практически нефильтрующими

прослойками илов. Он сложен в основном галитом и глауберитом и
обладает большой пористостью (22—34%). Мощность этого пласта
в среднем составляет 10 м при глубине залегания 5-5, 5 м. Из вто-
рого рассольного горизонта в. настоящее время производят откачку
рассолов для получения сульфата натрия. Эти рассолы не являются
концентратами морской воды, а образовались в результате раство-
рения твердых отложений глауберита и галита. Рассолы обладают
напором — их пьезометрический уровень близок к дневной поверх-
ности. В среднем концентрация ионов (в вес. %) рассолов второго
горизонта колеблется в следующих пределах:

Сl^-.............. 12, 5-16      Na⁺…………………… 5-8, 5

SO^2-........... 2, 5-8         Mg²⁺…………………1, 5-3, 9

НСО₃^-........0, 04-0, 11

 

Кроме того, в них находятся (в мг/л):

К⁺……………………………2500    Вr^- ……………350

В₂О₃…………………………380 Li⁺…………… 1-10

Эти рассолы в отличие от поверхностной рапы содержат до
300 мг/л сероводорода. Их температура 15—17°с.

Третий солевой пласт и пропитывающие его рассолы несколько
отличаются по минералогическому и химическому составам. В со-
став минералов, слагающих этот пласт, кроме галита и глауберита, входит астраханит. Пористость пласта ~ 15—25%, мощность всреднем 3, 8 м, залегание па глубине 18 м. Четвертый солевой пластизучен пока недостаточно.

Оз. Кучук — крупнейшее сульфатное озеро, расположен-
ное в наиболее низкой части Кулундинской степи (Западная Си-
бирь). Площадь озера около 175 км², средняя глубина 1, 62 м. Средние составы рапы (в вес. %):

                               Na₂SO₄ NaCl MgCl₂

Зимой.......................... 0, 6 16, 4 5, 0

Летом.......................... 3, 9 16, 4 4.7

Около 80% площади дна озера покрыто пластом слежавшегося
мирабилита-стеклеца толщиной 2, 5—3 м. Количество его исчис-
ляется сотнями миллионов тонн, но экономичные методы до-
бычи лонного мирабилита пока отсутствуют. В засушливые годы
концентрация солей в рапе повышается настолько, что она насы-
щается Na₂S0₄ и NaCl уже при +5° и ниже этой температуры про-
исходит совместная садка мирабилита и галита.

В Приаральском районе расположено Джаксы-Клычское суль-
фатное месторождение, представленное группой сухих озер —
«сульфатников», образовавшихся в результате испарения воды
Аральского моря.

В оз. Анж-Булат (Павлодарская обл.) в засушливые периоды
образуется донный пласт тенардита. Это вторичный процесс, за-
ключающийся в обезвоживании мирабилита под слоем концентри-
рованной рапы. В оз. Эбейты (Омская обл.) садка мираби-
лита происходит в начале осени при охлаждении рапы ниже 15—20°.
К зиме слой новосадки в центре озера достигает 20—30 см.

В качестве примера приводим средний состав (в %) рапы и
пластовой соли оз. Эбейты:

Состав рапы

Na₂S0₄................ 11, 64

NaCl................... 13, 27

MgCl₂................. 2, 39

KCl.................... 0, 04

KB................... 0, 032

Ca(HCO₃)₂...... 0, 063

Состав мирабилита в пласте

Na₂S0₄ •10Н₂О……………………………95, 69

Na₂S0₄………………………………………………2, 00

NaCl…………………………………………………0, 25

K₂SO₄…………………………………………………0, 013

CaS0₄•2Н₂О………………………………….0, 39

Нерастворимые примеси……1, 66

Состав тенардита из донных отложений сульфатных озер севе-
ро-восточного побережья Каспийского моря (в %):

Na₂S0₄...........  96-98, 5    CaS0₄…………………………………………………0, 3-1, 0

NaCl............. 0, 4-1, 2                    Ca(HC0₃)₂............... 0, 4-0, 6

MgS0₄............... 0, 2—0, 6         Нерастворимые примеси..0, 7—1, 5

Следует также упомянуть тенардитовое месторождение Узун-Су,
Ходжентские соляные месторождения, сульфатные озера Гуз-Кане,
Муллалы, Денгиз-Куль, Куули и многие другие.

Наиболее распространенным является бассейный метод зимней
кристаллизации мирабилита с последующим естественным или
искусственным обезвоживанием. Иногда вместо естественного зим-
него вымораживания в бассейнах осуществляют заводское искус-
ственное вымораживание мирабилита, например, на комбинате
«Карабогазсульфат» и на заводе Монэхенс в Техасе (США). Твердые сульфатные породы разрабатывают горными методами.
При залегании пласта на большой глубине применяют шахтные
способы (например, в месторождении Узун-Су в ТуркмССР). В за-
висимости от состава добываемой породы ее или высушивают на
воздухе, или перерабатывают заводскими методами в сульфат
натрия.

 

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: