Общие сведения о плавиковом шпате и требования промышленности к его качеству

09.06.2018
Плавиковый шпат, или флюорит — минерал из класса галогенидов. Теоретический состав его отвечает формуле CaF, что соответствует содержанию 51,33% кальция и 48,67% фтора.

Химически чистый плавиковый шпат встречается редко. Обычно в нем присутствуют в малых количествах редкие земли (эрбий, самарий, гадолиний, церий и европий), уран, галлий, бериллий и другие редкие элементы, а также органические вещества.

Плавиковый шпат, в котором часть кальция замещена иттрием, выделяется как его разновидность — иттрофлюорит. В иттрофлюорите в твердом растворе содержится до 50% YF3. При замещении кальция церием минерал носит название церофлюорита, содержание CeF2 в котором достигает 58%.

Флюорит кристаллизуется в кубической сингонии. Обычная форма кристаллов — куб или октаэдр, иногда ромбический додекаэдр. Двойниковые индивиды обычно взаимопрорастающие. В природе плавиковый шпат большей частью встречается в виде грубо- или тонкозернистых масс, столбчатых, волокнистых или сферических агрегатов. Тонкозернистый или землистый плавиковый шпат, встречающийся в осадочных породах, носит название ратовкита. Спайность флюорита совершенная по октаэдру; у иттрофлюорита спайность несовершенная. Излом раковистый, блеск стеклянный. Твердость 4 (у иттрофлюорита до 4,5), плотность 3,18 (до 3,55 у иттрофлюорита), плавится при температуре 1360°, окрашивая пламя в красный цвет. В воде практически не растворяется, полностью разлагается в крепкой серной кислоте с выделением плавиковой кислоты (HF). Азотная и соляная кислоты действуют на него слабо.

Флюорит — минерал оптически изотропный, с ясным отрицательным рельефом, часто имеет аномальное двупреломление.

Химически чистый плавиковый шпат бесцветен. В природных условиях флюорит обычно окрашен в фиолетовый, зеленый, розовато-желтый и молочно-белый цвета различных оттенков и интенсивности в зависимости от состава и количества примесей. Присутствие европия, например, обусловливает синюю окраску флюорита, а самарий придает ему зеленоватый цвет.

Иттрофлюорит имеет неравномерную окраску фиолетовых, желтых или синих тонов. Окраска флюорита также зависит от присутствия небольших количеств окислов железа и марганца или от диспергированных включений кальция, фтора или углеводородов.

Цвет плавикового шпата может изменяться от нагревания и давления, а также от действия катодных, рентгеновских, ультрафиолетовых лучей и радиоизлучения. Некоторые разновидности плавикового шпата люминесцируют при слабом нагревании, на солнечном свету или в ультрафиолетовых лучах. В катодных лучах флюорит светится фиолетовым цветом с синевато-зеленым оттенком. Плавиковый шпат, который при нагревании флюоресцирует зеленым светом, носит название хлорофана, или пиросмарагда.

Бесцветные, совершенно прозрачные кристаллы плавикового шпата называют оптическим флюоритом. Бездефектные кристаллы оптического флюорита, не содержащие газовых включений, трещин и других механических повреждений, встречаются крайне редко и имеют обычно небольшие размеры, но в исключительных случаях достигают по грани куба 30 см.

В природе флюорит обычно встречается в ассоциации с кварцем, халцедоном, адуляром, кальцитом, баритом, пиритом, сидеритом, галенитом, сфалеритом, стибнитом и киноварью. В зависимости от количественного сочетания плавикового шпата с указанными минералами все плавиковошпатовые руды разделяются на две основные группы: собственно плавиковошпатовые и комплексные. К собственно плавиковошпатовым относятся руды с содержанием фтористого кальция не менее 30%. По минеральному составу они разделяются на кварцево-флюоритовые, карбонатно-флюоритовые, силикатно-флюоритовые, барито-флюоритовые и топазо-флюоритовые.

Кварцево-флюоритовые руды состоят в основном из флюорита и кварца или в меньшей мере халцедона; другие минералы (кальцит, барит, сульфиды) содержатся обычно в небольших количествах или отсутствуют. В рудах некоторых месторождений встречаются минералы сурьмы и ртути. Содержания фтористого кальция в кварцево-флюоритовых рудах изменяются в широких пределах и в среднем по месторождениям находятся на уровне 30—70%. На отдельных участках руды могут иметь почти мономинеральный флюоритовый состав, местами содержание фтористого кальция может снижаться до 10—15%. К этому типу относятся месторождения Восточного Забайкалья (Калангуйское, Солнечное, Абагайтуйское, Ново-Бугутурское, Горинское, Шахтерское и др.), месторождения Таскайнар Южный в Казахстане, Кенгутанское в Таджикистане, Агата-Чибаргатинское и Наугискентское в Узбекистане и др.

Карбонатно-флюоритовые руды содержат кроме флюорита в значительном количестве кальцит (до 30%); кварц присутствует в небольших количествах. Содержание сульфидов (галенита и сфалерита) иногда достигает промышленного значения; нередко в значительных количествах присутствует барит. Содержание фтористого кальция колеблется в широких пределах и в среднем по месторождениям находится на уровне 30—65%. Руды этого типа развиты на Покрово-Киреевском месторождении на Украине, Вознесенском и Пограничном месторождениях в Приморском крае и др,

Силикатно-флюоритовые руды разделяются на слюдисто-флюоритовые и полевошпатово-флюоритовые.

Слюдисто-флюоритовые руды, кроме плавикового шпата, в значительном количестве содержат слюду (лепидолит, протолитионит, мусковит — до 30—40%), иногда ассоциирующие с редкоземельными элементами. В рудах некоторых месторождений отмечается повышенное содержание карбонатов, что ухудшает их качество. Содержание фтористого кальция на отдельных месторождениях изменяется в пределах 30—50%.

Слюдисто-флюоритовые руды развиты на Вознесенском и Пограничном месторождениях в Приморском крае.

Полевошпатово-флюоритовые руды, кроме плавикового шпата,, содержат полевой шпат и продукты его разрушения, количество кальция достигает первых десятков процентов. Содержание фтористого кальция изменяется в пределах 50—65%. Руды этой разновидности характерны для Покрово-Киреевского месторождения на Украине.

Барито-флюоритовые руды состоят в основном из барита; содержат также кварц и кальцит и в виде примесей сульфиды свинца, цинка и меди, иногда в количествах, представляющих промышленный интерес. Содержание фтористого кальция в барито-флюоритовых рудах изменяется в широких пределах и в среднем по месторождениям находится на уровне 25—55%. Руды этого типа развиты на Моговском месторождении, встречаются в восточной части месторождения Наугарзан (Таджикистан), на Бадамском месторождении в Южном Казахстане.

Топазо-флюоритовые руды, кроме флюорита, содержат топаз; обычно в значительных количествах — кальцит; на некоторых месторождениях отмечается повышенное содержание касситерита.

Среднее содержание фтористого кальция изменяется в широких пределах и в среднем по месторождениям находится на уровне 30—45%. Руды этого типа встречаются на Пограничном месторождении в Приморье и Солнечном месторождении в Казахстане.

Комплексные руды содержат фтористого кальция до 30%; извлечение из них флюорита целесообразно лишь попутно при разработке месторождений на другие полезные компоненты.

По вещественному составу комплексные руды разделяются на флюорит-бериллиевые, флюорит-оловянные, ртутно-сурьмяно-флюоритовые, флюорит-железорудные и флюорит-оловянно-вольфрамовые. Возможно и другое сочетание полезных компонентов в флюоритсодержащих рудах комплексных месторождений. Содержание флюорита в комплексных рудах колеблется в весьма широких пределах и на известных месторождениях в среднем изменяется от 5—6% до 30%.

Требования к качеству плавикового шпата (флюорита), предназначенного для использования в металлургической промышленности, регламентируются ГОСТ 7618-70.

Согласно ГОСТ 7618-70 плавиковый шпат в зависимости от технологии производства, физико-механических свойств, содержания СаF2 и примесей разделяется на следующие виды и марки (табл. 16).

В металлургии используется товарный плавиковый шпат различных марок. Для производства фтористых солей, применяемых в алюминиевой промышленности, используется плавиковый шпат марок ФФ-95А, ФФ-95Б и ФФ-92, в качестве флюса при выплавке сталей и сплавов специального назначения — плавиковый шпат марок ФК-95А, ФГ-95А и ФО-95А, при выплавке качественных сталей — плавиковый шпат марок ФК-92, ФГ-92 и ФО-92, при выплавке средне- и низколегированных сталей — плавиковый шпат марок ФК-85, ФГ-85, ФО-85, ФК-75 и ФГ-75, при выплавке обычной стали — флюорит марок ФГМ-75, ФК-65, ФГ-65 и ФР-55. Плавиковый шпат марок ФР-40, ФР-30 и ФР-20 непосредственно в металлургии не используется и предназначен для обогащения.

Химический состав плавикового шпата, используемого металлургической промышленностью, должен соответствовать требованиям, перечисленным в табл. 17.

Плавиковошпатовые руды и концентраты других марок могут быть использованы в других отраслях промышленности.