10.2. Цирконовые руды

В природных минералах цирконий присутствует в виде диоксида циркония ZrO₂ (бадделеит, бразелит и другие), циркона ZrSiO₄ и цирконо-силикатов (эвдиалит, эльпидит и другие). Из всех минералов, содержащих цирконий, практическое значение имеют пока только циркон, бадделеит, и отчасти эвдиалит. Наиболее распространенным цирконийсодержащим минералом, из которого получают диоксид циркония, является циркон ZrSiO₄ (ортосиликат циркония). Цирконийсодержащее сырье различных месторождений содержит от 33 до 66% ZrO₂ . Содержание ZrO₂ в природном минерале может доходить до 99%.

Минерал циркон (ZrSiO₄) широко распространен в природе. Промышленным сырьем служат чаще всего цирконовые пески. Теоретический состав (%): ZrO₂ – 67,1; SiO₂ – 32,9. Циркон химически инертен. Цирконий может замещаться Th, Fe, Ca, Nb. В виде примесей в цирконе почти всегда присутствуют: гафний (HfO₂) – до 4%, торий (ThO₂) и оксиды других редкоземельных элементов, а также в небольшом количестве оксиды железа (0,35% и больше), часто кальция (0,05 – 0,4%), магния, иногда Al₂O₃.

Химический состав циркониевого сырья приведен в табл. 10.2.

Таблица 10.2. Химический состав циркониевого сырья

Вид сырья	Содержание оксидов, %
	SiO2	TiO2	ZrO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	ППП
Циркон ZrSiO4	34,79	0,91	57,95	2,88	1,94	1,85	0,07	--	0,15
	32,63	1,22	63,53	0,37	0,88	0,61	0,07	0,48	0,35
	34,09	--	59,93	1,40	1,44	0,12	--	1,08	--
Бадделеит ZrO2	0,69	--	94,84	0,13	0,37	0,21	--	--	0,98
	1,11	0,04	97,73	0,20	0,40	0,07	0,04	Р2О5 0,36	--

Циркон в большинстве случаев радиоактивен. В осадочных породах присутствует в виде окатанных удлиненной формы зерен. Для него характерна способность к образованию идиоморфных кристаллов. Окраска разнообразная: желтая, бурая, красноватая, реже – зеленоватая, бесцветная. Блеск алмазный до стеклянного. Плотность из-за примесей колеблется от 3,98 до 4,9 г/см³, твердость по шкале Мооса 7–8.

Циркон растворяется в плавиковой кислоте, в порошкообразном состоянии под воздействием концентрированной серной кислоты медленно разлагается. При нагревании обычно обесцвечивается. При температуре 1775^оС плавится инконгруэнтно с образованием при охлаждении моноклинного диоксида ZrO₂ и аморфного кремнезема.

Циркон очень стойкий минерал. При разрушении содержащих его горных пород циркон попадает в россыпи, где в значительных количествах образует промышленные месторождения. Циркон как акцессорный (второстепенный) минерал присутствует в магматических, метаморфических и осадочных породах.

Прозрачная разновидность циркона (гиацинт) имеет красный, красно-бурый цвет. Кристаллы мелкие, часто хорошо образованные – короткостолбчатые, призматические, реже дипирамидальные; иногда коленчатые двойники. Цвет – светло-желтый, желтовато-зеленый, оранжевый, красный, темно-коричневый, реже – бесцветный, серый. Блеск – стеклянный, алмазный, иногда жирный. Твердость 7–8. Хрупок. Излом неровный. Плотность 4,68–4,70 г/см³.

Прозрачные разности (гиацинты) используются в ювелирном деле как драгоценные камни. Обычный циркон применяется для получения металлического циркония и оксида циркония, отличающегося высокой огне- и кислотоупорностью. Диоксид циркония используется в производстве огнеупоров, технической и бытовой керамики, глазурей, при изготовлении эмалей и стекла для химической посуды.

Циркон добывается преимущественно из россыпей.

На Урале известно более 10 месторождений и рудопроявлений, содержащих циркон в качестве основного полезного минерала или в виде минерала-спутника в комплексных рудах. Например, в кварцитах и вмещающих породах месторождения Гора Караульная суммарное содержание циркона и рутила составляет 0,05–1,0%.

Циркон распространен, главным образом, среди миаскитовых и сиенитовых пегматитов (Ильменские и Вишневые горы, Челябинская область), россыпные месторождения циркона расположены на Южном, Среднем и Северном Урале. Практическое значение имеют россыпные месторождения Южного Урала.

В настоящее время промышленную добычу циркона и поставки концентрата осуществляет Вишневогорский ГОК (Челябинская область). Запланирован ввод в эксплуатацию Малышевского месторождения циркона (Свердловская область). Оба месторождения находятся в недропользовании Минатомпрома РФ, поэтому, в первую очередь, обеспечивают сырьем свою отрасль.

Циркон используется в качестве основного компонента для термостойкой керамики. Температурный коэффициент линейного расширения циркона незначителен и при нагреве до 1400^оС составляет в среднем 4,5∙10^-6 град.^-1 . В соответствии с этим спекшийся циркон нечувствителен к перемене температур.

Для радиокерамики используется обогащенный циркон (содержание ZrO₂ – 97,5%).

В огнеупорном производстве цирконовые изделия выпускались в ограниченном количестве в опытном порядке, поэтому сведения об их производстве и службе ограничены.

Промышленность выпускает в основном технический диоксид циркония.

Из частично стабилизированного ZrO₂ изготавливают волоки, плавающие поплавки, резцы для обработки металла. Для производства огнеупоров преимущественно используют электроплавленный ZrO₂ с содержанием стабилизирующих оксидов, обеспечивающих наличие от 5 до 40% моноклинной фазы, так как двухфазовый материал более термостоек.

Хорошая коррозионная стойкость и низкая теплопроводность ZrO₂ позволяет эффективно его использовать в качестве плит скользящих затворов при плавке агрессивных и марганцовистых сталей, раскисленных повышенным количеством алюминия и сталей Х18Н9Т на установках полунепрерывного литья.

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Титано-циркониевые россыпи Урала перспективны, но требуют дальнейшего всестороннего изучения.

2. Комплексный состав россыпей (ильменит, рутил, циркон) не влияют на характер их разработки, так как технология получения отдельных компонентов не представляет трудностей.