История нефелина: былое и планы

25 марта 1967 года Совет Министров СССР принял постановление об использовании нефелинового концентрата. А что же такое нефелин и почему его название неразрывно связано с компанией «Апатит»?

Этот минерал – один из породообразующих в Хибинском щелочном массиве, да и в целом он широко распространен на Кольском полуострове. Алюмосиликат калия и натрия, он легко разрушается при выветривании, в жилах замещается содалитом, натролитом, и другими цеолитами, в разломных зонах – смесью канкринита, содалита, натролита, шпреуштейна. В фойяитах или уртитах он образует кристаллы, в рисчорритах и ийолитах – зерна.

_{Для апатит-нефелиновых пород характерны сегрегации зерен и кристаллов нефелина в массе фторапатита.}

У нефелина обычно белый, серый, желтовато-зеленый, коричневатый оттенок цвета, а само название произошло от греческого слова «нефеле», то есть «облако», поскольку минерал выделяет облакоподобные гели при погружении в растворы кислот.

Самое главное промышленное качество минерала в том, что он является источником алюминия. Технология получения глинозема – оксида алюминия – из нефелинового концентрата была освоена на Пикалевском заводе еще в 1959 году. Концентрат является комплексным сырьем и применяется также в производстве соды, поташа, цемента, коагулянта для очистки питьевых и сточных вод, нефелиновых окатышей для разжижения металлургических шлаков, а также в качестве сырья для изготовления стройматериалов, в керамической и стекольной промышленности, для извлечения из него галлия, рубидия, церия.

Находки и приключения

История Кольского нефелина весьма интересна. Еще в 1908 году профессор Федоров писал о значении нефелина в деле удобрений, а почвовед и минералог Замятченский упоминал как важный компонент в стекольном деле. Речь тогда шла о нефелиновых породах Турьего мыса возле Умбы.

_{Зеленые зерна нефелина в апатит-нефелиновой руде.}

Спустя почти 20 лет в 1926 году разведку на Кольском полуострове проводил профессор Петр Алексеевич Борисов по заданию и на средства Колонизационного отдела Мурманской железной дороги. На восточном берегу Имандры, недалеко от станции Хибины, он обнаружил залежи нефелиновых песков – месторождение оказалось первым в стране достаточно богатым, чтобы ставить вопрос о широкой промышленной эксплуатации.

Открытием Борисова заинтересовалось Мурманское губернское земуправление и Колонизационный отдел Мурманской железной дороги. По их поручению 27 октября 1926 года ботаник Иоганн Эйхфельд и геолог Петр Семеров заготовили на месте несколько десятков пудов нефелинового песка, который предполагалось пробовать в качестве удобрений как источник калия. Результаты опытных работ на агростанции в Хибинах показали, что нефелин, внесенный в почву, в полтора раза повышает урожайность растений.

Летом 1927 года профессор Борисов продолжил разведку и между 1285 и 1298 километрами железной дороги обнаружил еще три месторождения песков, повысивших первоначальный запас с 670 тысяч тонн до пяти миллионов тонн. Они носят названия Большой и Малый песчаный наволок и основным полезным ископаемым на них был указан «песок нефелиновый» или «стекольное сырье кварцсодержащее». Тогда же кольские образцы были отправлены в Лондон, Берлин, Париж – иностранные фирмы дали прекрасные отзывы о нашем нефелине! До открытия хибинского в промышленности использовали нефелин мариупольский, качеством ниже. Потребность в Кольском нефелине в начале 30-х годов быстро росла: его применяли более чем в тридцати различных отраслях промышленности. В виде кремнезема – в цементной, кожевенной, резиновой, деревообделочной промышленности, а в виде глинозема был востребован в производстве алюминия, абразивов, квасцов, текстиля.

В 1931 году Петр Борисов в журнале «Карело-Мурманский край» дал большой отчет под названием «Нефелиновое сырье Хибинских гор». Во-первых, он описал в нем три вида Хибинского щелочного минерального сырья: нефелиновые пески, нефелиновые хвосты и уртитовую породу. «Нефелиновые пески представляют собой грубозернистый продукт разрушения той щелочной породы, которая носит название нефелиновых сиенитов или хибинитов, и которая слагает Хибинские горы к востоку от озера Имандра», – писал профессор. – «Пески и гальки хибинита сносятся горными потоками с западных склонов гор и отлагаются на его берегу в форме дельт и береговых валов. Материнская порода и эти пески составлены из двух минералов: нефелина и полевого шпата примерно в одинаковых количествах. В качестве второстепенной примеси в состав песков входит черный железистый минерал эгирин. В песках фосфор отсутствует. Месторождения нефелиновых песков, три головных и несколько второстепенных, расположены в исключительно благоприятных транспортных условиях, у самого полотна Мурманской магистрали.

Другой нефелиновый продукт – нефелиновые хвосты обогащения – получаются после отделения апатитового концентрата и сильно отличаются по минеральному составу от нефелиновых песков. Они содержат до 54 процентов нефелина, до 25 процентов эгирина и титаномагнетита и до 15 процентов апатита. По сравнению с нефелиновым сиенитом (хибинитом) и нефелиновыми песками у хвостов значительно повышаются вредные примеси – оскись железа, понижается процент щелочей и присутствует другая вредная для стекла примесь – фосфор. Нефелиновые хвосты нужно подвергать дополнительному магнитному обогащению, количество фосфора при котором будет снижено, так же, как и железа… Уртитовая порода, громадные массивы которой находятся в Хибинских горах, в частности в районе апатитовых месторождений, на 80 процентов состоят из нефелина.»

Борисов писал, что промышленное значение всех трех видов нефелинового сырья заключается в богатстве его щелочами, которые могут служить естественными заменителями соды и сульфатов в производствах. И действительно, нефелиновое сырье внедрилось в промышленность практически только в форме нефелиновых песков с озера Имандра, нашедших себе широкое применение в стекольном деле – они заменили дорогостоящую соду на 30-45 процентов. С 1931 года на сырье под названием «нефелиновый сиенит» переведены бутылочные заводы Ленобласти, Белоруссии, центральных областей Cоюза. При этом нефелиновая посуда получилась более прочной механически и химически стойкой, нежели из обыкновенного содового стекла. Пески шли в состав стекольной шихты в их естественном виде, без всякого обогащения, то есть без удаления из них железистых минералов, придающих стеклу светло-зеленый окраску. «Другой нефелиновый материал – хвосты – для стекла непригодны, благодаря наличию большого процента фосфора, присутствие которого в стекольной шихте не дает прозрачного стекла, получается глухая масса» – писал профессор.

_{Кристалл нефелина.}

Кроме стекла, была установлена полная пригодность нефелинового сырья для изготовления технического фарфора для производства изоляторов и огнеупорной посуды. Фарфоровая промышленность начинает запрашивать нефелиновые пески озера Имандра. «Здесь ориентировочно мы будем иметь миллионы тонн нефелинового материала. Такой же материал, тождественный с песками, мы имеем в горных цирках западного склона Хибинских гор между станциями Хибины и Имандра. В этих цирках, отстающих в 3-4 км от железной дороги, веками накоплены громадные запасы чистого грубощебенистого нефелинового сиенита, легкодоступного для эксплуатации без взрывных горных работ. Запасы этих месторождений практически неисчерпаемы» – подводит итог автор.
Писали о нефелине и другие. Например, в 1933 году в книге «Занимательная минералогия» академик Ферсман дает такой прогноз:

нефелин, «… этот вредитель апатитовой руды – что с ним будет? И уже наши геохимики и технологи разобрались в свойствах этого камня, и оказалось, что и он получит применение в самых разнообразных отраслях промышленности, начиная с кожевенной, где он дает прекрасный дубитель, с керамической, где заменяет дорогой полевой шпат, текстильной, где делает ткани водоупорными и кончая самым главным и важным применением – получением из него металлического алюминия. Уже строится на юг от Хибин, на Берегу белого моря, в Кандалакше, мощный нефелиновый завод: здесь после ряда печей и чанов, после спекания с известняком наш нефелин разделится на три части, и мы получим из него ценнейший химический продукт – соду, цемент и окись алюминия, из которых в других электрических установках родится блестящий и легкий металл – алюминий!».

Но что же случилось дальше, почему радужные планы не сбылись?
Прочтем об этом в статье Ю. Перцовича под названием «Приключения минерала нефелина», опубликованной 30 марта 1935 году газетой «Кировский рабочий». Она начинается словами о том, что этот полупрозрачный «минерал миллионами тонн лежит в отвалах рудника”, при этом годовая потребность страны в нефелине составляет два миллиона тонн. Автор пишет, что «нефелину не повезло. Да, засыпанный заказами стекольных заводов, Колонизационный отдел взялся за разработку нефелиновых песков на Имандре, провел к ним тупик и за лето одного лишь 1930-го года вывез 850 вагонов (около миллиона пудов) песка. Но Колонизационный отдел запоздал. В двух шагах от нефелиновых разработок вставала на ноги грандиозная апатитовая промышленность, одни отходы которой способны были сотни лет подряд покрывать потребность всего мира в нефелине в любом заявленном количестве».

И действительно, не успел Колонизационный отдел 20 марта 1930 года отправить заказчику первый вагон гальки, как трест «Апатит» поставил вопрос о «нецелесообразности двух организаций по добыче полезных ископаемых в Хибинских тундрах». Разработки передали тресту, 7 февраля 1931 года обсудили производственную программу, однако в этом и во все следующие годы трест вывез с Имандры всего-то 200 тысяч тонн песка. Нефелин перестали добывать, хотя говорить о нем только начали. Но уже больше как о «золотой валюте» – нефелиновых хвостах апатитового производства, которые после обогащения дают 90 процентов чистого нефелина для переработки в первую очередь на алюминий. Встает практическая проблема – надо строить нефелиновую фабрику и, одновременно Кандалакшский химкомбинат, который включал и алюминиевый завод.

Фабрика-фантом

Трест «Апатит» ведет работу по улавливанию нефелиновых хвостов с августа 1932 года и тогда же, в ноябре, на территории АНОФ-1 начали строить нефелиновую фабрику. Дело шло трудно, нервно, с постоянными задержками. 14 октября 1935 года газета «Кировский рабочий» сообщает, что «в 1936 году предполагается вложить в строительство нефелиновой обогатительной фабрики около двух миллионов рублей. Разрабатываются схемы и технические чертежи».

Но проблемы с нею не заканчивались, и весной 1938 года в «Кировском рабочем» выходят сразу две критические статьи. Автор первой, А. Зорин, 9 апреля пишет, что это ударное, важное строительство, но обеспечение его рабочей силой всего 30-40 процентов. В распоряжение начальника строительства нефелиновой фабрики должны были поступить 200 человек, которые должны были предоставить обогатительная фабрика, рудник имени Кирова и опытно-эксплуатационные предприятия, но выделили только 87 человек. Невозможно было никого завербовать – для строителей не было жилья, не хватало стройматериалов. «Хибинитовый карьер, снабжавший стройки города камнем, сейчас закрыт, оборудование вывезено, приходится разрабатывать новый карьер, либо получать камень из отвалов горной породы, но пока строители нефелиновой фабрики стоят перед печальным фактом – нет камня, щебня, песка», – пишет Зорин.

Спустя две недели, 27 апреля 1938 года, еще резче на страницах печати высказывается прораб строительства нефелиновой фабрики Кузнецов – его статья называется «В кругу неполадок и неразберихи». Прораб сетует, что стройка вязнет в болтовне и бесконечных совещаниях, нет никаких конкретных решений, нет транспорта и недостает материалов, строительство фабрики отстает от графика, причем занимаются ею все отделы треста от случая к случаю, есть грубейшие ошибки в техническом проекте строительства. И все-таки в мае 1939 года нефелиновую фабрику мощностью 200 тысяч тонн концентрата в год вводят в строй.

Следы нефелиновой фабрики можно найти и в послевоенной прессе. Объявление в «Кировском рабочем» в октябре 1945 года гласит: «С 1 октября началось восстановление нефелиновой фабрики. Строительные и монтажные работы производит отдел капитального строительства комбината «Апатит», первая очередь возрождающегося предприятия должна вступить в действие 1 июня, вторая 15 августа будущего года. На первых порах по восстановлении мощность фабрики составит несколько десятков тысяч тонн нефелинового концентрата в год. Нефелиновый концентрат явится сырьем для получения бокситов в алюминиевой промышленности».

«Кировский рабочий» 11 июля 1946 года сообщает: «Отдел капитального строительства 30 июня закончил восстановление первой очереди нефелиновой фабрики. Строительные и монтажные работы выполнены безупречно. Фабрика будет выдавать стране нефелиновый концентрат и сырье для производства алюминия». Однако 1 января 1947 года она была законсервирована в связи с отсутствием спроса, а ее штат упоминается еще в 1952 году, как относящийся к Управлению обогатительных предприятий “Апатита”.

Что происходит сейчас?

Сегодня нефелин, из которого производят металлургический глинозем, добывают в нашей стране только в Кемеровской области, а глинозем из хибинского нефелина используется в керамической, электротехнической промышленности и для изготовления цемента.

Трест «Апатит» производил нефелиновый концентрат на первой обогатительной фабрике, на АНОФ-2, а сегодня производство его сосредоточено на АНОФ-3, хотя проект фабрики от 1979 года производство нефелинового концентрата не предусматривал.
В декабре 2016 года завершена реконструкция фабрики, смонтирована и запущена в работу технологическая линия по выпуску нефелинового концентрата. Технологическая цепь нефелинового производства АНОФ-3 включена в цепь изготовления апатитового концентрата, то есть оборудование передела обезвоживания и сушки может работать как на выпуске одного, так и другого конечного продукта.

_{Темные вкрапления нефелина в апатит-нефелиновой руде полосчатой текстуры.}

Как же производится нефелиновый концентрат? Продукт контрольной апатитовой флотации направляется в цикл производства нефелинового концентрата и на первом этапе производится гидравлическая классификация по крупности в гидроциклонах. Затем средний класс направляется на магнитную сепарацию в сильном поле. В магнитной фракции концентрируется титаномагнетит, немагнитная фракция направляется на флотационное обогащение, где в камерном продукте получается нефелиновый концентрат. Далее он доочищается в магнитных сепараторах слабого поля от эгирина. Немагнитная фракция является почти готовым нефелиновым (сиенитовым) концентратом, которой далее подается на стадию обезвоживания аналогично апатитовому циклу. Магнитная фракция сепарации в слабом поле является черновым эгириновым концентратом. В пенном продукте нефелиновой флотации концентрируется сфен.
Мощность производства нефелинового концентрата на АНОФ-3 составляет до 1,3 млн тонн в год. За все годы работы предприятие выпустило 77 миллионов тонн нефелинового концентрата. Сегодня Кировский филиал АО «Апатит» – единственный в России его производитель.

Не теряют интерес к нефелину и ученые. Так, летом в 2022 года отряд исследователей Кольского научного центра отправился на Умбозерский перевал, где в верховьях реки Партомйок находится жила чистого нефелина, которую тридцать лет назад описал сотрудник Геологического института, кандидат геолого-минералогических наук Серафим Икорский. Собранные на месте образцы сегодня изучают, чтобы экспериментально выявить влияние минерала на флотацию при обогащении апатит-нефелиновой руды. Это необходимо для рядового опробования хибинских месторождений в рамках их доразведки.

Специалист по ЭВД Наталья Чернова.

Источники: “Кировский рабочий” от 30.03.1935; “Карело-мурманский край” № 5-6, 1931; “Хибиногорский рабочий” от 20.06.1933; книга «Минералы Хибинского массива»; материалы В.В. Бельтикова (руководителя проекта в отделе по реконструкции и строительству обогатительного комплекса на АНОФ-3). ГОКУ ГАМО в г.Кировск, книга «Апатит из века в век», материалы сайта ФИЦ КНЦ РАН.