Аннотация результатов, полученных в 2017 году
За первый годы выполнения проекта были получены все запланированные результаты. (1) Выявлены и описаны технологические показатели обогащения глауконитовых концентратов методами рассева (сухого и мокрого) и электромагнитной сепарации. Результаты рассева сухим и мокрым способом показали, что распределение материала и содержание глауконита по классам крупности имеет равномерным характер при первом варианте за счет слипания частиц гидрослюдистым или кремнистым материалом матрикса породы. При мокром рассеве для проб Бакчарского месторождения глауконит концентрируется с содержанием 73.3 % и 87.8 % в гранулометрических фракциях -500+160 мкм и -160+80 мкм, соответственно, для Варваринского месторождения – с содержанием 14.2 % и 23.6 % во фракциях -500+125 мкм и -125+63 мкм, соответственно. После экспериментов электромагнитной сепарации были получены технологические показатели итоговых продуктов в зависимости от варианта рассева (сухой или мокрый). Из пород Бакчарского месторождения высоколиквидные продукты с содержанием глауконита 91.9 % и 97.9 % были получены в магнитных продуктах, выделенных при силе тока 2 А, из гранулометрических классов (мокрое просеивание) -500+160 мкм и -160+80 мкм, соответственно. Эти продукты использовались для проведения дальнейших опытов по изучению выщелачивания калия с целью выработки калийных солей в присутствии различных кислот. Следует отметить, что сухой метод рассева позволил получить продукты в магнитной фракции с содержанием глауконита 75.0 % и 69.5 % из гранулометрических классов -500+160 мкм и -160+80 мкм, соответственно. По концентрации полезного компонента (глауконита), учитывая опыт других исследований (Franzosi et al., 2014; Karimi et al., 2012), эти продукты также могут использоваться в сельском хозяйстве. Из гранулометрического класса -500+125 мкм глауконитового песка Варваринского месторождения был получен магнитный продукт, выделенный при силе тока 3.5 А, с концентрацией глауконита 93.8 % при мокром рассеве. Это позволяет считать выработанную схему удовлетворительной для получения глауконитовых концентратов с высокой долей полезного компонента из вскрышных пород Варваринского месторождения. Из-за низкого выхода гранулометрический класс -125+63 мкм не использовался в электромагнитной сепарации. При сухом рассеве и последующей электромагнитной сепарацией наилучший магнитный продукт (для гранулометрического класса -500+125) с концентрацией глауконита 55.1 % был получен при силе тока 3.5 А. Глауконитовый концентрат, полученный из репрезентативных проб Бакчарского месторождения, имеет следующий состав: K2O 5.7 %, SiO2 50.2 %, Fe2O3(total) 25.6 %, Al2O3 7.0 %, P2O5 0. %, TiO2 0.2 %, MgO 1.8 %, CaO 0.7 %, Na2O 0.2 %, MnO 0.01 %, ППК 8.4 %, As 12.9 ppm, Co 14.8 ppm, Ni 5.9 ppm, Zn 33.1 ppm, Mo 0.04 ppm, Cd 0.03 ppm, Pb 2.5 ppm и т.п. (2) Разработана оптимальная схема обогащения глауконитового концентрата из пород Бакчарского и Варваринского месторождений. Выявленные показатели обогащения глауконитовых концентратов из репрезентативных проб Бакчарского и Варваринского месторождения свидетельствуют об унифицированной технологической схеме получения глауконитовых продуктов для обоих объектов с незначительным изменением некоторых параметров (размер ячеек при гранулометрическом ситовании и сила тока при электромагнитной сепарации). Для получения глауконитового продукта из изученных объектов с концентрацией минерального компонента выше 90 % обоснована следующая схема: дезинтеграция, отмучивание, мокрое ситование (сита с размером ячеек: 500 мкм, 160/125 мкм, 80/63 мкм), электромагнитная сепарация (3.5-2 А). (3) Изучено и охарактеризовано изменение показателей выщелачивания калия из глауконитовых пород Бакчарского месторождения химическим путем в присутствии различных кислот с использованием предварительного обжига. (А) Химическое выщелачивание с использованием различных кислот без предварительного обжига дает низких выход солей (<15%). (Б) Восстановление калия увеличивается до 65.2% после обжига образцов при 900 °С и выщелачивания при температуре 150 °С. Однако, при температуре выщелачивания 100 °С выход калия составляет около 62% и эту температуру следует считать оптимальной, так как дальнейшее увеличение температуры способствует улетучиванию паров соляной кислоты. (В) Восстановление калия из структуры глауконита заметно увеличивается по мере увеличения концентрации кислот и температуры выщелачивания. (Г) Извлечение калия возрастает с продолжительностью выщелачивания и незначительно с увеличением количества стадий. (Д) Восстановление калия заметно увеличивается за счет изменения соотношения растворенного вещества и растворителя от 1:2 до 1:5. (Е) Конечным продуктом, извлеченным в процессе обжига-выщелачивания, являются соли соответствующих кислот с незначительным количеством примесей Si и Al. (Ж) Оптимальный выход калия 62-63% достигается одностадийным выщелачиванием при 100°С в течение 120 минут в соотношении 1:5 с предварительным обжигом при 900°С. (З) Эти результаты указывают на возможность использования глауконита Бакчарского месторождения в качестве природного источника традиционных калийных удобрений. (4) Собраны навески калийных солей (продукты химического выщелачивания) для проведения аграрных опытов. Для проведения аграрных экспериментов по внесению в почву глауконитовых концентратов и продуктов их выщелачивания в виде калийных солей были проведены работы по выработке сульфата калия с использованием H2SO4. Из четырех видов изученных осадков (хлорид калия, сульфат калия, нитрат калия и ортофосфат калия) было принято решение собрать навеску сульфата калия для проведения аграрных опытов. Отсутствие хлора в составе этого осадка исключающее загрязнение им грунтовых вод, и низкая стоимость соляной кислоты относительно азотной и ортофосфорной, послужили обоснованием сделанного выбора. (5) На основе проведенного комплекса исследований глауконитовых пород Варваринского месторождения была получена их детальная петрографическая, минералогическая и структурно-химическая характеристика и сделаны выводы об условиях их формирования. (А) Формирование глауконит-кварцевых песчаников и песков происходило в прибрежных фациальных условиях вблизи источника сноса в субкислородной и даже анаэробной среде морского осадка, что отразилось в аутигенном минералообразовании глауконита, фрамбоидов пирита и кремнистого цемента. Содержание глауконита в изученных породах составляет 9.2-9.4 %. остальное приходится главным образом на терригенный кварц (82.6-86.8 %). (Б) Глауконит характеризуется следующим составом (%): K2O 6.73-8.89, SiO2 49.61-55.99, Fe2O3(total) 19.36-26.85, MgO 3.26-4.91, Al2O3 3.90-7.31. По данным термического анализа общее содержание адсорбционной и кристаллизационной воды составляет 3.46 и 7.12 %, соответственно. В структуре глауконита тетраэдрические катионы представлены Si и Al, октаэдрические – Fe, Mg, Al, межслоевые позиции заселены главным образом K и незначительным содержанием Ca в смектитовых слоях. Наличие смектитовых слоев подтверждается ИК-полосой поглощения в диапазоне 1630 (1/см). (В) По степени зрелости глауконит относится к зрелой и высоко зрелой разновидности, что свидетельствует о его медленном росте в течении 100-1000 тыс. лет в системе поровая вода-осадок и количестве смектитовых слоев в структуре минерала менее 5 %. Глауконит имеет in situ природу (автохтонный или аутигенный), что подтверждается его хорошей сохранностью, высокой зрелостью и отсутствием следов выветривания и вторичного изменения. Процесс глауконитизации протекал по органическому субстрату (фекальным частицам и остаткам планктона) согласно модели «озеленения» за счет химической диффузии и преобразования исходного железистого и железо-алюминиевого смектита, о чем свидетельствует структурная и кристаллохимическая характеристика глауконита. (Г) Структурно-химическая характеристика изученного глауконита свидетельствует о возможности его разнопланового использования как полифункционального продукта. Результаты первого года работ опубликованы в 2 статьях, из них 1 в журнале Applied Clay Science (Q1, WoS, Scopus, РИНЦ), 1 в журнале Известия ТПУ (ВАК, РИНЦ, Scopus).

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
За второй год выполнения проекта были получены все запланированные результаты. 1) Выявлены показатели влияния глауконитовых пород, глауконитовых концентратов и калийных солей, полученных из глауконита, на урожайность сельскохозяйственных растений на основе лабораторных и полевых аграрных экспериментов. Внесение в почву 30 и 60 кг/га глауконитового концентрата в модельных лабораторных экспериментах оказало стимулирующее воздействие на всхожесть, энергию прорастания, высоту и зеленую массу растений овса голозерного. Применение глауконита в дозе 90 кг/га обеспечило порядковое увеличение содержания в почве аммонийного азота, а также способствовало увеличению содержания обменного калия и магния. Использование водной взвеси глауконитового концентрата для предпосевной обработки семян овса голозерного способствовало увеличению энергии прорастания семян, всхожести и водонасыщенности растений. Внесение в почву различных глауконитсодержащих продуктов обеспечило увеличение энергии прорастания овса, высоты и зеленой массы растений, а также их водонасыщенности. Аграрные эксперименты показывали, что как исходный, так и обогащенный глауконитолит оказывает одинаковый положительный эффект на рост овса (Avéna satíva). В почвенных условиях в течении вегетационного периода пшеницы (120 дней) глауконит подвергается активным структурно-химическим изменениям. Повышается степень извилистости микроагрегатов (чешуек) глауконита. Изменяется содержание основных оксидов, главным образом снижается K2O (в среднем на 2%) за счет ион-диффузионных процессов в системе почва-глауконит. За один вегетационный период твердого сорта пшеницы (120 дней) как источник нутриента глауконит отработал только на 25%. Следует ожидать не меньший эффект от этой почвы с удобрением в следующих 2 или 3 посевных сезонах. Добавка в слабо кислую почву сульфата калия из глауконита в концентрации 0.3 т/га и глауконитолита 2 т/га способствует увеличению в первый посевной сезон урожайности зерна пшеницы на 20.2% и 18.4%, соответственно. Внесение глауконита улучшает агрохимические показатели (pH, органическое вещество, нитраты, обменный аммоний, концентрации подвижных форм K, P, Ca, Mg) почвы, в том числе относительно сульфата калия. Увеличение концентрации подвижных форм K, P, Ca, Mg связано со сложным химическим составом глауконита. Положительный эффект на урожайность и агрохимические показатели почвы, неполное расходование калия и влагонасыщенность позволяют считать глауконит Бакчарского месторождения экологически безопасным удобрением комплексного, пролонгированного действия. 2. Описаны рекомендации по экономически рентабельным и экологически безопасным вариантам использования глауконитовых пород в агрохозяйстве на основе местного сырья сибирских регионов, учитывая ресурсный потенциал, доступность и качество минеральных продуктов. Учитывая потенциальные затраты на обогащение сульфата калия из глауконита, применение исходных глауконитовых пород (особенно глауконитолитов) Бакчарского месторождения можно считать наиболее оптимальным вариантом практического использования. Это оправдывает 2% разницу в урожайности зерна пшеницы относительно сульфата калия, полученную в полевом опыте. Чтобы использовать глауконитолиты в качестве калийного удобрения не требуется технологическая обработка за исключением одноактного измельчения в щековой дробилке до фракции менее 2 мм. Положительный эффект использования глауконитовых пород в сельском хозяйстве подтверждается улучшением агрохимических показателей почв, в том числе относительно опытов с внесением сульфата калия. Увеличение концентрации подвижных форм K, P, Ca, Mg связано со сложным химическим составом глауконита. Помимо калия это минерал служит источником других микронутриентов (в том числе Ca, Mg). В дальнейшем, когда глауконитовые глобули отдадут весь свой ионообменный калий, они буду выполнять функции (i) удержания влаги, особенно в полевой сезон, и/или (ii) микро-сорбционного барьера от распространения, например, излишнего азота при его параллельном внесении. Верхнемеловые породы восточной и юго-восточной части Западной Сибири могут служить источником экологически безопасных минеральных удобрений для обеспечения спроса сельскохозяйственных потребителей на калийные удобрения в сибирских регионах. Наибольший практический интерес представляют глауконитовые породы верхнемелового и палеогенового возраста, которые являются либо вмещающими породами железорудных месторождений/рудопроявлений или титан-циркониевые россыпей, либо вскрышными породами рудных месторождений Торгайского прогиба. В таких объектах глауконитовые породы можно разрабатывать как попутные компоненты при этом увеличивая прибыль недропользователя и/или сокращая объёмы горных отходов.