Неметаллические полезные ископаемые.

Глава 17. Керамическое сырье (каолины, глины, керамические пегматиты, граниты, фарфоровые камни и другие породы).

Керамика - это изделия преимущественно из природных глин и их соединений с различными минеральными добавками, обожженных до камневидного состояния. Керамические изделия исключительно разнообразны по своему назначению, декоративным и техническим свойствам, объединяя ряд от строительного кирпича до уникальной декоративной фарфоровой вазы и глазурированного художественного панно. В зависимости от назначения, в керамических изделиях определяющими являются самые различные их свойства: цвет, отсутствие открытой пористости, прочность, термостойкость, сейсмическая устойчивость, диэлектрические показатели, водопоглощение, плотность, коэффициент термического расширения, пьезоэлектрические, магнитные и сверхпроводящие свойства и т.д.

Керамическая промышленность уже давно разделилась на ряд самостоятельных областей, выпускающих разнообразные бытовые, строительные, технические и художественные изделия (кирпич, черепица, огнеупоры, кислотоупоры, керамические трубы и сантехнические изделия, строительные блоки, кафель, облицовочная и метлахская плитка, глиняная посуда, фарфор и фаянс, электро- и радиотехнический фарфор и строительный фаянс, архитектурные детали, изделия художественного промысла и др.).

Особое место занимают так называемые керметы, получаемые при спекании металлических и керамических порошков; они обладают высокой прочностью и другими ценными техническими свойствами, используясь для изготовления турбин, авиационных двигателей, режущего инструмента и др.

Производство керамики складывается из обработки сырья и подготовки пластичной керамической массы, формования, сушки и обжига изделий, а в отдельных случаях и их внешней отделки.

В зависимости от состава пластической массы, температуры и времени обжига получают так называемую грубую или тонкую керамику. Первая имеет крупнозернистый, обычно пористый, неровный в изломе черепок (строительный кирпич, гончарные изделия и др.), вторая - однородный в изломе, плотный, равномерно окрашенный черепок (каменный товар, фарфор, фаянс, корундовая, муллитовая, энстатитовая, кордиеритовая и другие специальные керамики).

Сырьем для грубой керамики (красный кирпич, гончарные изделия) являются легкоплавкие и пластичные глины, отощаемые (для уменьшения пластичности и усадки при спекании) в случае необходимости добавкой песка или шамота (обоженная до спекания огнеупорная глина или каолин). Для получения шамотного огнеупорного кирпича используются огнеупорные глины с минимальным содержанием щелочных оксидов, а также каолин; в качестве отощающего материала применяется дробленый шамот, а в производстве полукислых огнеупоров отощающим материалом служит кварцевый песок.

Подготовка пластичной формовочной массы состоит в дроблении и перемешивании этого сырья до однородного состояния, ее увлажнении и проминке. Формование осуществляется чаще всего пластическим методом с использованием специальных прессов. Для удаления воздуха используются вакуумные массомялки и вакуум-прессы. Это повышает пластичность и формовочные свойства массы, а полученные керамические изделия имеют меньшую пористость, более высокую прочность, кислотоупорность, лучшие диэлектрические показатели и др.

В качестве сырья для каменного товара (облицовочная плитка, трубы и другие изделия, характеризующиеся плотным черепком) используются тугоплавкие глины с кварцевым песком как отощающей добавкой; его подготовка и формование производятся аналогичным образом.

Для получения фарфора и фаянса в состав исходной сырьевой смеси вводят пластичные беложгущие глины и каолин, кварц, полевой шпат и шамот в различных соотношениях (табл. 31). Формовка полученной тонкодисперсной пластичной массы производится обычно в гипсовых формах.

Сушка керамических изделий происходит в специальных сушилках. Она имеет важное технологическое значение: при слишком быстрой или неравномерной сушке в керамических изделиях в результате усадки могут возникнуть трещины. Полностью высушенное изделие обладает значительной прочностью, увеличивающейся при обжиге.

В процессе последующего обжига керамической массы из нее удаляются остатки гигроскопической воды, а глинистые минералы разлагаются; происходит образование новых кристаллических силикатов и цементирующего стекловидного расплава с последующим затвердеванием и упрочнением (спеканием). С увеличением температуры обжига повышается степень спекания порошка, снижается его пористость, повышаются прочность, химическая стойкость и диэлектрические свойства. Кроме изменения температуры спекание зависит также и от состава керамической массы, в частности от количества в ней Na₂O, K₂O и др.

Конечные температуры обжига различны. Они составляют около 900-1000°C для строительного кирпича и достигают 2000°C для специальных огнеупорных изделий. Продолжительность обжига также различна: 2-3 часа для мелких керамических изделий и несколько суток для крупных огнеупорных изделий. Главные конечные продукты обжига глин представлены муллитом, сложным стеклом, кристобалитом и некоторым количеством кварца.

О сложности процессов дегидратации и разложения глинистых минералов при нагревании и упрочняющем обжиге, сопровождающихся образованием новых (промежуточных и конечных) минеральных фаз, свидетельствует, в частности, хорошо изученное многостадийное термальное превращение чистого каолинита:

1)	Al2Si2O5(OH)4	→	Al2Si2O7 + 2H2O;
	каолинит	450°C	метакаолин

2)	2(Al2O3.2SiO2)	→	2Al2O3.3SiO2 + SiO2;
	метакаолин	925°C	кремниевая шпинель

3)	2Al2O3.3SiO2	→	2(Al2O3.SiO2) + SiO2;
	кремниевая шпинель	1100°C	псевдомуллит

4)	3(Al2O3.SiO2)	→	3Al2O3.2SiO2 +	SiO2;
	псевдомуллит	1400°C	муллит	кристобалит

Некоторые керамические изделия могут глазурироваться, шлифоваться, полироваться и покрываться рисунками. Глазури изготавливаются тонким мокрым помолом смеси кварца, полевых шпатов, мела, глины, борацита, свинцового сурика и других материалов, которые при температурах 1000-1350°С образуют на поверхности керамики блестящий стекловидный слой. Керамические краски получают из оксидов кобальта, хрома, меди, марганца, железа и других металлов.

Помимо пластичных глин и каолинов в керамическом производстве используются и другие природные и искусственные материалы, добавляемые для регулирования технических свойств керамической массы: изменения ее пластичности, снижения температуры плавления, уменьшения деформаций при обжиге, повышения термостойкости керамических изделий и др. Среди них первостепенное значение имеют калиевые и натриевые минералы - полевые шпаты (ортоклаз, альбит, анортит) и нефелин, а также волластонит. Полевые шпаты в процессе обжига расплавляются в первую очередь с образованием вязкого стекла, скрепляющего более тугоплавкие компоненты керамической массы. При производстве тонкой художественной керамики, а также электрофарфора используются в основном калиевые полевые шпаты, низкотемпературного дешевого фарфора - преимущественно натриевые. Волластонит вводится в керамическую массу для снижения ее влагоемкости, а также для получения электро- и радиокерамических изоляторов.

Традиционным источником полевых шпатов для керамической промышленности являются пегматиты. Однако пегматитового сырья не хватает, поэтому в настоящее время все шире используются различные горные породы с высоким содержанием полевых шпатов или их заменителей (нефелина, лейцита, серицита и др.). Чаще всего это граниты, аплиты, фонолиты, сиениты, нефелиновые сиениты, <щелочные> каолины, полевошпатовые пески и песчаники и другие породы.

Особый интерес представляют гидротермально измененные серицитизированные и каолинизированные кислые, реже средние по составу магматические (в том числе пирокластические) породы - граниты, риолиты, дациты и их туфы - так называемые фарфоровые камни. В некоторых случаях их состав соответствует требуемому для исходной фарфоровой или фаянсовой массы либо нуждается в незначительной подшихтовке полевыми шпатами, огнеупорной глиной и др.

Фарфоровые камни разделяют на кварцевые и относительно редкие бескварцевые; в свою очередь кварцсодержащие камни подразделяют (по преобладающему минералу) на каолинитовый (диккитовый), пирофиллитовый, полевошпатовый и серицитовый типы. По суммарному содержанию щелочей (K₂O+Na₂O) среди них выделяют щелочные (более 2,5%), нормальной щелочности (0,5-2,5%), и бесщелочные (до 0,5%), а по величине калиевого модуля (К₂О/Na₂O) щелочные и нормальной щелочности фарфоровые камни относят к высококалиевым (более 3), кали-натриевым (1-3) и натриевым (до 1).

Наиболее дефицитными являются высококалиевые разновидности фарфорового камня. Натриевые разновидности в керамической промышленности не используются, но являются ценным стекольным сырьем. В литературе фарфоровые камни часто называют по именам собственным, отражающим их местонахождение или другие специфические особенности: корнуолльский камень (грейзенизированные и каолинизированные граниты полуострова Корнуолл в Англии), китайский камень (многочисленные месторождения КНР), гусевский камень (вторичные кварциты за счет субвулканических дацитовых порфиритов Гусевского месторождения в Приморье) росеки (пирофиллитовый) и тосеки (серицитовый) камни в Японии (гидротермально измененные кислые изверженные породы с кварцем и каолинитом).

Основные требования промышленности к качеству фарфорового камня как к керамическому сырью (так же как и для каолинов, каолиновых и других пластичных беложгущих глин) следующие: мелкозернистость и однородность строения, выдержанность химического состава, беложгущий черепок и низкие содержания хромофоров (Fe₂O₃, FeO, TiO₂ и др.), содержание щелочей и величина калиевого модуля, Для различных видов керамики эти показатели неодинаковы. Так, для производства электрофарфора фарфоровые камни должны содержать оксидов железа не более 0,4%, щелочей - не менее 1,5% при отношении К₂О/Na₂O > 4, кварца - не более 60%.

Среди многочисленных типов месторождений каолинов, глин, полевых шпатов и фарфоровых камней как керамического сырья в качестве главнейших выделяются следующие.
1). Изменчивые в плане, плащеобразные, линзообразные и более сложные каолиновые залежи с корневыми окончаниями типа жил и карманов, площадью в десятки-сотни км², мощностью в метры-десятки метров и более в корах выветривания массивов лейкократовых калишпатовых гранитов, гнейсов и мигматитов, реже плагиогранитов, кварцевых порфиров и других пород (месторождения Просяновское, Глуховецкое, Велико-Гадоминецкое, Беляевское, Союзное, Ново-Андреевское, Алексеевское и многие другие на Украине, Сент-Остелл в Великобритании, Седлец в Чехии и других странах).
2). Пласты и линзы существенно каолинитовых огнеупорных и тугоплавких глин мощностью в первые метры в составе ритмично переслаивающихся морских и континентальных осадочных песчано-глинистых толщ различного возраста, включающих иногда промышленные пласты углей, карбонатных железных руд, бокситов, а также кирпичных глин (месторождения Боровичско-Любытинской группы, Латненское и другие в России, многочисленные месторождения в составе Угленосной серии в Великобритании и других странах).
3). Жилообразные, линзовидные и сложной формы тела полевошпатовых, мусковитовых, хрусталеносных и редкометалльных гранитных пегматитов однородного либо зонального внутреннего строения, протяженностью в десятки-сотни метров, мощностью в метры-первые десятки метров, залегающие в древних глубокометаморфизованных алюмосиликатных толщах. Полевошпатовое сырье является ведущим, либо попутным компонентом, добываемым совместно с кварцем, слюдами, редкими землями, горным хрусталем, оптическим флюоритом и другими цветными камнями (многочисленные месторождения Карелии, Кольского полуострова и других регионов России, месторождения Украины, Казахстана, а также Индии, Бразилии, США, Норвегии, Швеции, Финляндии и др.).
4). Тела или части дифференцированных тел аляскитовых гранитов, нефелиновых сиенитов, анортозитов и других магматических пород с высокими содержаниями полевых шпатов, нефелина, лейцита и других щелочесодержащих минералов, характеризующиеся разнообразной формой, значительными (сотни м - км) размерами и близповерхностным залеганием, доступные для открытой разработки и преимущественно комплексной переработки извлекаемой горной массы (Карчисайское месторождение лейкократовых гранитов в Узбекистане, месторождения аляскитов Спрус Пайн в Северной Каролине, США, нефелиновых сиенитов Блу-Маунтин в Канаде, Хибинские месторождения нефелиновых сиенитов, Сыннырский и Сакунский массивы высококалиевых пород сынныритов и др.).
5). Штокообразные, линзовидные и дайкообразные залежи фарфоровых камней различного состава и тесно связанных с ними каолинов размером от десятков до сотен и более метров в приповерхностных (до 0,5-1 км) грейзенизированных частях гранитоидов и гидротермально измененных кислых, реже средних вулканических пород мезокайнозойского, иногда верхнепалеозойского возраста (Гусевское, Бикинское и другие месторождения в России, месторождения полуострова Корнуолл в Англии, многочисленные месторождения Японии, КНР и других стран). По мере увеличения в породе каолинита, галлуазита, диккита и иллита за счет сокращения доли серицита, пирофиллита и диаспора она переходит из фарфорового камня в каолин (месторождения каолина Чили, Мексики, Новой Зеландии, Японии и др.).

Рис. 88. Схематический разрез типичной воронкообразной залежи каолина на гранитах около Сент-Остелла, Корнуолл (по Бристоу). 1 - граниты; 2 - слабо каолинизированные граниты; 3 - каолин; 4 - палеозойские сланцы (киллас).

Месторождения каолинов и глин Великобритании

Великобритания является страной с традиционной высокоразвитой керамической промышленностью, базирующейся на собственном высококачественном сырье - первичных (остаточных) каолинах, каолиновых, так называемых <комовых>, огнеупорных и кирпичных, а также специфических сукновальных (фуллерова земля) глинах. По добыче каолина Великобритания занимает второе место в мире вслед за США, а по производству бентонитов входит в первую десятку стран.

Месторождения каолинов и каолиновых комовых глин находятся в Корнуолле и Девоншире (Юго-Западная Англия), Своеобразным кристаллическим фундаментом этого региона является гигантский гранитный батолит верхнекаменноугольного возраста, прорывающий девонские и каменноугольные преимущественно осадочные стратифицированные образования. Положительные формы неровной кровли этого батолита - куполы - выходят на дневную поверхность в виде серии крупных интрузивов: Дартмур, Бодмин Мур, Сент-Остелл, Карменеллис и Ландс Энд.

Все они сложены кварцевыми монцонитами и адамеллитами, состоящими из кварца, ортоклаза, плагиоклаза, коричневой слюды с акцессорным турмалином, цирконом и апатитом. С этими интрузивами тесно связаны олово-вольфрамовые жилы, аплиты и пегматиты. В них широко проявлены грейзенизация и каолинизация. Наиболее интенсивная каолинизация отмечается в массиве Сент-Остелл.

Каолиновые залежи приурочены к верхним частям гранитных массивов и имеют воронкообразную форму размером в многие сотни метров (рис. 88). Глубина развития каолинизации в гранитах может составлять 200-300 м. Благодаря присутствию флюорита кремовоокрашенный каолин иногда приобретает розоватый оттенок. В его составе присутствует белая слюда, включая лепидолит и жильбертит, зерна кварца с мелкими идиоморфными кристалликами альбита, микропертита, топаза, флюорита, турмалина.

Образование каолина дискуссионно. Согласно одной точке зрения, это результат гипогенного изменения гранитов под воздействием перегретых паров и горячих газов, содержавших соединения бора и фтора, поступавших из глубин по трещинам и разломам, разлагавших калиевый полевой шпат с высвобождением кремнезема и калия:
2КAlSi₃О₈ + 3Н₂О → Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 4SiO₂ + 2KOH,
с новообразованием небольших количеств флюорита и турмалина. Другая точка зрения рассматривает каолин как продукт выветривания гранитов.

Добыча каолина осуществляется в карьерах с помощью гидромониторов: струя воды под давлением размывает стенку карьера; глинистый материал в виде водной суспензии стекает в отстойники, освобождаясь от неглинистых частиц. Получаемая товарная продукция по химическому составу близка к чистому каолиниту (мас. %):SiO₂ 46,5; Al₂O₃ 39,5; (K₂O+Na₂O) до 2; Fe₂O₃ 0,5-1,2, что в пересчете составляет 80-95% каолинита и 5-15% мусковита. Корнуолльский каолин имеет очень высокую степень белизны, что особенно важно для бумажной промышленности. Однако из-за сравнительно большой крупности частиц керамические массы на его основе непластичны; поэтому в них вводят пластифицирующие добавки - комовые глины и бентониты.

В этом же регионе Юго-Западной Англии, непосредственно к востоку от гранитного массива Дартмур находятся осадочные месторождения каолиновых комовых глин. Свое название они получили в связи с тем, что ранее они извлекались в виде шаров или комков массой около 15 кг. Геологически они связаны с бассейном осадконакопления Бови площадью свыше 25 км², выполненным более чем 1100-метровой эоцен-олигоценовой толщей песков, алевролитов, алевритистых глин, комовых глин, углистых глин и лигнитов. В пределах этого бассейна выявлено более 40 промышленных пластовых залежей и линз комовых глин мощностью от 1 до 5 м.

Главный глинистый минерал комовых глин - каолинит, второстепенные - кварц и слюда типа иллита, примеси - органическое вещество (лигнит), оксиды железа и титана. В зависимости от окраски выделяют голубые, цвета слоновой кости и черные (с лигнитом) разновидности глин. Их химический состав варьирует в следующих пределах (%): SiO₂ 40-60; Аl₂O₃ 25-40; Fe₂O₃ 0,25-4,0; Na₂O 0-0,75; К₂О 0,5-4,0. По своему гранулометрическому составу глины тонкодисперсные: размер свыше 80% слагающих их частиц составляет сотые-десятые доли мкм.

Комовые глины обладают высокой пластичностью (максимальной в черной разновидности, богатой лигнитом), кремовым, белым или близким к белому цвету черепка, высокой дисперсностью и высокой прочностью в необожженном состоянии.

Добыча комовых глин чаще осуществляется карьерным способом. Однако, учитывая их высокое качество и редкость таких образований, допускается и подземная их добыча. Значительная часть этого сырья используется для изготовления керамических дренажных труб, строительного, кислотоупорного и огнеупорного кирпича; до недавних пор на его базе процветало гончарное производство. Для получения высококачественного белого фарфора эти глины (ball clay) используются в качестве пластифицирующих добавок к выше рассмотренным каолинам (china clay).

Считается, что месторождения комовых глин бассейна Бови имеют озерно-болотное происхождение; они образовались за счет эрозии и химического разложения гранитов Дартмур и окружающих эти граниты пород с последующим переносом и отложением продуктов в эоцен-олигоценовом грабене.

Месторождения огнеупорных и кирпичных глин широко проявлены на большей части территории Великобритании. Огнеупорные глины представляют собой осадочные плотные образования в составе Угленосной серии верхнекаменноугольного возраста. Кирпичные глины присутствуют среди девонских, каменноугольных, триасовых, юрских, меловых, третичных и четвертичных морских, озерно-болотных, аллювиальных и ледниковых формаций.

Одним из районов совместного развития огнеупорных и кирпичных глин является территория графств Норткумберленда и Дарема (Северная Англия), характеризующаяся широким площадным распространением верхнекаменноугольных толщ, подразделяемых на намюрскую серию Милстоун-Грит и вестфальскую Угленосную серию (Coal Measures). Верхняя часть серии Милстоун-Грит, обнажающаяся на территории этих графств, сложена мощными пластами грубозернистых песчаников, разделенных маломощными слойками морских глинистых сланцев.

Вышезалегающая Угленосная серия представляет собой ритмичное чередование морских и континентальных осадков; разрез полной циклотемы начинается слоем морских уплотненных глин, сменяемых вверх континентальными глинистыми сланцами или аргиллитами, песчаниками, корневым слоем древней почвы и, наконец, угольным пластом. Большинство таких циклотем развиты не полностью: в них те или иные элементы могут отсутствовать. Мощность индивидуальной циклотемы колеблется от 1 до 30 м, а Угленосной серии в целом составляет около 600 м.

Образование Угленосной серии в вестфальское время происходило в незакономерно прогибающемся континентальном бассейне с преобладающими болотными и лагунными условиями. Скорость образования глин и песчаников за счет материала, привносимого крупными реками, временами превышала скорость прогибания, что предопределило кратковременные, эпизодически возникавшие условия суши в появлением древних почв - субстрата для роста обширных лесов, которым в разрезе соответствуют угольные пропластки циклотем.

Глины и глинистые сланцы, входящие в состав Угленосной серии, часто являются огнеупорными и почти всегда добываются совместно с углем в угольных шахтах и разрезах. В тех случаях, когда в глинах содержится большое количество глинозема (30-40%) и малое количество щелочей (менее 1%) они относятся к огнеупорным и используются для производства санитарного фаянса и огнеупоров. Огнеупорные глины сложены каолинитом, слюдой и кварцем. В виде примесей в них часто присутствуют органическое вещество, карбонаты кальция, магния и железа, пирит, гидроксиды железа и анатаз. Их химический состав и свойства приведены в табл. 32. Глины с меньшим количеством глинозема и большим содержанием щелочей (около 3-4% в основном за счет К₂О), оксидов железа, органического вещества и пр. относятся к кирпичным (грубокерамическим); они являются темножгущими (с различной окраской черепка) и легкоплавкими. Эти глины используются в основном для производства кирпича, труб и других изделий грубой керамики. Их главные минералы - каолинит, хлорит и иллит; в примесных количествах присутствуют кварц и органическое вещество. В обожженном состоянии (температура обжига 1000-1180°С) они приобретают зеленовато-серую, светло-серую, кремовую, темно-бурую и другие окраски.

Известные под названием <фуллерова земля> кальциевые монтмориллонитовые глины Великобритании по своим свойствам и практическому использованию близки к классическим бентонитам. Основным районом добычи этих глин является Редхилл (графство Суррей) к югу от Лондона, где из нескольких карьеров получают суммарно около 200 тыс. т сырья. Здесь среди нижнемеловых (аптских) песчаников Сандгейт (так называемая формация нижних зеленых песчаников), выходящих на поверхность вдоль северного крыла антиклинальной структуры, выявлено несколько горизонтов фуллеровой земли. Эти горизонты (пласты) прослеживаются на 9 км по простиранию, имея суммарную мощность около 7 м. Их мощности и качественные характеристики различны. Основной пласт средней мощностью 2-3 м разрабатывается открытым способом до максимальной глубины под наносами 30 м.

Невыветрелые кальциевые монтмориллонитовые глины имеют восковидный облик и зеленовато-голубую окраску, переходящую при окислении в желтоватую. В сухом состоянии они твердые и хрупкие, при смешивании с водой образуют пластичную массу. Высокая емкость катионного обмена и большая адсорбционная способность предопределили использование фуллеровой земли в очистке питьевых и сточных вод, в производстве глазурей, красок, как компонент формовочных смесей и для пеллетизации железных руд; они широко используются как пластификатор в керамических массах.

Как полагают английские геологи, по источнику вещества фуллерова земля имеет вулканическое происхождение, представляя собой аккумуляты вулканического пепла, который впоследствии в субмаринной обстановке превратился в глину. Это дополнительно подтверждается выявлением вулканических центров батского возраста на дне Северного моря.

Рис. 89. Геологический разрез участка Хохол-Дон Латненского месторождения огнеупорных глин (по В.П.Михину, Н.А.Музылеву и А.Д.Савко). 1 - почвенно-растительный слой; 2 - моренные отложения (Q); 3 - мел плотный (K2t); 4 - мел песчаный (К2s); 5 - глина плотная (K2s); 6 - песок с желваками фосфоритов (K2s); 7 - песок кварцевый (K2at); 8 - глина огнеупорная; 9 - алевриты глинистые; 10 - песок с гравием (все К1аl); 11 - глина песчаная (К1a); l2 - номер скважины (числитель) и абсолютная отметка ее устья (знаменатель).

Латненское месторождение огнеупорных глин

Месторождение находится в 15 км к западу от Воронежа в междуречье Дон - Ведуга - Девица. Еще в конце XIX века здесь добывались белые керамические глины, использовавшиеся в гончарном производстве и для изготовления стекловаренных горшков. С начала ХХ века глины месторождения стали промышленным сырьем для производства огнеупоров.

Продуктивная глинисто-песчаная толща аптского возраста мощностью от нескольких до 40 м, залегающая на неокомских и девонских отложениях, перекрывается меловыми и четвертичными образованиями мощностью от 0 до 120 м. В ее разрезе (рис. 89) снизу вверх выделяются песчано-гравийный (<подглиняной>), глинистый (средний) и песчаный (<надглиняной>) горизонты.

Средний горизонт, залегающий с небольшим наклоном на юг, сложен каолиновыми глинами и фациально замещающими их глинистыми песками. Глины образуют вытянутые плоские линзы средней мощностью в 3-4 м (варьирующей от 0,5 до 16,5 м) и шириной от сотен м до первых км. В зависимости от содержания органики их окраска меняется от светло-серой до черной. Если количество последней превышает 50%, глина переходит в глинистый лигнит. Довольно часто в углефицированных разностях встречаются конкреции дисульфидов железа - пирита и марказита.

В пласте глин отмечаются прослои песков, алевритов, иногда гравия; отмечается приуроченность тонкодисперсных глин к верхней, а песчанистых - к нижней его частям. В кровле пласта нередки углистые разновидности глин, что характерно для регрессивной серии озерно-болотного осадконакопления (превращение озера в болото сопровождается уменьшением размера осадочных частиц и возрастанием доли растительной органики).

Глины сложены господствующим каолинитом; в подчиненных количествах в них присутствуют монтмориллонит, гидрослюды, смешаннослойные образования типа гидрослюда+монтмориллонит, а также кварц, сульфиды, гиббсит, гидроксиды железа, углефицированные растительные и древесные остатки. Количество гиббсита и гидроксидов железа невелико, тогда как кварца и углистого вещества - варьирует в широком диапазоне, при этом глины могут переходить в глинистые пески и лигниты.

Химический состав глин крайне изменчив (табл. 33). По содержанию кремнезема, глинозема и оксидов железа среди них выделяют основные, полукислые и кислые сорта. Полукислые и кислые сорта обогащены кремнеземом: количество кварца в них достигает 45%, а в основных его почти нет (1-2%). Наиболее высококачественные глины содержат от 39 до 43% глинозема (в них устанавливается гиббсит). Повышенные содержания оксида титана находятся в прямой корреляции с глиноземом. Наиболее высокие содержания железа отмечаются в углистых глинах за счет пирита и марказита.

Выделяется несколько технологических сортов глин, различающихся как минеральным и связанным с ним химическим составом, так и различными свойствами. Выделяют спекаемые (при обжиге образуют черепок белого или светло-кремового цвета с водопоглощением менее 10%) и неспекаемые, характеризующиеся пористым черепком. По пластичности различают низко- и среднепластичные; их степень дисперсности увеличивается от полукислых до основных сортов где содержание глинистых частиц (менее 0,005 мм) достигает 76,8%.

Высокие сорта латненских глин (ЛТО и ЛТ1) пригодны для использования в фарфорово-фаянсовой и огнеупорной промышленности для производства шамотных изделий класса А. Глины более низких сортов (ЛТ2, ЛТЗ) можно применять в фарфорово-фаянсовой промышленности и для производства шамотных изделий класса В. Полукислые сорта глин могут использоваться при изготовлении керамической плитки, светложгущего кирпича, черепицы, кислотоупорных керамических труб. Углистые глины пригодны для производства огнеупорных изделий низших сортов, а также для производства высококачественного цемента.

Отработка месторождения ведется открытым (карьерным) способом. Оставшиеся разведанные запасы каолиновых глин составляют более 50 млн т, что позволяет Воронежскому рудоуправлению при ежегодной добыче порядка 400 тыс т устойчиво работать длительное время. Как справедливо полагают В.П.Михин, Н.А.Музылев и А.Д.Савко, наряду с широким использованием латненских глин, обусловленным их минеральным и химическим составами, рентабельность горно-добычных работ на месторождении может быть повышена за счет использования вскрышных пород (бетонные, строительные, стекольные пески, мел, фосфориты, глауконит).

Месторождения керамических пегматитов Финляндии

Полевой шпат как один из главнейших промышленных видов неметаллического минерального сырья Финляндии добывается из пегматитовых жил, широко развитых на о-ве Кемие западнее Хельсинки и южнее г. Сейняйоки.

Геологически центральная часть о-ва Кемие входит в состав сланцевой зоны юго-западной Финляндии, образованной древнейшими супракрустальными кварц-полевошпатовыми сланцами или лептитами, прорванными телами габбро, диоритов, кварцевых диоритов и гранодиоритов. Наиболее поздними интрузивными образованиями являются микроклиновые граниты и связанные с ними многочисленные пегматитовые жилы, характеризующиеся сложной, часто ветвящейся морфологией.

Всего здесь выявлено около 300 таких жил, сложенных как простыми, так и сложными (дифференцированными) пегматитами. К числу промышленных залежей относятся пегматитовые жилы Брокярр, Бритасхаген и Варгбергет. Длина первой 200 м, ширина 15-85 м при вертикальном падении. Она осложнена ответвлениями мощностью до 10-20 м. В проекции на вертикальную плоскость выявляется грибообразная форма залежи. С вмещающими габбро пегматиты имеют резкие контакты. В своей южной части залежь постепенно переходит в пегматитовые граниты. Внутреннее строение залежи определяется наличием грубозернистого микроклинового ядра с рассеянными кристаллами кварца, находящегося в окружении аплитовой оболочки с признаками натриевого метасоматоза. Помимо микроклина и кварца в числе главных минералов пегматита - мусковит и гранат. Берилл, гадолинит, триплит, колумбит и топаз относятся к числу редких минералов и промышленного значения не имеют.

Месторождения разрабатываются небольшими карьерами иногда селективным способом. На фабрике из раздробленной пегматитовой массы флотационным способом получают отдельно полевой шпат и кварц. В середине 70-х гг. минувшего столетия их ежегодная продукция составляла около 65 тыс т и до 30 тыс т при общей массе перерабатываемого сырья (пегматиты) около 165 тыс т. Полевошпатовая продукция Кемие представлена грубыми и тонкими сортами, необходимыми для производства различной керамики, эмалей и стекол, включая санитарный фарфор, посуду, стенной кафель, стеклянную тару, радиолампы и телевизионные трубки.

Другое пегматитовое поле близ г. Сейняйоки также находится в полосе развития супракрустальных пород - свекокарельских слюдистых сланцев и гнейсов. Их прорывают доорогенные тела горнблендитов, габбро и диоритов и более поздние синорогенные тела кварцевых диоритов и гранодиоритов. Пегматитовые тела находятся среди кварцевых диоритов и гранодиоритов, а также близ их контактов среди слюдистых сланцев и гнейсов. Морфологически это жилы, линзы, факолиты, ориентированные параллельно сланцеватости.

Состав гранитных пегматитов несколько меняющийся. Они сложены полевыми шпатами, кварцем и слюдами, местами черным турмалином (шерл). Среди полевых шпатов преобладают калиевые, но постоянно присутствуют и плагиоклазы (олигоклаз-альбит). В примесных количествах постоянно отмечаются апатит и гранат; иногда устанавливаются селенсодержащие берилл и колумбит. В отдельных пегматитовых телах присутствуют литиевые минералы и касситерит.

Наиболее известная в рудном поле пегматитовая жила Хапалуома залегает в гранодиоритах, имея с ними резкие контакты. Она вытянута в широтном направлении на расстояние 480 м, падает на север под углом 60°, имея ширину выхода 20-35 м; на глубину жила прослежена до 28 м. От контакта к центру жилы выделяются следующие зоны: тонкозернистого аплита (2-3 см), микроклин-пертита с кварцем и шерлом (5-10 см), гигантских кристаллов (метровых размеров) микроклин-пертита с небольшим количеством кварца и шерла, кварцевого ядра, состоящего из нескольких линз длиной от 1 до 15 м и включающего единичные кристаллы берилла и полевого шпата. Считается, что эта зона является результатом фракционной кристаллизации остаточного пегматитового расплава. Вторичные гидротермальные растворы накладывались на пегматиты с отложением прожилков, богатых альбитом.

Добытый в карьере пегматит подвергают дроблению, фракция менее 8 мм поступает в отвалы, крупная фракция очищается от темноцветных минералов (турмалина и биотита). Конечный продукт состоит на 60-70% из полевого шпата (преимущественно микроклина) и используется в керамической промышленности.

Рис. 90. Схематизированный геологический план Сыннырского массива (по Ивановой). 1 - верхнепротерозойские отложения (олокитская и сыннырская свиты); 2 - нижнекембрийские отложения (холоднинская свита); породы сыннырского комплекса: 3 - псевдолейциты и нефелиновые сиениты, 4 - псевдолейциты-сиениты и псевдолейциты, 5 - пуласкиты и гедрумиты (пуласкитовые порфиры); 6 - граниты, граносиениты и сиенитовые порфиры; 7 - разломы.

Месторождения сынныритов Сибири

Сынныриты представляют собой новый вид ультракалиевого алюмосиликатного сырья для керамической и цементной промышленности, для получения бесхлорных калийных удобрений, глинозема и поташа. Собственно сыннырит - это уникальная фельдшпатоидная плутоническая порода калиевого ряда, сложенная многочисленными (до 90%) округлыми выделениями псевдолейцита (псевдоморфоза по лейциту, состоящая из взаимопрорастаний ортоклаза около 70% и нефелина около 30%), погруженными в основную массу мелких зерен нефелина и калиевого полевого шпата (микроклина или санидина) с примесью кальсилита, биотитa, пироксена (эгирин-диопсида), альбита, сфена, апатита, граната, титаномагнетита, магнетита и ильменита. Среди вторичных минералов в породе отмечены цеолиты, анальцим, содалит, альбит и гидрослюда.

Порода тесно связана с другими разновидностями лейцитовых и псевдолейцитовых интрузивных образований. Они характеризуются исключительно высоким содержанием оксида калия (17-21%) и значительными концентрациями глинозема (до 28%). К настоящему времени промышленные скопления сынныритов и близких к ним ультракалиевых пород выявлены в двух щелочных массивах Сибири - Сыннырском и Сакунском, являющихся, таким образом, месторождениями этого нового вида минерального сырья.

Сыннырский массив находится в Бурятии в междуречье Левой Мамы и Большой Чуи к северу от трассы БАМ. Он имеет изометричную в плане форму и концентрически зональное строение; площадь массива около 600 км² (рис. 90). Возраст его предполагается девонским. Вмещающими массив породами на западе и севере являются верхнепротерозойские основные метаэффузивы, метаморфизованные песчаники, кварциты, углисто-глинистые сланцы и известняки, на востоке и юге - нижнекембрийские известняки, доломиты, конгломераты, гравелиты, песчаники, глинисто-углистые сланцы. Экзоконтактовые изменения: ороговикование, мраморизация, фенитизация и скарнирование.

Центральная часть массива представлена штокообразным телом щелочных сиенитов - пуласкитов и гедрумитов; далее следует зона псевдолейцитовых пород - гнейсовидных псевдолейцититов и лейцититов (сынныритов), псевдолейцитовых сиенитов; внешние зоны сложены нефелиновыми сиенитами и их сильно щелочной разновидностью - итсиндритами. Кроме того, в массиве зафиксированы отдельные тела щелочных габброидов (шонкинитов), фергуситов, трахитоидных метасоматических сиенитов и др.

Промышленно значимые тела псевдолейцититов (сынныритов), выделенные в зоне развития псевдолейцитовых пород в юго-западной части массива, имеют длину 1-5 км и мощность 100-400 м.

Сакунский массив расположен на севере Читинской области, в водораздельной части Удоканского хребта, в 25 км юго-западнее от ближайшей ж/д станции Хани Байкало-Амурской магистрали. Подобно Сыннырскому, Сакунский массив также имеет изометричную в плане, слегка вытянутую в северо-западном направлении форму и зональное строение, обусловленное многофазовым внедрением щелочной магмы и постмагматическим метаморфизмом. Его площадь выхода значительно меньше - около 50 км². Вмещающие породы - метаморфизованные песчаники, алевролиты, сланцы, кварциты, гнейсы и гранитоиды архея и нижнего протерозоя.

Большая часть массива сложена щелочными и кварцевыми сиенитами, граносиенитами, нефелиновыми сиенитами. Калиевые и ультракалиевые породы слагают в южной и восточной периферических частях массива линзовидно-дугообразные крутопадающие (к центру) залежи длиной соответственно 10 и 1,3 км при максимальной ширине до 2 км. В составе этих залежей породы дифференцированы на две серии: лейкократовую (сынныриты, бороланиты, фергуситы, итсиндриты и нефелинпсевдолецитовые сиениты) с цветным индексом менее 10 и мезократовую (святоноситы, пуласкиты, нефелиновые сиениты, лузитаниты, биотит-пироксеновые метасоматиты, шонкиниты, миссуриты и биотитовые пироксениты) с цветным индексом от 10 до 100.

Промышленный интерес представляют породы лейкократовой серии, главным образом находящиеся в составе южной залежи. В результате проведенных поисково-оценочных работ установлено, что при бортовом содержании K₂O 14% в промышленный контур входит вся лейкократовая серия пород; в этом случае рудное тело имеет в плане серповидную форму, вытянутую на 4 км при максимальной мощности 900 м. Прогнозные ресурсы сырья, доступные для открытой разработки, оцениваются в 2,6 млрд т. При более высоком бортовом содержании K₂O (17%) рудное тело приобретает форму изогнутой линзы длиной 2,3 км, мощностью 250-350 м. Прогнозные ресурсы в этом варианте составляют 767 млн т.

Разработанные технологии позволяют осуществлять безотходную переработку сынныритов с получением глинозема, бесхлорных калийных и фосфорно-калийных удобрений, цемента, полевошпатового концентрата для фарфоро-фаянсовой, электротехнической и абразивной отраслей промышленности, кальсилитового концентрата как естественного, экологичного калийного удобрения пролонгированного типа и целого ряда других продуктов.

В табл. 34 приведена сравнительная характеристика Сыннырского и Сакурского месторождений керамического и калий-алюминиевого сырья, находящихся в зоне освоения БАМ.

Рис. 91. Геологический план и разрез Гусевского месторождения фарфорового камня (по В.С.Коренбауму, В.И.Финько, В.А Тащилкину). 1 - плиоценовые базальты и их туфы; 2 - миоценовые песчано-пепловые отложения с галькой (усть-сейфунская свита); 3 - верхнетриасовые песчаники, переслаивающиеся с аргиллитами и углистыми породами (монгугайская свита); фациальные зоны гидротермально измененных дацитов: 4 - каолинитовая, 5 - серицит-каолинитовая, 6 - каолинит-серицитовая, 7 - серицитовая; 8 - пропилитизированные дацитовые порфириты; 9 - пропилиты; 10 - разрывные нарушения; 11 - зоны повышенной трещиноватости.

Гусевское месторождение фарфорового камня

Месторождение находится в Приморском крае северо-западнее Владивостока. Основным элементом его геологического строения (рис. 91) является субвулканическое тело дацитовых порфиритов штокообразной формы, локализованное в ядре брахиантиклинальной складки с углами падения крыльев 40-60°. На поверхности это тело вытянуто на 2-2,3 км в северо-западном направлении при ширине до 1 км.

Брахиантиклинальная складка сложена песчаниками, алевролитами, углями и углистыми породами монгусайской свиты верхнего триаса. Контакт дацитовых порфиритов (выполняющих субвулканическое тело верхнемелового возраста) с этими породами эруптивный. Породы брахиантиклинали и локализованного в ее ядре штока разбиты разрывными нарушениями типа сбросов и сбросо-сдвигов преимущественно северо-восточного направления.

Мезозойские образования месторождения перекрыты плиоценовыми базальтами, андезито-базальтами и их туфами и песчано-пепловыми с галькой отложениями усть-сейфунской свиты верхнего миоцена.

Дацитовые порфириты под действием поствулканических гидротермальных растворов претерпели изменения, особенно интенсивные в юго-восточной части штока, результатом которых явилось образование вертикальной зональности (снизу вверх): пропилиты - пропилитизированные дацитовые порфириты - серицитовые, каолинит-серицитовые, серицит-каолинитовые и каолинитовые вторичные кварциты.

Пропилиты и пропилитизированные дацитовые порфириты сложены кварцем (20-40%), реликтовой стекловатой массой и микролитами альбитизированного и серицитизированного плагиоклаза; количество серицита и гидрослюд составляет до 40%. Местами появляется сидерит, достигающий 13-15% в породе. Из других минералов отмечаются рутил (до 1%), единичные зерна андалузита, хлорита и сульфидов.

При низком содержании железа (до 0,5% в пересчете на Fe₂O₃) эти породы рассматриваются как низкокачественный фарфоровый камень, пригодный для получения санитарно-технического фаянса и именуемый щелочной разновидностью гусевского камня (К₂О+Na₂O=5,3%; К₂О/Na₂O=0,6) (табл. 35).

Среди типичных вторичных кварцитов, составляющих главную промышленную ценность месторождения, выделяются каолинитовая, серицит-каолинитовая, каолинит-серицитовая и серицитовая разновидности. На поверхности ширина выхода вторичных кварцитов составляет 100-120 м.