2. Каолины

Наряду с огнеупорными глинами для производства шамотных и полу­кислых изделий широко применяют каолины.

Каолин представляет собой типичную осадочную пелитовую горную породу, важнейшими минералами которой являются каолинит и кварц. По происхождению каолины делятся на первичные, или остаточные, отло­жившиеся на месте своего образования, связанные с корой выветривания щелочных алюмосиликатных пород, и вторичные, или переотложенные, перенесенные на большие или меньшие расстояния от мест залегания ма­теринских пород при содействии водной или воздушной среды.

Первичные каолины образуются в результате разложения (выветрива­ния) изверженных, метаморфических и осадочных горных пород, содержащих полевые шпаты и слюды. Важнейший породообразующий минерал - каолинит - образовался главным образом при разложении щелочных алюмосиликатов.

Простейшая схема каолинизации одного из представителей щелочных алюмосиликатов - ортоклаза может быть представлена в следующем общем виде:

К₂О • А1₂О₃ • 6SiО₂ + 2Н₂О + СО₂ =

ортоклаз углекислота

= А1₂О₃ • 2SiО₂ • 2Н₂О + 4Si0₂ + Ка₂СО_з

каолинит кварц поташ

или

К₂О • А1₂О₃ • 6SiО₂ + 2Н₂О = (КН)₂0 • А1₂О₃ • 2SiO₂(0Н)₂ + 4SiO₂.

ортоклаз гидрослюда кварц

Залежи вторичных, или переотложенных, каолинов образовались при отложении продуктов химического выветривания коренных пород преимущественно в водной среде. Вторичные каолины по сравнению с первичны­ми отличаются большим разнообразием минерального состава, наличием органических примесей, более высокими показателями пластичности и связ­ности, более тонким гранулометрическим составом. Вместе с тем указан­ные признаки настолько сближают переотложенные каолины с глинами, что иногда крайне трудно провести грань между ними. Переходные типы поэтому могут с равным правом называться и каолинами, и глинами.

Состав и свойства каолина в большой мере определяются условиями их образования. Остаточные каолины характеризуются довольно грубым гранулометрическим составом, они слагаются главным образам частицами 0,1-0,005 мм в диаметре и часто содержат включения крупнозернистого остаточного кварца и неразложившиеся обломки коренных пород. Поэтому для первичных каолинов необходимо обогащение, при котором происходит отделение грубых включений и частиц от «глинистой» составляющей, т.е. частиц размерами 0,01- 0,001 мм и меньше. Существующие разнообраз­ные способы обогащения первичных каолинов в конечном итоге сводятся к получению классифицированного по гранулометрии продукта (концент­рата) с максимально возможным выходом тонких фракций. Отходы от обо­гащения первичных каолинов обычно представляют собой почти чистые кварцевые пески (обычно не более 10 % каолина), которые вполне пригод­ны для использования в промышленных целях. Огнеупорная промышлен­ность также может использовать каолиновые отходы как отощающий мате­риал в полукислых изделиях и в качестве составной части шихты при изго­товлении динаса.

Вторичные каолины по гранулометрическому составу приближаются к глинам и характеризуются значительным содержанием частиц диаметром меньше 0,005—0,001 мм (до 60-80 %). Они обычно не нуждаются в обога­щении, будучи хорошо отсортированными в процессах длительного пере­носа и переотложения.

Химический состав каолинов является функцией их минерального состава. Первичные каолины характеризуются меняющимися количества­ми Si0₂ и А1₂О₃ вследствие непостоянства содержания в них каолинита и кварца по глубине залегания и площади распространения каолинизированных пород. Прочие примеси (в виде слюды, полевых шпатов, лимонита и других минералов), хотя и влияют на общее содержание щелочей, щелоч­ных земель и оксида железа, не имеют решающего значения для оценки химического состава каолинов.

Количество и характер минеральных примесей зависят от состава и текстуры коренной породы и степени ее разложения.

Химический состав переотложенных каолинов более постоянный, не­жели первичных, но вместе с тем и более разнообразный по содержанию отдельных оксидов в силу большей неоднородности их минерального со­става. В процессе переноса каолины ассимилировали различные вещества в виде минеральных составляющих, органических (гумусовых и др.) соеди­нений, а также остатки животного и растительного происхождения.

Физико-технические свойства каолинов зависят также от условий их образования и накопления. Первичные каолины представляют собой низкопластичные («тощие») глинистые породы, почти не обладающие связ­ностью. После обогащения каолинов эти свойства несколько улучшаются. Чешуйчатый характер каолинитовых частиц обусловливает зыбкие свой­ства каолинов, поэтому применение их в керамике и огнеупорах требует добавки высокопластичных глин, выполняющих роль связки.

Пластичность и связующая способность переотложенных каолинов значительно выше, чем у первичных, обогащенных. По этим свойствам вторичные каолины мало отличаются от пластичных глин.

Огнеупорность каолинов, за исключением сильно ожелезненных разновидностей, окрашенных оксидами железа в темно-желтые, бурые, красновато-бурые цвета, характеризуется интервалами 1700-1780 °С, причем первичные приближаются к нижним, а вторичные и обогащенные - верхним предельным температурам плавления.

Почти все каолины являются высокоспекающимся огнеупорным сы­рьем (спекаются в интервале 1450-1500 "С). Поэтому шамотные и полукис­лые огнеупорные изделия, вырабатываемые из каолинов, требуют более высокой температуры обжига, чем изделия из глин. При более высоких температурах обжигу подвергают и каолиновый шамот. Высокий обжиг обес­печивает необходимое уплотнение (спекание) черепка; во время спекания происходят все фазовые преобразования, определяющие в конечном счете свойства готового продукта.

Страны СНГ располагают богатейшими залежами первичных и вто­ричных каолинов, причем первые более широко распространены и харак­теризуются крупными запасами.

По данным Всесоюзного геологического фонда, балансом запасов полезных ископаемых по состоянию на 1 января 1991 г. на территории б. СССР учтено 53 месторождения каолинов, с запасами по категориям А+В +С 3,3 млрд. т. На территории б. СССР разрабатывалось 17 месторожде­ний каолина, общая добыча которого составл51ла около 12 млн. т. Из этого количества 85 % добыто на предприятиях Украины. Здесь известны такие крупные месторождения каолина, как Просяновское в Днепропетровской области, Глуховецкое и Турбовское в Винницкой области, Владимировс- кое, Богородицкое (Белая Балка) и Затишанское в Донецкой области, Новоселицкое в Черкасской области, Положское в Запорожской области и др. Наибольшее значение имеют первичные каолины, представляющие собой основную базу каолинового сырья СССР.

На территории России добыча каолина составляла 14 % общего объема.

Наиболее крупные месторождения каолинов в России находятся на Урале - в Челябинской (Кыштымское, Чекмакульское, Еленинское), Свердловской (Ключевское-Невьянское), Оренбургской областях (Домбаровское). Из сибирских месторождений следует назвать: Туганское в Томс­кой области, Краваль-Балайское в Красноярском крае, Чалганское и Святогоровское в Амурской области.

В Узбекистане разведанные запасы каолина сосредоточены на круп­нейшем Ангренском комплексном месторождении бурого угля, огнеупор­ной глины и каолина.

Месторождения каолина в Грузии, Азербайджане, Казахстане и Кир- гизстане изучены недостаточно, выявленные запасы невелики.

В производстве огнеупоров используют главным образом переотложен­ные каолины, их потребление для этих целей составляет примерно 15- 18 % от общей добычи. Наибольший интерес для изготовления огнеупоров представляют каолины Владимировского, Положского и Новоселицкого ме­сторождений (Украина), лучшие сорта которых позволяют вырабатывать вы­сококачественные шамотные изделия с содержанием глинозема более 40 %.