книги из ГПНТБ / Григорович, М. Б. Минеральное сырье для промышленности строительных материалов и его оценка при геологоразведочных работах

ГОСТ или единых технических условий на природные кварце­ вые материалы для тонкой керамики не имеется. Но основным требованием является высокое содержание Si02 (не менее 98,5%) и минимальное содержание F2O3 (не более 0,2—0,3%). На пе­ сок, являющийся отходом при обогащении каолинов, имеется ГОСТ 7031-—54, согласно которому песок должен отвечать требо­ ваниям, приведенным в табл. 2 1 .

Специальных геологоразведочных работ на кварцевые матери­ алы для тонкой керамики, как правило, не производится, и про­ мышленность обеспечивается сырьем с месторождений, разведан­ ных для других целей. Для изделий грубой керамики в качестве отощителя используют кварцевые пески. Специальных требований

кэтим пескам также нет. Но считается, что лучшим является песок

сугловатыми малоокатанными зернами, обладающими шерохова­

той поверхностью. Оптимальный размер зерен — от 0,25 до 1 мм. При проведении геологоразведочных работ на кирпичные глины часто приходится выявлять и запасы песков-отощителей. Методика изучения этих песков аналогична применяющейся при работах на

строительные пески (см. стр. 174—186).

Полевошпатовые породы

К группе полевых шпатов относится значительное количество минералов-алюмосиликатов калия, натрия, кальция и реже бария. Полевые шпаты делятся на три подгруппы: 1) натриево-кальцие­ вые полевые шпаты (плагиоклазы), представляющие собой непре­ рывный изоморфный ряд, крайние члены которого носят название альбит-Na (А1 SisOs) и анортит-Са (Al2Si20 8); 2) калинатровые полевые шпаты, из которых наиболее широко распространены ор­ токлаз и микроклин, отвечающие составу К (AlSisOs); 3) калиево­

выми жилами, довольно ограничены, промышленность вынуж­ дена переходить к использованию полевошпатовых пород — полевошпатовых песков, лейкократовых гранитов, липаритов и др. Полевошпатовые породы в тонкой керамике применяются в каче­

63

стве флюсующего компонента. Наиболее денным является калие­ вый полевой шпат, который обеспечивает широкий интервал спека­

микроклиновых гранитах, верхняя каолиновая зона выветривания подразделяется на две подзоны: нормальных каолинов и «содооб­ разных» щелочных каолинов с неполностью разложенными микро­ клином или слюдой. Мощность щелочных каолинов может дости­ гать 20 м и более, а содержание микроклина в мелких песчанистых фракциях 70—80%, при содержании в каолине КгО 3—5% (Просяновское месторождение каолина, Украина) (рис. 9).

Данные о химическом составе некоторых полевошпатовых пород, используемых в настоящее время керамической промышленностью, приведены в табл. 22 (Козырев, 1970).

64

В последние годы в качестве керамического сырья изучены ме­ сторождения различных пород — фарфорового камня, перлита, волластонита, аплитового гранита и др. Месторождение гидротер­ мально измененных кварцитов (фарфорового камня) в настоящее время известно в СССР только одно (Гусевское в Приморском крае). Оно приурочено к контакту штока дацитовых порфиров верх­ него мела, прорывающих триасовые отложения. Сложено оно гид­ ротермально измененными вторичными кварцитами, постепенно пе­ реходящими в пропилптпзированиые дацнтовые порфиры. По мине­ ралогическому составу среди вторичных кварцитов месторождения выделяются четыре разности: каолинитовая, гидрослюдисто-каоли- нитовая, каолинит-гидрослюдистая и гпдрослюдистая.

Эти породы, а также пропилиты, не содержащие сидерита, характеризуются химическим составом, приведенным в ■табл. 23.

По данным анализов и испытаний каолинитовые, гидрослюди- сто-каолинитовые и каолинит-гидрослюдистые вторичные кварциты пригодны для производства бытового и художественного фарфора. Каолинит-гидрослюдистые и гидрослюдистые кварциты пригодны для изготовления электротехнического фарфора. При полузаводских испытаниях в шихту вводилось вторичных кварцитов 70—75%, полевого шпата 15—20%, просяновского каолина 6—10%, часовярской глины 6—12%. Пропилиты в шихтовке с другими компо­ нент,ами пригодны для производства санитарно-технического фаянса.

Испытания, проведенные с перлитом Арагацского месторожде­ ния, показали его пригодность в качестве плавня в составе кера­ мических масс и глазурей (химический состав перлита см. в гл. 8). При введении в массу перлита улучшаются физико-механические показатели изделий (термостойкость, механическая прочность). В состав опытной фарфоровой массы были введены следующие компоненты (в %): кварцевый песок (Авдеевского месторождения) 22,4, перлит (Арагацского месторождения) 22,4, фарфоровый бой 14, часов-ярская глина 21—15,4; просяновский каолин 25,8.

66

Новым видом керамического сырья для промышленности СССР

является минерал волластонит (CaOSi02). Волластонит представ­ лен игольчатыми, спутанноволокнистыми, веерообразными и ради­ альнолучистыми агрегатами. Содержание волластонита в руде со­ ставляет от 20 до 50% (среднее 38%). Химический состав волластонитовых руд следующий (в %): Si02 26,0—40,0; АЬОз 1,30— 3,05: Fe20 3 + Fe0 0,80—2,50; ТЮ2 0,05—0,17; СаО 36,0—50,0; MgO 1,15—1,70; МпО 0,06—0,30; K20 + Na20 0,01—1,29; п.п.п. 13,64— 29,46.

Проведенными испытаниями установлено, что при добавке 10% тонкоизмельченного концентрата волластонита в сырьевую смесь получаются малоусадочные термостойкие облицовочные плитки, при этом процент брака уменьшается с 66 до 18,5%, снижается температура обжига и уменьшается усадка при сушке и обжиге. Введение волластонита в фарфоровые глазури в количестве 6% улучшает блеск изделий, разлив глазурей и их термостойкость. Применение волластонита также весьма эффективно в производ­ стве электрокерамических изделий.

Месторождения волластонита связаны с тремя типами образо­ ваний: скарнами, кристаллическими сланцами и известняками (древний метаморфический комплекс) и массивами ультраоснов- ных-щелочиых пород. Волластонитовые скарны обычно связаны с кислыми интрузиями, реже основными. Среди них известны как безрудные, так и содержащие руды золота, редких или цветных металлов. По скарновому волластониту иногда развивается датолитовая минерализация.

Глубоко метаморфизованные волластонитовые сланцы известны среди кристаллических пород древних щитов. Наиболее крупным месторождением такого типа является Уилсборо (США, штат НыоИорк). Волластонит приурочен к докембрийским породам, интрузированным анортозитами. В составе 1«етаморфической толщи имеются гранатовые и пироксеновые гнейсы. Волластонит присут­ ствует в скарновых образованиях, а также образует самостоятель­ ные пластообразные тела мощностью 9—11 м. Запасы месторож­ дения определены в 15 млн. т.

Вультраосновных щелочных породах волластонитовые скопле­ ния также приурочены к скарнам. В настоящее время промышлен­ ные месторождения волластонита известны среди первых, двух типов.

ВСССР первое месторождение волластонита скарнового типа разведано в Узбекистане (Койташское). Месторождение представ­ ляет собой пологопадающую пластовую залежь пироксен-кальцит- волластонитовой скарновой породы, образовавшейся, на контакте известняков с роговиками. Скарны месторождения подразделяются на пироксен-кальцит-волластонитовые, плагиоклаз-пироксен-каль- цит-волластонитовые и везувиан-пироксен-волластонитовые.

Одним из источников полевошпатового сырья являются, как уже указывалось, лейкократовые граниты. В настоящее время раз­

рабатывается Карич-Сайское (Лянгарское) месторождение таких гранитов (Самаркандская область). Минералогический состав гра­ нитов характеризуется следующими показателями (в %): кварц 26—32, плагиоклаз 27—41, калиевые полевые шпаты 24—33, му­ сковит 0,5—1,3, биотит до 4, гранат и рудные 0,2—4. Химический состав гранита (в %): Si02 73,4—77,72; R20 7,4—9,06: К20 : Na20 0,95—1,26; СаО не более 13,2; Fe20 3 0,05—3,9; А120 3 11,37—15,85.

Граниты хорошо обогащаются магнитной сепарацией и содержа­ ние железа снижается от 0,6—1% в руде до 0,2% в концентрате при выходе концентрата 63%. Концентрат отвечает требованиям стекольной промышленности и II сорту для фарфоровых масс. Повидимому, в керамической промышленности в качестве высокока­ лиевого сырья могут найти применение трахиты, массивы которых обнаружены в последние годы на Северном Кавказе (в Кабар­ дино-Балкарской АССР). Химический состав этих трахитов сле­ дующий (в %): SiOo 76—77; Ti02 0,08—0,11; AU03 10—12; Fe20 3 0,24—0,36; MgO 0,00—0,03; CaO 0,00—0,15; Na20 0,28—0,31; IC20 8,90—9,97.

Одним из источников полевошпатового сырья для керамической промышленности являются месторождения полевошпат-кварцевых и каолинсодержащих полевошпат-кварцевых песков. Месторожде­ ния этого сырья имеют промышленное значение для районов Даль­ него Востока, где ощущается дефицит в чистых кварцевых песках для стекольной промышленности. При обогащении песков таких месторождений с целью извлечения каолина и чистого кварцевого материала в качестве побочного продукта получается полевой шпат.

В связи с тем что при выветривании плагиоклазы разрушаются более интенсивно, происходит природное обогащение сырья по со­ держанию окиси калия, и отношение КгО : Na20 в песках и в поле­ вошпатовых концентратах достигает 10 : 1. Примером месторож­ дения такого типа является Чалганское, расположенное в Амур­ ской области (табл. 24).

Ценным сырьем для тонкой керамики является тальк, широко применяемый для этих целей в США (до 280 тыс. т в год). Иссле­

68

дования, проведенные в Томском политехническом институте, пока­ зывают, что из шихты, состоящей из 70% талька Алгуйского место­ рождения и 30% глины Вороновского месторождения, получаются облицовочные плитки с прочностью при изгибе 300—350 кгс/см2. Причем температура обжига по сравнению с плитками обычной шихты снижается на 80° С. На описанные виды керамического сырья существуют ГОСТ и технические требования.

Согласно ГОСТ 7030—67 полевой шпат и пегматит кусковой н

фарфора и фаянсовой глазури могут иметь отношение окислов щелочных металлов не менее 2. Содержание CaO+MgO в пегма­ тите марок ПВМ, П1К, П1М допускается 2%. Нормы содержания РегОт для полевого шпата и пегматита марок Ш1К, П1К, Ш1М, ПВМ и П1М относятся к сырью Чупинского и' Енского месторож-

69

Для сырья других месторождении в эту норму включается сумма

Fe20 3 + Ti02.

Согласно кондициям вторичные кварциты Гусевского место­ рождения для фарфоро-фаянсовой промышленности должны отве­ чать следующим требованиям: бортовое содержание на пятиметро­ вый интервал; ЫаоО+ КгО — не более 2,5%; Fe20 3+ T i0 2— не более

0,6%; Si02 •— не более 78%.

Кондиции на кварцит для электрокерамической промышленно­ сти определяют следующие содержания важнейших .компонентов: бортовое содержание на пятиметровый интервал: ИагО + КгО— не ниже 1,5% при соотношении К20 : Na20 — не ниже 4:1, окислов железа в пересчете на Fe20 3 — не более 0,4%; сумма щелочнозе­ мельных окислов (CaO +M gO )— не более 1%; Si02 — не более

79%.

Согласно техническим условиям Министерства легкой промыш­ ленности РСФСР кварциты месторождения делятся на три сорта: высший с содержанием Fe20 3+ T i02 до 0,6% и суммой щелочей не более 0,5%; I — Fe20 3 + Ti02 до 0,6%, щелочей 0,5—2,5%: II — Fe20 3 + Ti02 0,6—1,0%, сумма щелочей до 2,5%.

По временным техническим условиям концентрат волластонита Койташского месторождения должен отвечать требованиям, приве­ денным в табл. 27.

Из-за ограниченности запасов чистого полевого шпата и пегма­ тита и роста их потребления промышленность вынуждена перехо-

70

Т а б л и ц а 27

Требования к составу волластонитового концентрата

(в %)

дить на разработку сырья, загрязненного различными примесями. Но использование такого сырья невозможно без обогащения. По­ этому для обеспечения промышленности качественным полевошпа­ товым сырьем необходимо обогащение. Процесс обогащения поле­ вошпатовых пород состоит из следующих операций: 1) дробление и измельчение породы; 2) классификация по крупности; 3) удале­ ние вредных минеральных примесей; 4) отделение полевых шпатов от кварца; 5) разделение калиевых полевых шпатов и плагиокла­ зов; 6) обезвоживание и сушка концентратов до заданной влаж­ ности.

В результате флотационного разделения полевых шпатов со­ держание К20 в концентрате удается повысить с 8,9 до 12,4% (месторождение Ала-Носкуа) и с 8,98 до 11,8% (месторождение Кайпола). Наиболее высокое содержание КгО в концентрате уда­ ется получить при химическом обогащении (К20 : Na20 = 10), так как под действием кислот в первую очередь разрушаются плагио­ клазы (Ревнивцев, 1970). При обогащении песчанистой фракции щелочных каолинов также удается значительно повысить содержа­ ние К2О (табл. 32, Козырев, 1970).

71

цией. Из проб с содержанием волластонита в руде 30—38,2% полу­ чены концентраты с содержанием волластонита 75—82% при вы­ ходе 26,8—41,0% и извлечении 65—82%.

Процесс обогащения каолин-кварц-полевошпатовых песков Чалганского месторождения, разработанный Механобром, включает операции безэлектролитного обогащения каолина в гравитацион­ ном и центробежном поле. Для обогащения отходов каолинового производства рекомендуется флотационное разделение кварца и полевого шпата с предварительным измельчением песка. В резуль­ тате этого процесса получают каолиновый, полевошпатовый и квар­ цевый концентраты.

Типы месторождений непластичного сырья, применяемого в ке­ рамической и стекольной промышленности, приведены в табл. 29 (по Козыреву, 1970, с дополнениями).

Для оценки пегматитового полевошпатового сырья, состоящего в основном из достаточно крупных минералов, которые можно вы­ делить на глаз, существенное значение имеет ручная сортировка. С этой целью вся горная масса валовой пробы подвергается пред­ варительному дроблению, что помогает выделить отдельные кри­ сталлы полевого шпата и кварца размером более 20 мм. При сор­ тировке выделяют и складируют в отдельные штабели микроклиновый полевой шпат, плагиоклаз, пегматит микроклиновый и плагиоклазовый смешанный, загрязненный, кварц и «мелочь».

Объемное отношение каждого из выделенных продуктов ко всей горной массе валовой пробы является его выходом. Для визуаль­ ной оценки полевошпатовых пород важно определять наличие и ха­ рактер включений темноцветных минералов в полевом шпате и кварце, так как крупные включения легко удаляются, а обогаще­ ние мелких затруднено. В том случае, если сырье поддается сорти­ ровке, химические анализы и керамические испытания следует производить по выделенным видам минералов или пород. При од­ нородном строении рудного тела пробы следует' отбирать как

72