30,31. Асбест.

Минералогия. Асбестами называются минералы, которые легко расщепляются на тончайшие прочные и гибкие волокна, выдерживающие высокие температуры. К ним относятся хризотил-асбест, крокидолит, амозит, антофиллит, иногда тремолит, актинолит, режикит и др. По своей атомной структуре хризотил-асбест принадлежит к минеральной группе серпентина, а все остальные – к группе амфиболов.

Хризотил-асбест («белый асбест») – волокнистая разновидность водного силиката магния – серпентина. Состав его отвечает формуле Mg₆[Si₂O₅](OH)₈ или 3MgO ^. 2SiO₂ ^. 2H₂O. Элементарные кристаллы-волокна обладают трубчатым строением и имеют форму полых цилиндров с внешним диаметром 260 А, внутренним – 130 А и толщиной стенок 65 А. Хризотит-асбест слагает жилки в темно-зеленых серпентинитах. Характеризуется высокой температурой плавления (1521 ⁰С), при температуре 700 ^о С теряет конституционную воду и становится хрупким. Твердость его 3–3,5, средняя плотность – 2,5 г/см³. Хризотит-асбест щелочеустойчив, но мало устойчив к воздействию кислот, обладает высокими сорбционными, тепло-звуко- и электроизоляционными свойствами. Волокна его имеют длину от сотых долей миллиметра до 250–300 мм, обычно до 6–7 мм.

Крокидолит («голубой или синий асбест») – волокнистая разновидность рибекита. Кристаллизуется в моноклинальной сингонии. Химический состав крокидолита выражается формулой Na₂Fe₅[Si₄O₁₁]₂(OH)₂ или Na₂O ^. 3FeO ^. Fe₂O₃ ^. 8SiO₂ ^. H₂O. Встречается в поперечно-волокнистых жилках. Температура плавления – 1193 ^о С. По механической прочности не уступает хризотил-асбесту, но теряет конституционную воду при температуре 200–500 ^о С. Обладает высокими тепло- и электроизоляционными свойствами. Обычная длина волокна 1,5–30 мм, максимальная – 75 мм.

Амозит («коричневый асбест») – это водный магнезиальный силикат сложного и непостоянного состава с большим содержанием глинозема. Его химический состав MgFe₃[Si₄O₁₁]₂(OH)₂ или MgO ^. 6FeO ^. 8SiO₂ ^.H₂O. Цвет амозита пепельно-серый до коричневого, после извлечения из породы – белый. Температура плавления – 1100–1200 ^о С, устойчив к воздействию кислот и щелочей. Для него характерна большая длина волокна, в среднем 100–175 мм.

Применение в промышленности. Асбесты широко применяются во многих отраслях промышленности. Использование их основано на охарактеризованных выше свойствах асбестовых минералов, а также в зависимости от длины волокна. Существует два класса асбестов – текстильное волокно и группа строительных сортов.

Особенно широкое применение имеет хризотил-асбест. К текстильному асбесту относят сорта с длиной волокна более 8 мм. Асбестовое волокно используется в производстве пряжи и тканей, идущих для изготовления защитных огнестойких костюмов, брезентов, тормозных лент, дисков сцепления, электроизоляционных лент, прокладок, фильтров и других видов продукции.

В шиферно-картонно-бумажном производстве хризотил-асбест применяется для изготовления шифера, асбоцементных труб для канализации, водопровода, для получения асбестовой бумаги и картона, а также в производстве тепло- и электроизоляционных смесей и теплостойких пластмасс.

Амфибол-асбесты (крокидолит, амозит и др.) применяются в химической промышленности для производства различных кислото-щелочных изделий (фильтров, прокладок, пластмасс и др.), а их длинноволокнистые сорта являются текстильным сырьем.

Типы руд. В природе волокна асбеста встречаются в агрегатах трех типов. Наиболее часто наблюдаются поперечно- и косоволокнистые агрегаты, слагающие жилы, в которых волокна асбеста ориентированы строго параллельно друг другу, но располагаются или перпендикулярно к стенкам жилы (поперечно-волокнистые жилки), или под косым углом (косоволокнистые жилки). Они характерны в основном для хризотил-асбеста, крокидолита и амозита. Выделяются четыре типа жилкования: 1) простые отороченные жилы (нередко с просечками в центре их); 2) сложные отороченные жилы (серия взаимно параллельных жилок); 3) жилы типа крупной сетки, представленные разнообразно ориентированными поперечно-волокнистыми жилами, иногда пересекающимися между собой, но чаще плавно сопряженными друг с другом; 4) мелкопрожил – серия взаимно параллельных поперечно-волокистых жилок мощностью 2–3 мм, реже 5–6 мм.

Продольно-волокнистые агрегаты образуют жилки, в которых волокно располагается параллельно стенкам. Это обычно длинное волокно, но в основном низкого качества. Продольно-волокнистый асбест встречается в месторождениях хризотил-асбеста и антофиллита. Типичный представитель этой группы – Карачаевское месторождение асбеста на Северном Кавказе.

Спутанно-волокнистые агрегаты образованы разно ориентированными пучками, радиально-лучистыми гнездами или тончайшими жилками радиально расположенных иголок и волокон асбеста. Под микроскопом мельчайшие пучки, гнезда и тончайшие жилки волокон представляют так называемое волокно массы («mass fiber»). Агрегаты этого типа свойственны антофиллиту, родуситу и режикиту.

Общетехнические требования и способы добычи. Ценность асбеста помимо огнестойкости и устойчивости к воздействию кислот определяется также длиной его волокна и прочностью. По длине волокна выделяют восемь групп: от 0 (нулевой) до 7-й. Для нулевой группы длина волокна превышает 13 мм, а для седьмой составляет менее 1 мм.

По прочностным свойствам выделяют следующие разновидности асбеста: 1) высокой прочности (прочность на растяжение около 300 кг/мм²); 2) полуломкий, или пониженной прочности; 3) ломкий, или слабой прочности (прочность на растяжение 110–220 кг/мм²).

Асбестовые руды, как правило, разрабатываются с помощью открытых работ. Высокосортное волокно «крюд» нередко добывают вручную. При добыче хризотил-асбеста производят валовую выемку асбестоносных пород. Поскольку содержание волокна в них составляет лишь немногие проценты, приходится при этом перерабатывать огромные объемы горной породы. В настоящее время в мире (Канада, США и др.) наблюдается тенденция к переходу на подземные работы с применением системы отработки с магазинированием или более производительной системы с массовым поэтажным обрушением.

Ресурсы и запасы. Запасы (общие) асбестового волокна всех минеральных видов в мире (без России и Китая) составляют около 100 млн т , из них на хризотил-асбест приходится около 95 %. В странах СНГ общие запасы хризотил-асбеста превышают 180 млн т. Основные ресурсы и запасы этого минерального сырья сосредоточены в России и Канаде.

Крупными считаются месторождения хризотил-асбеста с запасами волокна (млн т) более 5, средними – 0,5–5, мелкими – менее 0,5. Для месторождений амфибол-асбеста принято следующее деление (тыс. т): крупные – более 50, средние – 5–50 и мелкие – менее 5.

Генетические типы промышленных месторождений. В настоящее время выделяются четыре главнейших геолого-промышленных типа месторождений асбеста.

Первый тип – линзо- и трубообразные залежи и жилы с хризотиловой минерализацией в серпентинизированных ультрабазитах. С этим типом связаны наиболее крупные месторождения хризотил-асбеста (Баженовская группа на Урале, Тетфордский пояс в провинции Квебек в Канаде и др.).

Второй тип – пластовые и жилообразные зоны серпентинизации с хризотиловой минерализацией в метаморфизованных магнезиальных карбонатных толщах. Втречаются значительно реже месторождений первого типа. Для них наиболее характерны единичные жилы (Аспогашское месторождение в России, месторождения в штате Аризона). Иногда наблюдаются сетчатые жилы, мелкопрожил, просечки (Вангырское месторождение на Полярном Урале, месторождения в Китае и др.). Все месторождения этого типа считаются контактово-метасоматическими. Они локализованы в магнезиальных карбонатных породах вблизи контакта с изверженными основными или кислыми породами. Серпентинизация и асбестообразование происходили в гидротермальную стадию контактового метасоматоза по доломитам в условиях привноса кремнекислоты:

3CaMg(CO₃)₂ + 2H₂O + 2SiO₂ = H₄Mg₃Si₂O₉ + 3CaCO₃ + 3CO_2.

доломит серпентин кальцит

Достоинством асбестового волокна месторождений этого типа является исключительно низкая железистость, что предопределяет использование его в электротехнической промышленности.

Третий тип – пластовые жилы с крокидолитом и амозитом в железо-кремнистых породах типа железистых кварцитов и яшм близ контактов с доломитами. Месторождения этого типа известны в ЮАР (Трансвааль и Капская провинция), в Западной Австралии.

Четвертый тип – гнездо-, линзо- и штокообразные тела с антофиллит-асбестовой минерализацией в метаморфизованных ультрабазитах амфиболито-гнейсовых комплексов. Характерна тесная связь месторождений этого типа с метаморфизованными ультраосновными породами в составе амфиболито-гнейсовых комплексов регионального метаморфизма. Типичные представители – Сысертское месторождение на Урале, Бугетысайское в Мугоджарах, месторождения Финляндии, США и других стран.

Геология месторождений асбеста. В СНГ крупнейшим по запасам и экономическому значению является Баженовский асбестоносный район, находящийся в Свердловской области. Здесь выявлен ряд месторождений, крупнейшим из которых является Баженовское (близ г. Асбест). Это месторождение приурочено к Баженовскому массиву гипербазитов, входящему в состав полосы габбро-перидотитов Среднего Урала, простирающейся в субмеридиональном направлении примерно на 180 км.

На месторождении выявлено 28 промышленных залежей хризотил-асбеста. Форма их эллипсоидальная, штоко- и линзообразная.

Месторождения Баженовского асбестоносного района являются крупнейшими в мире, эксплуатируются рядом крупных карьеров. Ежегодно добыча составляет 1,5–2 млн т минеральной массы.

Бугетысайское месторождение антофиллит-асбеста в Казахстане. Месторождение находится в бывшей Актюбинской области в 80 км к востоку от ж/д станции Эмба. Геологически оно приурочено к северо-восточному периклинальному погружению Бугетысайской антиклинали − локальной структуры в пределах Мугоджарского мегаантиклинория, сложенной рифейскими интенсивно метаморфизованными породами. На месторождении развиты многочисленные тела метаморфизованных ультрабазитов, пегматитовые, аплитовые и кварцевые жилы.

Измененные ультрабазитовые тела, содержащие антофиллит-асбестовую минерализацию, залегают согласно среди отложений борлинской свиты близ ее контакта с породами кандыкаринской свиты, образуя две вытянутых на северо-восток зоны: северную и центральную. В пределах центральной зоны расположены наиболее значительные тела (залежи). Промышленная асбестоносность связана с тальк-антофиллитовой и вермикулит-антофиллит-тальковой породами.

Асбест развивается преимущественно по антофиллиту, реже по тальку.

В настоящее время на месторождении выявлено и разведано несколько десятков тел измененных ультрабазитов с промышленной антофиллит-асбестовой минерализацией. Оно является резервной базой асбестовой промышленности Казахстана.

По представлениям А.Я. Хмары и Г.И. Бурда месторождение имеет метаморфогенную природу.

Месторождения амозита и крокидолита ЮАР. Основные месторождения амозита сосредоточены в провинции Трансвааль в пределах обширного рудного поля, представляющего дугообразную полосу длиной 100 км, окаймляющую северо-восточное окончание Бушвельдского интрузивного комплекса. В геологическом строении рудного поля принимают участие породы трансваальской супергруппы докембрия (кварциты, доломиты, железистые кварциты, яшмы, сланцы и др. Максимальная мощность этой толщи достигает 700 м.

В пределах каждого их слоев фиксируется до 5–6 параллельных прожилков со средней длиной волокна 10–12 см.

Месторождения крокидолита находятся в Капской провинции и сосредоточены в пределах полосы, вытянутой на 400 км и шириной до 45 км. Они связаны с образованиями той же трансваальской супергруппы докембрия. Крокидолитовая минерализация приурочена к группе гхаап, сложенной преимущественно доломитами с пачками полосчатых железистых кварцитов. Выделяется до восьми асбестоносных жил со средней длиной волокна 15–20 мм. Зона промышленной крокидолитовой минерализации имеет прерывистый характер. Разработка осуществляется посредством небольших открытых горных выработок.