Пирофиллит и пирофиллитовое сырье Урала

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 21 из 23Следующая ⇒

Пирофиллит – слоистый водный алюмосиликат (Al₂O₃·4SiO₂·H₂O). Теоретический состав минерала: SiO₂ – 66,7%; Al₂O₃ – 28,3%; H₂O – 5,0%. В природных разновидностях пирофиллита отмечается наличие MgO (до 9%), FeO (до 5%), а также незначительных примесей СаО, Fe₂O₃, Na₂O, К₂О, MnO и других компонентов. Разновидности пирофиллита представлены псевдопирофиллитом (содержащим до 9% MgO) и агальматолитом (пагодитом) – плотным агрегатом пирофиллита.

Кристаллы пирофиллита таблитчатые, пластинчатые, игольчатые; агрегаты – чешуйчатые и радиально-лучистые. Цвет пирофиллита белый с желтоватым или зеленоватым оттенком, бледно-голубой, сероватый, коричневый до яблочно-зеленого. Твердость по шкале Мооса 1–2, после обжига повышается до 7–8. Плотность 2,66–2,90 г/см³. Пирофиллит жирный на ощупь, в порошке обычно обладает высокой белизной, достигающей 80% и более, причем его белизна повышается с повышением дисперсности. Пирофиллит гидрофобен, обладает низкой теплопроводностью и высокой огнеупорностью, химически инертен к действию сильных кислот и щелочей.

По своим физическим, технологическим и техническим свойствам пирофиллит близок к тальку. Тальк и пирофиллит различаются взаимодействием с нитратом кобальта, после прокаливания с которым тальк приобретает бледно-красную окраску, а пирофиллит – синюю. Отличают их также и по величине pH тонкоизмельченных образцов: для талька – 9, для пирофиллита – 6.

В природе чистые мономинеральные пирофиллитовые породы почти не встречаются. В зависимости от содержания минерала пирофиллита (в %), породы разделяют на пирофиллитовые (85–100%), кварц-пирофиллитовые (50–84%) пирофиллит-кварцевые (30–49%), диаспор-пирофиллитовые (50–70%), серицит-пирофиллитовые (50–80%), каолинит-пирофиллитовые (41–51%). По текстуре в России выделяют массивные (агальматолиты) и сланцевые разности. В Уральском складчатом поясе известны все типы пирофиллитового сырья, но наибольшее практическое значение имеют метасоматиты колчеданных месторождений и колчеданоносных вулканогенных толщ. В числе основных объектов, подлежащих более детальному исследованию, необходимо рассмотреть Чистогоровское, Культ-Юрт-Тауское, Гайское и другие месторождения.

Чистогоровское месторождение расположено в 20 км к юго-западу от г. Миасс на западном борту Круглогорской синклинали, ограниченной одним из швов Главного Уральского разлома. Крылья синклинали сложены вулканогенными породами, представленными лавами и туфами андезитобазальтового, реже риолитового состава с линзами известняков и фтанитов.

Главные породообразующие минералы чистогоровского пирофиллита – кварц, пирофиллит; второстепенные – каолин, слюда, карбонаты, альбит, апатит, рутил, пирит, турмалин, серицит, хлорит. На верхних горизонтах залежи широко развиты гидроксиды железа. По результатам геологоразведочных работ на Чистогоровском месторождении усредненный минеральный состав сланцев представлен пирофиллитом – 73,55%; кварцем – 23,9%; слюдой – 1,68%; карбонатами – 0,8%.

Пирофиллит образует чешуйки, реже листочки длиной до 0,1 мм, толщиной 0,03–0,06 мм, которые формируются в агрегаты от тончайших (менее 0,01 мм) до крупночешуйчатых (более 0,2 мм). В сланцах агрегаты пирофиллита образуют полосочки и линзочки, чередующиеся с полосочками кварца.

    Кварц в сланцах наблюдается трех типов:

1) реликтовые вкрапленники кварца раздробленные и смятые;

2) кварц, распределенный равномерно по всей породе в виде мелких зерен;

3) кварц, расположенный полосами согласно сланцеватости.

Чередование полосок разноразмерных агрегатов пирофиллита и кварца обусловили структуру сланцев. Полосы волнисты и часто выклиниваются.

Выклинивание пирофиллитовых полос происходит обычно тонкими клиньями с заостренными концами, кварцевых – толстыми клиньями с тупыми концами. По всей видимости, каркас из тонких, но крепких полосок кварца придает жесткость сланцам, но в то же время создает впечатление повышенных содержаний кварца при визуальном его определении.

Каолинит и серицит образуют неправильной формы чешуйки и линзочки, местами прослойки.

Рутил и апатит образуют местами скопления мельчайших кристалликов среди пирофиллитовых агрегатов.

    Химический состав кварц-пирофиллитовых сланцев Чистогоровского месторождения представлен в табл. 8.1.

Таблица 8.1. Химический состав кварц - пирофиллитовых сланцев

Пирофиллит Чистогоровского месторождения отличается от пирофиллитов месторождений Куль-Юрт-Тау и Гайского более крупным размером чешуек (0,01–0,2 мм) и окраской в агрегате (серые и темно-серые цвета).

Среднее содержание SiO₂ и Al₂O₃ в кварц-пирофиллитовых сланцах Чистогоровского месторождения ниже теоретического в пирофиллите на 1% и 2,4% соответственно. В четверти частных проб кварц-пирофиллитовых сланцев содержание SiO₂ значительно ниже (до 44%), а Al₂O₃ значительно выше (до 42%) теоретического в пирофиллите. Это указывает на присутствие в кварц-пирофиллитовых сланцах Чистогоровского месторождения примесных минералов с повышенным содержанием глинозема.

Для кварц-пирофиллитовых сланцев Чистогоровского месторождения характерен широкий разброс в содержании оксидов железа и титана от сотых долей % до первых %, составляя в среднем по месторождению 0,33% и 0,79% соответственно.

Технологические испытания кварц-пирофиллитовых сланцев Чистогоровского месторождения проводились, главным образом, в «НИИСтройкерамика» в 1955–1956 гг. Установлено, что кварц-пирофиллитовые сланцы могут быть использованы в керамической промышленности для изготовления технического фарфора, санитарного фаянса, облицовочной плитки и плитки для полов.

Лабораторно-технологические испытания кварцево-пирофиллитовых сланцев данного месторождения были проведены в 1955 г. в Уральском политехническом институте. Исследования показали, что химический состав проб кварцево-пирофиллитовых сланцев, при условии тонкого измельчения, позволяет рекомендовать их для бумажной, резиновой и парфюмерной промышленности. Кроме того, они могут найти применение (в количестве 50–60% от общего состава масс) в производстве электрофарфора, хозяйственного фарфора, облицовочной плитки, для изготовления шамотных и полукислых огнеупорных изделий с низкой кажущейся плотностью. При этом разница в химическом составе проб не оказывает существенного влияния на качество продукции. Более того, изделия из проб с относительно пониженным содержанием глинозема и повышенным – кремнезема, характеризуются большей огнеупорностью.

В лабораторных условиях Южноуральского фарфорового завода также проведены работы по использованию кварцево-пирофиллитовых сланцев Чистогоровского месторождения в составе фарфоровых масс. Результаты положительные.

Проведенные технологические испытания сланцев с различными соотношениями основных компонентов показали широкий диапазон возможного их применения. Однако эти результаты можно считать лишь ориентировочными. Требуется более детальное изучение месторождения и проведение испытаний с целью получения продукции, соответствующей современным требованиям. Суммарные запасы по категориям А+В+С₁ – 924 тыс. тонн до глубины 100 м.

Северная залежь расположена в 600 м северо-восточнее разведанной залежи Чистогоровского месторождения, на правом борту реки Татутарчанки. По своему строению Северная залежь подобна залежи Чистогоровского месторождения. Залежь прослежена по простиранию 4 канавами через 80–120 м; имеет установленную протяженность более 300 м и среднюю мощность 6 м. По простиранию данная залежь не оконтурена, по падению – не изучалась.

    Форма залежи линзообразная. Вмещающие породы – порфириты и их туфы. Слагающие Северную залежь кварцево-пирофиллитовые сланцы неоднородны, с непостоянным количественным соотношением кварца и пирофиллита, различной степени рассланцованности. Сланцы весьма жесткие за счет значительного количества кварца, от тонко- до груборассланцованных. Цвет их от серого до темно-серого, в выветрелых разностях они окрашены гидроксидами железа в желтовато-бурый цвет.

    В табл. 8.2 приведен химический состав кварцево-пирофиллитовых сланцев Северной залежи.

Таблица 8.2. Химический состав кварцево - пирофиллитовых сланцев Северной залежи

    Разведку Северной залежи целесообразно проводить лишь в случае получения положительного результата по Чистогоровскому месторождению и отметим, что геологические материалы по Чистогоровскому месторождению кварцево-пирофиллитовых сланцев недостаточны для проектирования и ведения добычных работ.

    Для разведки предлагается участок недр площадью 15 га, включающий собственно Чистогоровское месторождение и вмещающие породы в пределах максимально возможного разноса бортов карьера при отработке месторождения на полную глубину.

Месторождение Куль-Юрт-Тау находится в 6 км от г. Баймак Республики Башкортостан. Месторождение совместно с отработанными золото-полиметаллическими месторождениями Графское, Троицкое, Новотроицкое образует единое рудное поле размеров 2 х 4 км. Большая часть его территории закрыта делювиальными отложениями. Широтные границы обусловлены выклиниванием зон рудоносных метасоматитов.

    Рудовмещающие образования Баймак-Бурибайского комплекса представлены лавами дацитового, риолитового и андезитобазальтового состава, чередующимися с вулканомиктовыми тефроидами типа псаммитовых и псефилитовых туффитов. Лавы кислого состава фельзитовые и мелкопорфировые, зеленовато-серого и фиолетово-серого цвета, имеют подушечное сложение. Вкрапленники представлены кварцем и плагиоклазом. Зеленовато-серые риолиты характеризуются повышенным содержанием К₂О; фиолетово-серые разности чисто натриевые. Туффиты сложены обломками лав кислого и основного состава, кристаллов кварца и плагиоклаза, заключенными в алевритовый цемент. Среди субвулканических интрузий преобладают силлы кварц-роговообманково-плагиоклазовых риолитов. Более ограниченно развиты дайки диабазов и плагиоклазовых андезитов.

    Важными элементами структуры рудного поля являются две зоны интенсивно рассланцованных и гидротермально измененных пород. В восточной зоне серицит-хлорит-кварцевых метасоматитов, прослеживающейся на 2500 м при ширине 50–100 м, располагались небольшие линзо- и жилообразные залежи медно-цинковых руд. В западной зоне пирофиллит-кварцевых сланцев и кварцитов располагается серно-колчеданная линза месторождения Куль-Юрт-Тау и развита прожилковая молибденитовая минерализация. Данная зона залегает субвертикально, имеет ширину 100–250 м и протяженность около 4 км. В ее составе выделены полосы апориолитовых пирофиллит-кварцевых сланцев, аподацитовых хлорит-серицит-кварцевых сланцев с вкрапленностью пирита. В подошве залежи располагается полоса сульфидизированных кварцитов мощностью 3–10 м. В кровле рудного тела развиты апоалевритовые диаспор-серицит-пирофиллитовые сланцы с будинами пирофиллит-диаспоровых пород. Мощность этого горизонта, включающего отдельные потоки измененных подушечных риолитов, достигает 20 м.

    Рудовмещающие метасоматиты на месторождении представлены пирофиллит-кварцевыми сланцами, пирофиллит-серицитовыми кварцитами, кварц-серицит-пирофиллитовыми сланцами с линзами диаспоровых пород, сульфидизированными кварцитами. Строение сложенных ими тел изучено в пределах карьера.

    Пирофиллитовое сырье месторождения Куль-Юрт-Тау представлено следующими основными типами.

1. Пирофиллит-кварцевыми и кварц-пирофиллитовыми сланцами с переменным соотношением кварца и пирофиллита и с незначительной примесью серицита.

2. Серицит-пирофиллит-кварцевыми, пирофиллит-серицит-кварцевыми и серицит-пирофиллитовыми сланцами с содержанием щелочей 1,5–4%.

3. Диаспор-пирофиллитовыми, диаспор-пирофиллит-кварцевыми породами, пирофиллитовыми и кварц-пирофиллитовыми сланцами с содержанием Al₂O₃ более 20%.

    Необходимость выделения данных типов пирофиллитового сырья на месторождении Куль-Юрт-Тау определяется требованиями потребителей. Все типы сырья маложелезистые, средние содержания Fe₂O₃ + FeO – 0,82–0,93%; TiO₂ – 0,24% (для диаспорсодержащих пород TiO₂ – 0,75%). Таким образом, ценность сырья и его технологические свойства определяются содержанием глинозема и щелочей. Поэтому, помимо рядового сырья – пирофиллит-кварцевых сланцев с содержанием пирофиллита 40–45% (Al₂O₃ – 11,7–12,3%), выделено высокоглиноземистое сырье с содержанием Al₂O₃ более 20%. Присутствие в пирофиллитсодержащих породах щелочей исключает возможность их применения в производстве огнеупорных изделий, но улучшает их показатели как керамического сырья, в связи с чем было выделено щелочесодержащее сырье (К₂О + Na₂O – 1,5–4,0%).

Химический состав наиболее распространенного типа пирофиллит-кварцевого сырья месторождения Куль-Юрт-Тау представлен в табл. 8.3.

На месторождении Куль-Юрт-Тау в пирофиллит-кварцевых сланцах содержание кварца составляет 50–55%, пирофиллита – 40–45%, кремнезема – 79–82%, глинозема – 10–12%, суммы щелочей – 0,5–1,0%, суммы оксидов железа, марганца, титана – 0,8–1,2%.

    Технологические исследования пирофиллитового сырья месторождения Куль-Юрт-Тау, выполненные в последние годы, показали возможность его использования в керамической и огнеупорной промышленности. По данным НИИСтройкерамика установлена пригодность пирофиллит-кварцевого, низкощелочного сырья для производства облицовочной и фасадной плиток, санитарных керамических кислотоупорных изделий.

Таблица 8.3. Химический состав пирофиллит - кварцевого сырья месторождения Куль-Юрт-Тау

    Сотрудниками Уфимского филиала Росоргтехстром установлена возможность использования пирофиллитового сырья в производстве термокислотоупорной плитки марки ТКШ – ПС-7 в соответствии с требованиями ГОСТ 961-79 для первой категории качества. В состав массы вошли: электрокорунд – 65%; кварц-пирофиллитовые сланцы – 23%; фосфатное связующее – 12%. В Уральском политехническом университете проведены испытания пирофиллитсодержащих пород с получением опытной партии плиток на конвейерных линиях Екатеринбургского завода керамических изделий. Лучшие свойства показали образцы на основе массы следующего состава: кумакская глина – 50%, кварц-пирофиллитовые породы – 30%, нефелиновый сиенит – 20%.

    На Южноуральском фарфоровом заводе пирофиллитсодержащее сырье опробовано в составе бытового фарфора. Качество изделий удовлетворяет требованиям ГОСТ 28390-89.

    В 1991–1992 годах на рудном поле Куль-Юрт-Тау проведены поисково-оценочные работы. По их результатам запасы пирофиллитового сырья по категориям С₂+Р₁ , подсчитанные в контурах предполагаемых карьеров, составляют 18 млн. тонн.

Гайское медно-цинко-колчеданное месторождение расположено в 30 км к северу от г. Новотроицка Оренбургской области. В центральной части рудного поля месторождения откартированы в промышленных масштабах пирофиллитсодержащие метасоматиты. Они приурочены к периферии экструзивно-эффузивного купола дацито-риолитового состава. Эта часть купола характеризуется пестрым фациальным составом пород, превращенных в серицит-кварцевые и кварц-пирофиллитовые метасоматиты. Среди них выделяются массивные апориолиты с псевдоморфозами серицит-кварцевого состава по плагиоклазу, рассланцованные серицит-кварцевые и пирофиллитовые метасоматиты с прослоями апотерригенных пород.

Основная залежь пирофиллитового сырья прослежена по простиранию на 240 м и имеет мощность 50–65 м. В поперечном разрезе залежи выделяются две части: восточная – протяженностью 150 м и мощностью до 50 м, имеет однородное строение и сложена метасоматитами кварц-пирофиллитового состава, а в западной  – преобладают метасоматиты кварц-серицит-пирофиллитового состава с пластовыми телами подушечных апориолитов (превращенных в серицит-кварцевые метасоматиты), линзами пирофиллит-диаспоровых пород и пирофиллитов.

Серицит-пирофиллитовые сланцы желтовато-серого цвета, характеризуются однородносланцеватой текстурой. Основная масса представлена листоватым или чешуйчатым агрегатом пирофиллита и серицита с лепидобластовой структурой. Диаспор-пирофиллитовые метасоматиты представлены массивными породами розовато-серого цвета. Содержание диаспора в породе достигает 15%, что отражает повышение глиноземистости этих разностей метасоматитов. Химический состав пирофиллитового сырья Гайского месторождения представлен в табл. 8.4.

Таблица 8.4. Химический состав пирофиллитового сырья Гайского месторождения

    Выделенные части залежи различаются по химическому и минеральному составу, что позволяет выделить два типа сырья: низкощелочное и с повышенной щелочностью. Первый тип (восточная часть залежи) является умерено железистым (Fe₂O₃ + FeO – 2,3%) и умерено глиноземистым (Al₂O₃ – 16%), содержание в нем оксидов щелочных металлов Na₂O + К₂О составляет в среднем 0,7%. Второй тип сырья слагает западную часть залежи и характеризуется низкими значениями Fe₂O₃ + FeO + TiO₂ – в среднем 1,5%, содержание Al₂O₃ достигает 20,5%, щелочность 2,9% при отношении К₂О/Na₂O – 7,0.

    На Гайском месторождении содержание кремнезема в породах составляет 69–79%, глинозема – 15–21%, суммы оксидов железа 0,4–2,5%. Сульфиды и карбонаты в оконтуренных залежах практически отсутствуют.

    Пирофиллитсодержащие метасоматиты Гайского месторождения были использованы в различных производствах. В НИИСтройкерамика проведены исследования пирофиллитового сырья для производства керамической облицовочной плитки. Введение этого сырья в состав шихты в количестве 21–25% позволяет получать плитки, обладающие повышенной термической стойкостью, пределом прочности при изгибе, малой усадкой.

    В Уральском государственном техническом университете (УГТУ-УПИ) проведены испытания пирофиллитовых пород в составе плиточных масс. Введение пирофиллитового сырья снижает усадку плиток до 1,5%, увеличивает предел прочности при изгибе до 36 МПа.

    В производстве электротехнического фарфора пирофиллитовое сырье также испытано в Уральском государственном техническом университете. Материал пробы был представлен диаспор-серицит-пирофиллитовыми породами западной части залежи. Шихта содержала 14% этих пород. После обжига при 1220^оС получен материал, который по своим физико-техническим характеристикам (тангенс угла диэлектрических потерь, объемное сопротивление, диэлектрическая проницаемость) превосходит фарфор Южноуральского арматурно-изоляторного завода.

На Нижне-Тагильском металлургическом комбинате испытаны кварц-пирофиллитовые породы в производстве шамотных огнеупорных изделий. Введение в составы масс этого сырья в количестве 25–30% позволяет снизить пористость и повысить механическую прочность изделий (изделия общего назначения, для сифонной разливки сталей и футеровки ковшей).

В составах масс кислотоупорных изделий кварц-пирофиллитовые породы испытаны в УГТУ-УПИ. В состав шихты вводилось от 50% до 60% пирофиллитового сырья. Полученные кислотоупорные изделия отличались высокой кислотостойкостью (98,6%), механической прочностью (60–65 МПа), водонепроницаемостью (более 72 часов), водопоглощением в пределах 5,0–5,3%, и удовлетворяли требованиям ГОСТ 474-80.

Испытанные горные породы поставляются в количестве 1000 тонн в год в керамический цех Гайского ГОКа. Годовая производительность цеха 250 тыс. м² плитки различных расцветок.

В переделах Южного Урала в Уйском районе Челябинской области отмечено месторождение, сложенное минералом сходным с пирофиллитом. Месторождение связано с интрузивными породами и представлено светло-серыми плотными породами, в виде неправильной формы тел, залегающих в метаморфических породах. Мощность продуктивной толщи 50 м. Запасы не подсчитывались.

Химический состав породы Уйского месторождения представлен в табл. 8.5.

Таблица 8.5. Химический состав породы Уйского месторождения

    Рентгенофазовым анализом установлено, что порода состоит в основном из гидрослюд и глинистых минералов, кроме того содержит тонкодисперсный кварц. Огнеупорность 1540^оС.

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов