2.6. Бентониты

Бентониты – тонкодисперсные глинистые образования, представленные алюмосиликатами, состоящими на 80–90 % из хорошо окристаллизованного диоктаэдрического монтмориллонита с примесью смешанослойных глинистых минералов и селадонит-глауконитовой слюды. В качестве парагенетических минералов характерны агат, халцедон, цеолиты, кристобалит, горный хрусталь, аметист, сульфидные минералы (галенит, халькопирит, сфалерит, пирит).

Бентониты образуются путем гидротермального метасоматоза субинтрузивных, эффузивных и вулканогенно-осадочных пород, в частности андезит-базальтовых порфиров, липарит- и трахит-базальтовых туфов и пеплов. Качественное разнообразие образовавшихся бентонитов зависит как от состава исходных пород, так и от состава термальных вод, их температуры. Наиболее благоприятные условия для преобразования вулканических стекол в монтмориллонит создавались при низких (50–220^оС) и средних (200–300^оС) температурах гидротерм и их высокой щелочности (рН = 9–10).

Бентониты, приуроченные к гумидной и аридной зоне метагенеза, подразделяются на морские и континентальные – пресноводно-озерные. В структурном отношении они приурочены к платформенным районам. Формировались они в эпохи ослабленной тектонической деятельности.

По качеству эти бентониты уступают бентонитам гидротермально-метасоматического и вулканогенно-осадочных типов. Однако они являются кондиционным формовочным сырьем в литейном производстве, используются для изготовления буровых растворов, высокосортного керамзита, а при активации и модернизации могут с успехом применяться в качестве адсорбентов, катализаторов в нефтехимической и пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и др.

Бентонитовые глины высокодисперсные, пластичные, поглощающие много воды при затворении, склонны к значительному набуханию (коэффициент набухания до 19%).

Бентонитовые глины содержат (мас. %): SiO₂ 56,0–60,0; Al₂O₃ 15,5–20,0; Fe₂O₃ 4,5–9,0, в лучших разностях до 1,0; Na₂O 2,5, для них характерна высокая емкость обменного комплекса (от 63 до 112 моль на 100 г сухой породы). По составу обменных катионов бентониты подразделяются на щелочные, где основным компонентом обменного комплекса являются катионы натрия и щелочно-земельные (кальциевые, магниевые, кальцие-магниевые, магние-кальциевые), где больше половины обменных катионов принадлежат кальцию и магнию.

Щелочные бентониты характеризуются высокой набухаемостью, коллоидальностью, пластичностью и максимально возможной для глин связующей способностью. Они относятся в основном к категории высококачественного сырья, которое используется во многих отраслях промышленности.

Щелочноземельные бентониты характеризуются меньшей гидрофильностью и связующей способностью. Они, как правило, уступают по качеству щелочным бентонитам, в естественном состоянии к использованию в ряде отраслей промышленности пригодны мало.

Бентониты обладают высокой связующей способностью, адсорбционной и каталитической активностью. Глины с меньшим, но преобладающим, содержанием монтмориллонита называются бентонитоподобными.

Реакционноспособность бентонитов, по-видимому, зависит не только от их структурных особенностей, но и от предельно тонкой величины зерна. Они, например, содержат более 40% материала менее 0,06 мкм, в то время как глины около 5–20%, каолины 0,5–1,5% .

Анализ особенностей продуктивных на бентониты геологических формаций, а также состава и свойств бентонитов отечественных и зарубежных месторождений позволил установить принадлежность Уральских бентонитов к гидротермально-метасоматическому, вулканогенно-осадочному, осадочному и элювиальному типам.

Для прогноза и поисков новых месторождений бентонитов в Уральском регионе могут представлять интерес районы активизации тектогена и миграции ювенильных растворов в областях завершающей складчатости и краевых частей платформ. Примером может служить месторождение Южное Убаганской группы в Северном Казахстане (Тургайский прогиб), тяготеющее к тафросинклиналям пермо-триасового возраста.

К терригенно- и коллоидно-осадочным месторождениям относится Зыряновское месторождение щелочноземельных бентонитов (Курганская область). Окраска бентонитов обычно темная, излом зернистый, реже раковистый, в воде распускается без заметного набухания. При высыхании плотные разности становятся камнеподобными, слоистые растрескиваются по напластыванию.

Эти бентониты на 60–70% состоят из кальций-магниевого монтмориллонита. В качестве примесей в них присутствуют смешанослойные глинистые минералы, гидрослюды, палыгорскит, каолинит и редко аллофан.

Химический состав бентонита (мас. %) на абсолютно сухое вещество: SiO₂ 54,81; Al₂O₃ 16,12; Fe₂O₃ 6,28; FeO 0,14; TiO₂ 0,93; CaO 2,2; MgO 1,56; K₂O 0,69; Na₂O 0,38; SO₃ 0,07; CO₂ 2,36.

К элювиальному типу относятся в основном щелочноземельные бентониты, образуемые путем глубокого субаэрального выветривания и физико-химического изменения интрузивных, эффузивных и осадочных пород.

Из интрузивных пород наиболее благоприятны ультрамафитовые, ультраосновные, реже основные (серпентиниты, передониты и др.), богатые соединениями железа и магния. По ним образуются нонтронитовые глины, близкие по свойствам к бентонитам. Они используются как связующий материал для окомкования железорудных концентратов и в литейном производстве (Сахаринское и другие проявления на Южном Урале).

Из эффузивных пород наиболее благоприятные для формирования элювиальных бентонитов – кислые, реже основные породы – липариты, андезит-липариты и андезиты. По ним образуются светлые маложелезистые щелочноземельные и смешанные бентониты (Усть-Маньинское проявление на восточном склоне Северного Урала).

В 2000 г. по инициативе ЗАО «НП «Челябинское рудоуправление» были начаты работы по прогнозной оценке восточной части Челябинской области на бентонитовые глины для многоцелевого использования.

По геологическому изучению территории Челябинской области предполагаемая территория залегания бентонитовых глин располагается в пределах развития кайнозойских отложений – чеганской свиты палеогена и аральской свиты неогена. С этими толщами связывают бентонитоносные осадки (монтмориллонитовые глины) морского и континентального генезиса.

Площадь месторождения ограничена территорией развития континентальных отложений миоцена (аральская свита) и морских осадков верхнего эоцена (чеганская свита) от пос. Калачевка на севере до г. Троицка на юге.

По прогнозам установлено наличие бентонитов хорошего качества.

Результаты полуколичественного анализа показали, что в составе глины содержится кристаллический кварц (не более 50 мас. %) и смектиты со смешанным заполнением межслоевых промежутков одно- (преобладающая форма) и двухвалентными катионами (до 40 мас. %), а также гидрослюда типа иллита и рентгеноаморфное вещество.

Кристаллический хлорит в пробах не установлен. В состав смектитов может входить незначительная примесь хлоритовых слоев с образованием смешаннослойного неупорядоченного минерала смектитового типа.

Химический анализ бентонита показал следующее содержание основных компонентов (мас. %): CaO – 0,05, MgO – 1,18, K₂O – 1,84, Na₂O – 1,91.

Результаты химического анализа подтверждают данные рентгеноструктурного анализа: изученная проба состоит из кварца и смектитового минерала со смешанным заполнением межслоевого пространства с преобладанием одновалентных катионов.

Работы прекращены ввиду отсутствия финансирования на окончание лабораторных испытаний проб бентонита.

Зная проблемы Челябинской области в охране окружающей среды (удаление радионуклидов с пораженных участков) было бы целесообразным профинансировать и закончить лабораторные испытания, оценить прогнозные ресурсы по категориям и выдать рекомендации по дальнейшему освоению месторождения.

Самыми известными месторождениями бентонитовых глин Урала являются: Зыряновское (Курганская область) – утвержденные запасы по категориям А+В+С₁ – 27 960 тыс. тонн, добыча – 40 тыс. тонн в год, Березовское (Свердловская область) – утвержденные запасы – 6 000 тыс. тонн, добыча – 10 тыс. тонн, Ново-Ивановское (Республика Башкортостан) и другие.