Силикатные и тугоплавкие неметаллические полезные ископаемые

Часть 2

1. Полевые шпаты урала и их заменители

1.1. Состояние полевошпатовой сырьевой базы Российской Федерации

Полевые шпаты составляют большую группу алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных оксидов, главным образом оксидов калия, натрия и кальция. Основными видами полевых шпатов являются ортоклаз, микроклин, альбит и анортит.

В чистом виде, отвечающем теоретическому составу, полевые шпаты в природе встречаются крайне редко. Благодаря способности к образованию твердых растворов природные полевые шпаты обычно имеют переменный состав, в зависимости от которого подразделяются на калиево-натриевые полевые шпаты, включающие ортоклаз, микроклин, альбит; кальциево-натриевые шпаты, или плагиоклазы, образованные альбитом и анортитом в различных соотношениях.

Для производства тонкокерамических изделий обычно применяют полевые шпаты, занимающие промежуточное положение между калиевыми и натриевыми. При этом желательно преимущественное содержание калиевого шпата, образующего при расплаве густоплавкое стекло, обладающее большой вязкостью.

В соответствии с требованиями промышленности месторождения полевошпатового сырья, с точки зрения возможности получения концентратов для определенных областей использования, подразделяются на:

– высококалиевое для электротехнической, абразивной отраслей промышленности, производства сварочных электродов, оконного и технического стекла;

– калиевое для фарфоро-фаянсовой, частично электротехнической отраслей промышленности;

– кали-натриевое для промышленности строительной керамики;

– натровое для стекольной промышленности и производства эмалей.

Полевошпатовая промышленность Российской Федерации представлена специализированными предприятиями (Чупинское, Енское, Приладожское, Мамско-Чуйское – рудоуправление и «Мамслюда», Кондаположский пегматитовый завод, ОАО «Сибирский фарфор») и неспециализированными предприятиями, выпускающими полевошпатовое сырье из хвостов основного горнорудного производства (Вишневогорский ГОК, Малышевское рудоуправление и Забайкальский ГОК).

Полевошпатовое сырье добывают также на многочисленных предприятиях местного значения, к которым относятся карьеры по добыче полевошпато-кварцевых песков, пегматита.

Специализированные предприятия, за исключением Чупинской фабрики, разрабатывают месторождения гранитных пегматитов, получая в результате ручной сортировки чистые разновидности керамического сырья (пегматит, иногда полевой шпат и кварц).

Однако современное состояние полевошпатовой промышленности не соответствует ее значению. Добыча полевошпатового сырья для тонкой керамики, электротехнической и абразивной отраслей промышленности производится на нескольких месторождениях керамических пегматитов. Разработка месторождений обычно производится мелкими карьерами, пегматит сортируют вручную, причем более 50% полезного ископаемого (пегматита) направляют в отвалы. Такой порядок эксплуатации месторождений керамических пегматитов приводит к нерациональному использованию запасов наиболее качественного сырья, а многие месторождения вообще не могут отрабатываться из-за невозможности выделить чистые разновидности путем ручной сортировки. Пригодность пегматита для использования определяется визуально по наличию вредных примесей (слюды, магнетита, турмалина и др.) на внешних поверхностях кусков пегматита (полевого шпата, кварца) размером 200–20 мм. Этот кусковой материал поступает к потребителю, где производится вторичная сортировка материала и отбраковывается еще около 25% сырья. Предприятия электротехнической, фарфоро-фаянсовой и абразивной отраслей промышленности и частично заводы строительной керамики, получая кусковое сырье, вынуждены занимать производственные площади под размещение дробильно-измельчительного оборудования. Это оборудование обычно приводит к намолу аппаратного железа, работает периодически и имеет низкий коэффициент использования.

Наиболее ценным сырьем являются чистые калиевые полевые шпаты (ортоклаз, микроклин), предельное содержание К₂О в которых может достигать 16,9% при полном отсутствии свободного кварца и примесей. Добываемые в настоящее время пегматиты содержат часто повышенное количество оксидов железа и не могут быть использованы без предварительного обогащения.

Поскольку разведанные месторождения чистых калиевых полевых шпатов крайне редки и к тому же практически выработаны, в промышленности используют природные изоморфные смеси калиевого и натриевого полевых шпатов, а также пегматиты, представляющие собой горную породу, в которую кроме полевых шпатов входит значительное количество свободного кварца и примесей. Ограниченность запасов полевошпатового сырья привела к необходимости использования его заменителей, которые относятся к различным видам горных пород, а также искусственно полученных флюсов. За рубежом на их долю приходится более 60% общей добычи щелочесодержащих материалов. При этом широкое применение получили эффузивные метаморфизованные породы типа липаритов, риолитов, дацитов и другие специфические виды флюсующих материалов, например, волластонита. К комплексному керамическому сырью относятся так называемые фарфоровые камни (Корноуэльский в Англии, предствляющий собой сильно каолинизированный гранит, Каролинский в США, «Тосеки» и «Розеки» в Японии – разложенные граниты и липариты, аплиты и порфиры в Германии).

Все это заставило обратить внимание на широко распространенные месторождения гранитов и горных пород, содержащих полевые шпаты (аляскитов, миаскитов, аплитов, нефелин-сиенитов). Они характеризуются обычно более мелкозернистым строением по сравнению с пегматитом, несколько повышенным содержанием полевого шпата; в нефелиновых сиенитах весь кварц заменен нефелином (Na[AlSiO₄]), в аляските слюда присутствует в незначительных количествах.

В РФ и странах СНГ граниты и сиениты не нашли широкого применения как стекольно-керамическое сырье, хотя в ряде ранее проведенных исследований по изучению обогатимости этих пород (Украина, Карелия, Урал, Закавказье) было показано, что путем электромагнитной сепарации измельченного материала можно получить кондиционное сырье для стекольной промышленности, а также концентраты, удовлетворяющие требованиям к полевому шпату и пегматиту для тонкой керамики.

Наша страна обладает огромными ресурсами таких заменителей самого разнообразного состава: микроклиновые или так называемые лейкократовые (светлоокрашенные) плагиомикроклиновые граниты, нефелиновые сиениты, лестивариты, содержащие до 85% полевых шпатов, плагиоклазы (97% плагиоклаза), уртиты с содержанием нефелина 95–97% и др. Преимущества этих минералов магматического происхождения и массивного сложения перед жильными пегматитами очевидны: они сохраняют по условиям своего образования более или менее стабильный состав не только по поверхности массива, но и на значительной его глубине и содержат огромные запасы полевых шпатов и их аналога – нефелина. Это дает возможность организовать на их основе крупные горнодобывающие и обогатительные предприятия с высокой механизацией труда.

В РФ полевошпатовое сырье получают в основном с месторождений гранитных пегматитов. Существенный недостаток таких месторождений – неоднородность состава по простиранию и на глубину, малые размеры самих рудных тел. Запасы полевошпатовых материалов в пегматитовых жилах редко превышает сотни тысяч тонн. Основные месторождения сосредоточены в Карелии, на Кольском полуострове и в Украине. На имеющихся месторождениях, часто удаленных на тысячи километров от центров потребления, объем добычи пегматита незначителен. Балансовые запасы полевошпатового сырья по промышленным категориям разведаны по пяти разновидностям горных пород – гранитным пегматитам, гранитам, альбититам, каолинсодержащим пескам и гидротермально измененным фельзит-порфирам. Учтенные балансовые запасы сырья размещены на территории РФ неравномерно. Основная часть запасов разведана на Северо – Западе (77,8%), на Урале (13,4%), Дальнем Востоке (8,8%).

Выявленные запасы полевошпатового сырья достаточно велики и составляют 170,7 млн. тонн, из них пегматита – 120,3 млн. тонн, полевого шпата – 0,4 млн. тонн, гранита – 50,0 млн. тонн. Несмотря на это, растущая потребность промышленности в полевошпатовых материалах, превысившая 1,2 млн. тонн в год, не удовлетворяется. Наибольшие трудности испытывают фарфоро-фаянсовая, электроизоляторная и абразивная отрасли промышленности, потребляющие высококалиевое сырье. Причины этого заключаются в следующем.

Большая часть выявленных запасов представлена плагиоклазовым или микроклино-плагиоклазовым сырьем, требующим обогащения и пригодным только для производства стекла и строительной керамики. Разведанные и утвержденные запасы высококачественного полевошпатового сырья – калиевого полевого шпата – крайне незначительны. Такое положение с полевошпатовым сырьем ставит ряд задач:

– изучение и обобщение материалов по минерально-сырьевой базе полевошпатовой промышленности РФ;

– определение требований промышленности к качеству руд различных геолого-промышленных типов месторождений полевошпатового сырья;

– создание высокорентабельного производства высококачественного полевошпатового сырья в России.