2.3. Опал – кристобалитовые породы

В пределах Южно-Уральской подпровинции опал-кристобалитовых пород перспективные участки развития опок расположены к северо- и юго-востоку от г. Эмба, где разведано Кудукское месторождение опок, характеризующихся высокой гидравлической активностью, и Киргизское и Утесайское теплоизоляционных диатомитов, а также к северу от железнодорожной станции Блява и Халилово (Саринское месторождение опок) и на юге Оренбургской области (Ак-Булакское).

Наиболее значимые в Российской Федерации месторождения диатомитов и трепелов выявлены среди эоценовых отложений Зауралья (Гербитское, Камышловское и Потанинское).

По зерновому запасу диатомиты и трепелы обладают близкими технологическими свойствами, поэтому их в технике не разграничивают.

Потанинское месторождение трепела расположено в 16–18 км от г. Челябинска. Трепел – легкая пористая порода из аморфного кремнезема. Естественная влажность колеблется от 38 до 43%.

Химический состав (%): SiO₂ – 76,16; Al₂O₃ – 7,52; Fe₂О₃ – 4,10; СаО – 1,05; MgO – 0,75; SO₃ – 1,23; ППП – 7,5.

Физико-механические свойства: объемная масса – 800–1000кг/м³; воздушная усадка – 5–7%; огневая усадка – 3–7%; общая усадка – 11–15%. Коэффициент разрыхления – 1,60. Огнеупорность – 1380-1510^оС.

Камышловское месторождение диатомитов расположено в районе г. Камышлов Свердловской области.

Химический состав диатомитов (%): SiO₂ – 76,80; Al₂O₃ – 3,6–4,7; Fe₂О₃ – 6,6–7,6; СаО – 1,3–1,8; MgO – 0,7–1,1; ППП – 4,9–7,0.

Ирбитское месторождение диатомита расположено в районе г. Ирбит Свердловской области.

Химический состав диатомитов (%): SiO₂ – 72,0; Al₂O₃ – 8,2; Fe₂О₃ – 3,92; TiО₂ – 0,4; СаО – 0,95; MgO – 1,36; (К₂О + Na₂О) – 2,1; ППП – 13,07.

Физико-механические свойства пород: объемная масса в куске колеблется в пределах 500–700 кг/м³; пористость – 80–90%; естественная влажность – 7–10%.

Трепелы Потанинского месторождения используются в производстве кирпича в ОАО «ПЗСМ «Полистром».

Диатомиты Камышловского и Ирбитского месторождений используются в производстве теплоизоляционных материалов и изделий Ирбитским и Камышловским заводами строительных материалов.

2.4. Требования, предъявляемые к кварцевым материалам

При производстве изделий тонкой керамики кремнеземистые компоненты вводятся в массу в тонкоизмельченном состоянии как для отощения массы, так и для повышения качества продукции.

В процессе обжига кварц частично растворяется в стекловидной фазе, повышает вязкость расплава и способность изделия к сопротивлению деформирующим усилиям, возникающим в процессе обжига. При производстве грубой керамики кварцевый песок вводится в виде отощающей добавки, которая уменьшает чувствительность сырья к сушке и понижает воздушную усадку. При производстве фаянсовых, полуфарфоровых и фарфоровых изделий применяют главным образом кварцевые пески. Наибольшее применение находит кварцевый песок, представляющий собой отходы, получаемые при обогащении каолина, содержание SiO₂ в которых до 95%, глинистых минералов до 3%, оксидов железа до 0,3%. На песок, являющийся отходом при обогащении каолина, имеется ГОСТ 7031-75 «Песок кварцевый для тонкой керамики».

В керамической промышленности применяют и другие виды кварцевых минералов: жильный кварц, маршаллит, трепелы и диатомиты.

ГОСТ или единых технических условий на природные кварцевые материалы для тонкой керамики не имеется. Но основным требованием является высокое содержание SiO₂ (не менее 98,5%) и минимальное содержание Fe₂O₃ (не более 0,2–0,3%).

Сырьем для изготовления динаса служат обычно кремнеземистые породы – кварциты с содержанием более 95% SiO₂. Особенно вредными примесями в сырье для изготовления динаса являются глинозем и щелочи, сильно понижающие огнеупорность изделий.

Кремнезем – основной компонент стекольной шихты, вводится в виде кварцевого песка, реже песчаника, кварцита, горного хрусталя и жильного кварца. Значение кварцевого песка в стекольном производстве определяется не только его значительным удельным весом в составе шихты, но и его большой ролью в получении бесцветного стекла.

Наряду с химическим составом для оценки качества стекольных песков большое значение имеет их гранулометрический состав. Величина зерен песка и однородность их размеров оказывают существенное влияние на процесс варки стекла. Мелкозернистые пески также почти не используются промышленностью, хотя имеется отечественный опыт применения магнитогорского маршаллита (зерна менее 0,06 мм).

Требования к стекольным пескам очень высокие, особенно по химическому составу. ГОСТ 22551-77 строго регламентирует содержание кремнезема (не менее 95–99,8% в зависимости от марки песка), оксидов железа (не более 0,01–0,025%), глинозема (не более 0,1–4,0%). Нормируется также влажность (для обогащенных до 0,5, для необогащенных 7%), содержание тяжелой фракции (до 0,05%) и зерновой состав.

В других отраслях промышленности (получение абразивных материалов, динасовых огнеупоров, карбида кремния) кварцевые пески применяются в ограниченном количестве и требования к ним обусловливаются ведомственными техническими условиями.

Краткий обзор месторождений кварцевых материалов Урала позволяет сделать следующие выводы.

1. Урал богат жильным кварцем, кварцитами, кварцевыми песками и пылевидным кварцем.

Наиболее чистые жильные кварцевые материалы находятся в Билимбаевском и Невьянском районах Свердловской области, Златоустовском районе Челябинской области. Содержание SiO₂ составляет 99%, сумма полуторных оксидов около 0,26%. Жильные кварцы Алапаевского, Нижне-Салдинского районов Свердловской области и Кыштымского района Челябинской области ожелезнены. Кыштымский кварц обогащается, содержание SiO₂ после обогащения – 99,5%. Кварц поступает на заводы плавленого кварца.

Некоторые разновидности прозрачного и гранулированного кварца (Кыштымское и Баженовское месторождения) отвечают требованиям, предъявляемым к сырью для плавки всех видов кварцевого стекла, и с успехом могут служить заменителем горного хрусталя.

2. На Урале кварцевые пески распространены в Свердловской, Челябинской, Оренбургской областях и Республике Башкортостан.

Обычно пески мелко- и среднезернистые, с высоким содержанием кремнезема и пригодны для литейнгого производства (Басьяновское, Кодинское), в ряде случаев (Ерофеевское, Сугоякское, Воздвиженское и др.) отвечают требованиям стекольной промышленности.

Перспективны на высококачественные формовочные пески Нижнеувельское (Галяминское) и Кичигинское месторождения.

К сожалению, кварцевые пески Урала не исследованы как керамическое сырье. Получены предварительные данные об успешном использовании галяминского кварцевого песка в производстве керамического гранита.

3. Кварциты Урала являются основным сырьем в производстве динасовых огнеупоров.

Крупные месторождения пылевидного кварца могут служить источником кремнеземистого сырья в различных отраслях промышленности (фарфорово-фаянсовой, эмалевой, стекольной и др.).

4. Опал-кристобалитовые породы (трепелы, диатомиты) Урала могут быть сырьем многоцелевого назначения – для производства теплоизоляционных и строительных материалов (кирпич, скорлупа, ячеистое стекло), различных наполнителей, носителей катализаторов, а также фильтров для очистки и обесцвечивания сахарных сиропов, растительных масел, осветления различных нефтепродуктов, осушки жидкостей и газов.

5. В рамках выявления нетрадиционных источников кварцевого сырья необходимо изучить возможность переработки кварцевых песков, являющихся «хвостами» обогащения каолинов Еленинского, Кыштымского и Журавлиноложского месторождений, в качестве сырья для производства керамики.

6. Для принятия решения по использованию того или иного месторождения кварцевых материалов необходимо провести исследования на применяемость и доразведку с целью определения запасов.