Промышленные типы месторождений неметаллических полезных ископаемых

Месторождения индустриального (горно-рудного) сырья

В эту группу входят месторождения алмазов и цветных камней, представляющих собой минералы и породы, используемые в ювелирной и камнерезной промышленности, а также графита, слюд, асбеста, магнезита, барита и флюорита.

Алмазы и цветные камни

Цветные камни подразделяют на ювелирные, ювелирноподелочные и поделочные.

По Е. Я. Киевленко, ювелирные (драгоценные) камни разделены на четыре порядка:

I — алмаз, изумруд, рубин, синий сапфир;

II — александрит, сапфир (оранжевый, фиолетовый и зеленый), благородный черный опал, благородный жадеит;

III — демантоид, шпинель, благородный белый и огненный опал, аквамарин, топаз, турмалин;

IV — хризолит, циркон, берилл (желтый, зеленый и розовый), бирюза, аметист, пироп, альмандин, лунный и солнечный камень, хризопраз, цитрин.

Месторождения драгоценных камней немногочисленны. В Колумбии, например, известны уникальные гидротермальные месторождения изумруда; в Индии (шт. Кашмир) и Таиланде — россыпи рубина и сапфира. Широко распространены различные драгоценные камни на Урале.

Особого рассмотрения заслуживают алмазы.

Алмазы представляют собой кристаллические модификации углерода с очень плотной упаковкой атомов. Они встречаются в кимберлитах, лампроитах, зонах их выветривания и россыпях. Несмотря на рост производства синтетических алмазов, по-прежнему исключительно велика роль естественных алмазов, используемых в ювелирном деле и технике.

Алмазы обладают редкими ценными свойствами. Это самый твердый минерал с большим модулем упругости. Эти качества обусловливают его применение в абразивах и буровых коронках. С высокой величиной поверхностного натяжения кристаллов алмаза связаны его отличные режущие свойства.

Бесцветные (прозрачные) или слабоокрашенные алмазы при отсутствии значительных трещин (свилей) и включений массой более 1/20 кар являются ювелирными. В процессе огранки они становятся бриллиантами.

Среди технических алмазов выделяют следующие разновидности: борт, баллас и карбонадо. Борт — сростки неправильной формы и шаровидные лучистые агрегаты. Баллас — алмазы мелкозернистого концентрического строения с более твердой внешней оболочкой, чем внутренняя часть. Карбонадо — непрозрачные тонкозернистые пористые агрегаты алмазных зерен.

Алмазы имеют додекаэдрический, октаэдрический, реже кубический и тетраэдрический облик.

Содержание алмазов в кимберлитах и россыпях изменяется от сотых долей до первых карат на 1 т руды или песков, в лейцитовых лампроитах достигает 5 кар/т и более.

В зарубежных странах запасы алмазов составляют около 2,2 млрд кар, из них 2/3 являются техническими.

В 2010 г. мировая добыча алмазов составила 55 млн карат, в том числе в России добыто 15, Конго — 14, Австралии — 11, Ботсване — 7, ЮАР — 3, Китае — 1 (БИКИ от 30.04.2011).

Балансовые запасы российских алмазов сосредоточены в Саха (Якутии) (84% — кимберлитовые трубки Мир, Интернациональная, Юбилейная, Айхал, Удачная), Архангельской области (15% — месторождение им. М. В. Ломоносова).

Промышленными генетическими типами являются магматические эксплозивные месторождения и россыпи алмазов. Основным источником добычи технических и ювелирных алмазов служат кимберлитовые трубки и тела лампроитов. Глубина их залегания изменяется от 200—

300 м до 2 км. В строении южно-африканских кимберлитовых трубок (рис. 6.28) выделяют три части: верхнюю — кратерную, среднюю — диатремовую и канальную. Алмазы заключены преимущественно в мелкозернистой кимберлитовой массе, реже в жилках кимберлита.

Рис. 6.28. Строение южно-африканских кимберлитовых трубок в разрезе (по Дж. Хаусону, с упрощением):

• 1 — туфы вулканического конуса; 2 — кратерные осадки;
• 3 — эксплозивные кимберлитовые брекчии; 4 — интрузивные брекчии и кимберлиты; 5 — породы системы Кару (С3 — Р — Т) (а — основные лавы, б — сланцы, песчаники, в — долериты); 6 — породы системы Вентес-дорп PR (а — сланцы, б — гранитогнейсы); 7 — кристаллические сланцы, граниты (а — кристаллические сланцы, б — граниты);
• 8 — геологические границы; 9 — современная поверхность трубок и силлов в поле Кимберли; части трубок: I — кратерная; II —диатремовая; III — канальная

Самое крупное месторождение алмазов — в лампроитах Арджайл (Австралия).

Согласно В. И. Ваганову, на обобщенной модели алмазоносной кимберлитовой трубки в Саха (Якутии) (рис. 6.29) отражено: в соотношении кимберлитов различных фаз внедрения с девонскими траппами и с интрудированными вмещающими терригенно-карбонатными формациями, сужение с глубиной трубки и ее сателлитов и переход главного капала трубки в подводящую дайку.

• — К ювелирно-поделочным камням относятся:
• — амазонит и беломорит, добываемые соответственно из редкоземельных и микроклин-плагиоклазовых пегматитовых жил;
• — чароит, образуемый при фенитизации песчаников и известняков;

Рис. 6.29. Обобщенная модель алмазоносной кимберлитовой трубки Якутии (по Л. Д. Харькову и др.):

• 1 — перекрывающие осадки пермо-каменноугольного возраста (осадочно-вулканогенные образования); 2 — туфогравелиты кратерной фации; 3 — туфопесчаники кратерной фации;
• 4 — туфоалевролиты кратерной фации; 5 — известняки;
• 6 — мергели; 7 — доломиты; 8 — доломит-ангидритовые породы; 9 — соли; 10 — аргиллиты; 11 — кристаллические породы фундамента; 12 — массивные кимберлиты; 13 — эруптивные кимберлитовые брекчии; 14 — траппы
• — лазурит, жадеит, нефрит и офикальцит — продукты магнезиального метасоматоза;
• — гематит-кровавик и мраморный оникс — гидротер- мально-метасоматические образования в песчаниках и известняках;
• — малахит — продукт зоны окисления сульфидных медных руд, пространственно связанных с породами карбонатного состава.

Месторождения ювелирных и ювелирно-поделочных камней встречаются крайне редко. Преимущественно они мелкие и по сложности геологического строения относятся к 4-й группе. Их разведка обычно сопровождается опытнопромышленной разработкой открытым способом.

Поделочные камни используются для декоративной отделки интерьеров общественных зданий, станций метрополитена и др., поэтому они рассматриваются как месторождения строительного и облицовочного камня.

Графит

Графит, подобно алмазу, является полиморфной разновидностью углерода, кристаллизующейся в гексагональной сингонии. В рудных образованиях он подразделяется на явнокристаллический (средняя величина кристаллов > 1 мкм) и скрытокристаллический (аморфный). Явнокристаллические графитовые руды состоят из пластичных чешуйчатых разностей графита. Скрытокристаллические руды сложены мельчайшими различно ориентированными кристаллами графита, образующими их плотные разности.

Некоторые ценные свойства графита позволяют применить его в различных отраслях промышленности как в мономинеральном виде, так и в композитных сплавах с металлами (карбиды), пластмассами и другими искусственными материалами. К таким свойствам относятся высокие электропроводность и огнеупорность, смазывающие и покрывающие способности графита при сохранении его инертности. Графит незаменим в атомной энергетике, где используются графитовые замедлители нейтронов, в металлургии (для производства огнеупоров материалов высокой частоты, изготовления тиглей, литейных форм), машиностроении (для изготовления смазочных материалов антифрикционных изделий), электропромышленности (коллекторов, динамомашин, электродов). Графит необходим также при изготовлении карандашей и красок.

Требования промышленности к графитовым рудам устанавливаются кондициями для каждого месторождения. Единые стандарты и технические условия разработаны на графитовые порошки и концентраты. Содержание графитового углеводорода в скрытокристаллических рудах, не требующих обогащения, должно составлять не менее 70%. К ним относятся наиболее богатые руды месторождения Ногинского (Красноярский край). Руды, нуждающиеся в обогащении, обычно представлены чешуйчатыми разностями с концентрацией графита от 2—3 до 17% (Тайгинское месторождение на Урале, Завальевское на Украине).

В России отрабатываются месторождения Курейское («Коитиниум ЛТД») скрытокристаллического графита и Тайгинское (ЗАО «Уралграфит») кристаллического чешуйчатого графита с содержанием графита 3—4%.

Графитовые руды обогащают методом флотации. Скрытокристаллические руды флотируются плохо. Для улучшения их качества проводится рудоразборка.

Глобальные ресурсы графита оцениваются в 71 млн т; годовая добыча превышает ИЗО тыс. т; половина добычи приходится на Россию (100 тыс. т), КНР, Корейскую Республику, Индию и Мексику. Цена 1 т кускового графита — от 220 до 750 долл., порошка — 430—450, чешуйчатого — 1000-2500.

Промышленные месторождения графита известны среди магматических, пегматитовых, скарновых, гидротермальных и метаморфических образований. Важное практическое значение имеют метаморфические месторождения, образовавшиеся либо при процессах регионального метаморфизма осадочных пород, содержащих рассеянное углеродное вещество, либо при метаморфизме каменного угля или горючих сланцев. Первые залегают в кристаллических сланцах и гнейсах, мраморизованных известняках, доломитах и кварцитах. Они представлены протяженными пласто- образными и линзовидными залежами кристаллического графита мощностью в первые сотни метров с содержанием графитного углерода от 2 до 30%, реже — 60% (месторождения Завальевское, Тайгинское). Вторые (Ногинское, Курейское и др.) сложены метаморфизовапными осадочными толщами, в которых залегают различной мощности пласты и линзы скрытокристаллического графита. Макроскопически графитовые руды близки к угольным образованиям.

По простиранию они могут сменяться антрацитом или природным коксом. Все названные месторождения по классификации ГКЗ РФ соответствуют 1-й и 2-й группам. К 1-й группе относятся участки с нарушенным залеганием. Их разведка проводится скважинами, канавами и шурфами с расстояниями по простиранию от 100 до 300 м, по падению — от 25 до 75 м.

Слюды

Основные минералы слюд — мусковит, биотит, флогопит и вермикулит — встречаются повсеместно в различных горных породах и геологических обстановках. Однако месторождения слюд немногочисленны. Это в основном флогопитоносные с вермикулитом карбонатиты (Ковдор- ское) и мусковитовые пегматиты (Мамское).

Пластичные кристаллы мусковита и флогопита способны расщепляться на очень тонкие гибкие пластинки, термически и химически стойкие, с высокими диэлектрическими и механическими прочностными свойствами. Различные минеральные и газово-жидкие включения вызывают дефекты: снижают диэлектрические и прочностные свойства, ленточность и расслоение, волнистость и морщинистость на плоскостях спайности, задиристость и клино- видность. Площадь пластинки слюды, не имеющей дефектов, называется полезной.

Кристаллы мусковита и флогопита с площадью пластин более 4 см2 называют забойным сырцом. После первичной очистки они становятся промышленными. По площади бездефектных поверхностей скола выделяют следующие размеры пластины (см2): 4—25; 25—50; 50—100 и более 100.

В зависимости от качества различают обрезные, щипаные, подборы, дробленые, молотые и другие типы слюд. Мелкая слюда, получаемая при добыче и переработке, называется скрапом. Обрезная слюда применяется в радиотехнике, щипаная — в клееной электроизоляции, дробленый флогопит — при производстве рубероида и кабелей, молотый мусковит — при производстве резинотехнических изделий, обоев и т.д.

Вермикулит при нагревании от 200 до 800— 1000°С вспучивается, увеличиваясь в объеме до 40 раз. Средняя плотность уменьшается до 50 кг/м3, что определяет его эффективное использование в качестве тепло- и звукоизоляционного материала (штукатурка, стеновые панели, легкие блоки). Вспученный вермикулит обладает сорбционными свойствами, поэтому применяется для очистки промышленных вод и улавливания газов.

Около 96% мировой добычи высокосортной слюды приходится на Индию, Бразилию (мусковит) и остров Мадагаскар (флогопит). В США добывают более 130 тыс. т мелкочешуйчатой слюды и примерно 0,5 млн т вермикулита. Россия располагает крупными месторождениями слюд. Мусковит листовой отрабатывают на месторождениях Мамско- Чуйской группы (ГОК «Мамслюда»), Енской группы (ТОО «Мусковит»), Чупино-Лоухской группы (ГОК «Карелс- люда»).

Цена за 1 т слюды сухого помола составляет 75—300 долл., скрапа мусковитового — 100—145 долл., вермикулита – 260—450 долл., слюды чешуйчатой — 350—500 долл.

Асбест

Асбестом называют тонковолокнистые минералы групп серпентина и амфибола, обладающие неограниченным расщеплением при механическом на них воздействии.

Группа серпентина представлена моноклинной волокнистой разновидностью — хризотил-асбестом Mg6[Si4Ol(l] [ ОН|8. В группу амфибол-асбестов входят ромбический антофиллит-асбест, моноклинальные щелочные асбесты (кро- кидолит-, родусит- и режикит-асбест) и щелочноземельные асбесты (актинолит-, амозит- и тремолит-асбест).

В природном виде волокна асбестов образуют агрегаты трех видов: поперечно-, косо- и продольно-волокнистые. В агрегатах первых двух видов волокна располагаются ортогонально или под косым углом к стенкам жилы и параллельны друг другу, в продольно-волокнистых агрегатах они параллельны также и стенкам жил.

По длине волокна и сопутствующим минеральным образованиям выделяют 8 групп и 42 марки товарного асбеста с длиной волокна от 0,2—0,7 до 10 мм и более. Длина волокна (мм) устанавливается следующей: группа 0 — 13,0—13,7; группа 1 — 10,5—12,5; группа 2 — 7,5—8,5. Другой важной характеристикой служит механическая прочность волокон на разрыв. По ней выделяют три разновидности асбеста: нормальной прочности (2800—3600 МПа), ломкий (1700—2200 МПа) и полуломкий. Прочность и эластичность волокон сохраняются при повышении температуры до 600°С.

Для промышленного использования благоприятными свойствами асбеста являются его низкая электропроводность и высокая термостойкость.

Наибольшее промышленное значение имеет хризотил- асбест.

Асбест 0-, 1- и 2-й групп используется для производства текстильных изделий, плетеных и тканевых набивок. Хризолит-асбест 3- и 4-й групп потребляет асбестоцементная промышленность. На ее долю приходится 80% товарного асбеста. Асбест 4-й и 5-й групп идет на производство асбестовой бумаги и картона, 5-, 6- и 7-й групп — термоизоляционного материала. Асбест 7-й группы используют как связующий материал при производстве железорудных окатышей.

Амфибол-асбесты служат для изготовления щелоче- и кислотоупорных изделий.

Цена 1 т асбеста хризотилового 3-й группы составляет 1500—1800 долл., 7-й группы — 210—435 долл.

Промышленные месторождения асбеста относятся к производным метаморфических процессов или сформировались в результате гидротермального метасоматоза в связи с серпентизацией пород дунит-гарцбургитовой формации, так называемых ультрамафитов или магнезиальнокарбонатных пород. По содержанию железа в хризотил- асбесте месторождения подразделяются на железистые и маложелезистые.

Среди месторождений железистого хризотил-асбесга, связанных с ультрамафитами, ведущим является баже- новский тип. Одноименное с ним месторождение по Классификации относится ко 2-й группе и составляет основу сырьевой базы асбеста России. Залежи хризотил-асбеста образуют жило-, липзо- и штокообразные тела в серпентинитах на контакте с перидотитами и габбро. Общая протяженность центральной залежи Баженовского месторождения составляет более 2 км при мощности от 80 до 450 м. В центре этой залежи находится безрудное ядро, сложенное перидотитами, вокруг которого располагаются следующие зоны: отороченных жил, крупной и мелкой сеток жил, «мел- копрожила» и серпентинитов с «просечками» (тончайшими прожилками) асбеста (рис. 6.30). Отработка Баженовского месторождения хризотил-асбеста ведется ОАО «Урал- асбест».

ЗСЗ ВЮВ

М

Рис. 630. Схематический геологический разрез центрального участка Баженовского месторождения хризотил-асбеста (по М. М. Трапезниковой):

• 1 — перидотиты; 2 — перидотиты с жилами асбеста;
• 3 — перидотиты и серпентиниты с мелкой сеткой жил асбеста;
• 4—8 — серпентиниты (4 — с мелкой сеткой жил асбеста,
• 5 — с мелкопрожилом, 6 — с просечками и единичными жилами асбеста, 7 — рассланцеванные с асбестом, 8 — рассланцованные);
• 9 — сталькованные породы (серпентиниты, карбонатные и хлоритовые образования); 10 — габбро; 11 —диориты, диорит- аплиды, кварцевые порфиры, гранодиориты

Маложелезистый хризотил-асбест характеризуется высокими диэлектрическими свойствами. Он связан с серпентинитами, развитыми по магнезиальным карбонатам. Известное месторождение этого типа Аспагашское также относится ко 2-й группе.

На территории РФ находятся месторождения антофиллит-асбеста (Сысертское), режикит-асбеста, родусит- асбеста и тремолит-асбеста (Вангырское), относящиеся к 3-й группе. Промышленных месторождений остальных типов не выявлено.

Разведка месторождений асбеста ведется системами легких горных выработок и штолен с рассечками, а также буровыми скважинами. Согласно Инструкции [25] в канавах отбираются задирковые пробы длиной 5 м, шириной 0,3—0,5 м и глубиной 0,2—0,5 м. Из шурфов отбираются валовые пробы с интервала уходки 0,5 м, из штолен и рассечек — в среднем с интервала 2 м.

Средняя длина секции керновых проб составляет на месторождениях: хризотил-асбеста — 10 м, амфибол-асбеста — 5 м, режикит-асбеста — 2—3 м.

В пробах определяют содержание волокна в руде, его распределение по классам длины и качественные показатели пригодности для различных направлений использования. Материал проб хризотил-, режикит- и антофиллит-асбеста извлекают из лабораторных проб в процессе механической обработки (измельчение, грохочение, рассеивание на комплексе сит с последующим отбором оставшегося на сите волокна щеткой. Извлечение родуссит-асбеста производится мокрым или сухим способом. В волокне хризотил- асбеста определяется содержание вредных примесей — магнетита и немолита, представляющего собой волокнистую разновидность брусита).

Амфиболовые асбесты представлены месторождениями антофиллит-, режикит-, тремолит- и актинолит-асбеста, приуроченными к метаморфизованным ультрамафитам. Известны также месторождения крокидолит- и амозит- асбеста на контакте магнезиальных карбонатных пород с джеспилитами, а также родусит-асбеста в пестроцветных толщах. Залежи антофиллит-асбеста ассоциируют с тальковыми, графитовыми и слюдоносными породами.