Применение

1.1 Применение

Минералы группы силлиманита (андалузит, силлиманит, кианит) характеризуются высокой температурой плавления, не размягчаются при нагревании, кислотоустойчивые, обладают хорошими огнеупорными свойствами. За рубежом на их основе создаются высокоглиноземистые огнеупоры, силумин, алюминий, керамика, глазури, эмали, фарфор и др.

Большая механическая прочность муллита в связи с хорошей термической стойкостью послужили основанием для приготовления из него высококачественных огнеупорных изделий: автосвечей тиглей, пирометрических трубок и других электронагревательных приборов, брусков для стекловаренных печей, специальных сортов фарфора и др.

Заводы России, США, Западной Европы и Японии используют высокоглиноземистые огнеупоры в конверторном, электродуговом производствах и на линиях непрерывной разливке стали. Из них готовят шиберные затворы разливочных ковшей, футеруются сами ковши, погруженные стаканы. Обожженный кианитовый концентрат является превосходным сырьем для получения неформованных масс: набивных, наливных, защитных обмазок, покрытий, мертелей и др. Особое место занимает высокоогнеупорное пористая керамика: разнообразные теплоизоляторы, которыми футеруются топки котлов на танкерах, воздуховоды горячего дутья в доменных печах, промежуточный слой стекловаренных печей и др. Композиционные материалы с использованием высокоглиноземистых соединений нашли применения и в системе тепловой защиты космических кораблей «Шатл» и «Гермес».

Минералы группы силлиманита (МГС) совместно с техническим глиноземом применяются в настоящее время для изготовления керамических изделий специального назначения: электроизоляционный фарфор (аппаратные и высоковольтные изоляторы, свечи зажигания автомобилей, запальные свечи авиамоторов), герметизированные конструкции, низко- и высоковольтные конденсаторы, медицинская и кислотоупорная химическая посуда.

Обожженный и плавленный кианит вместе с бадделеитом используется для замены порошков электрокорунда в технологии изготовления оболочковых форм для точного литья ответственных деталей газотурбинных двигателей (лопатки, турбины, кронштейны и др.). Эти материалы применяются при литье деталей с направленным вращательным моментом для авиационной промышленности.

Из нитевидных кристаллов муллита получают конструкционные материалы. Последний компануется с фарфором, керамикой, металлами, стеклом, пластиком, эпоксидными смолами и др., что ведет к удлинению срока службы изделий, увеличиваются их механическая прочность, термическая и химическая стойкость. Нитридные огнеупоры (Si3N4, AlN, BN), армированные муллитом, отличаются повышенным сопротивлением термоудару. Фторопласт в смеси с его кристаллами является самосмазывающимся антифрикционным материалом. Добавляется он в жаропрочные бетоны и цементы (Лепезин, 2003).

Кианит - ценное минеральное сырье для производства электроизоляционных материалов, устойчивых при высоких температурах и при воздействии всех кислот, включая фосфористую.

В отчете А. Н. Игумнова, К. Е. Кожевникова "Уральские месторождения дистена (кианита)" (1935) сказано, что полученные из кианитового полуконцентрата (Al2O3=45-50%) кирпичи проходили испытания на металлургических заводах и при проверке на шлакоразъедаемость не обнаружили изменений.

Ограненный кианит используется в ювелирном деле. Гранят прозрачные камни хорошего качества в ступенчатой или бриллиантовой форме.

Глава 2. Краткий обзор месторождений кианита

Прозрачные кианиты ювелирного качества очень редки. Наиболее известны ювелирные кианиты Индии (Кашмир, Пенджаб). Ювелирный кианит встречается также в Бирме, Бразилии, Кении, Швейцарии и США (в штатах Монтана, Каролина, Виргиния, Вермонт, Коннектикут, Массачусетс).

Рис. 1. Призматические кристаллы кианита Морбиан (Франция). Огромные кристаллы

На весь мир знамениты голубые полупрозрачные кристаллы в ассоциации с парагонитом (светлая слюда) и ставролитом, происходящие из Пиццо-Форно в кантоне Тичино (Швейцария) (рис. 1).

Красивые экземпляры обнаружены в Тироле (Австрия) и департаменте из знаменитого месторождения Пиццо-Форно (до 30 см в длину) лазурной окраски, но (кантон Тичино, Швейцария) непрозрачные, выявлены в штате Минас - mineral-kianit.htm) Жерайс (Бразилия). Зеленые кианиты открыты в Мачакос (Кения).

В западных странах разведанные запасы руд, содержащих минералы группы силлиманита, составляют 450 млн. тонн, применяются для изготовления высокопрочных огнеупорных и кислотоустойчивых материалов, а также для производства алюминиево-кремниевых сплавов типа силуминов. Способ разработки месторождений – открытый, при содержании в рудах кианита (андалузита, силлиманита) – 10% и запасах сырья в один миллион тонн. Производители концентратов: ЮАР, США, Индия, Франция, Бразилия, Швеция, Испания. Суммарный объем получаемой ими продукции составляет 700-750 тыс. тонн в год.

Объемы потребления в мире по отраслям промышленности: 80-85% - огнеупоры; 10-15% - керамика; 5-10% - все остальное.

Наиболее крупные месторождения кианита в России расположены в Карелии (Кейвы), на Южном Урале (Борисовское), в Восточной Сибири. Красивые васильково-синие, небесно-голубые и фиолетовые ограночные кианиты добывали на Урале. Прозрачные красиво окрашенные образцы, пригодные для огранки, встречаются в Архангельской области. В пределах Светлинского рудного поля на Водораздельном, Хрустальном, Косаревском-П участках, на Борисовских сопках кианит развит в виде достаточно крупных (до 10 см) полупрозрачных кристаллов синего цвета, которые представляют интерес в качестве коллекционного сырья (http://www.mineral-land.com/Stones/StoneKyanite.html).

В России концентраты минералов группы силлиманита (МГС) не получают, хотя потребности в них только в огнеупорной отрасли измеряются сотнями тысяч тонн в год, а разведанные запасы руд превышают 3 млрд. тонн (Коротеев, 2009).

Рис. 2. Кианит в кварце. Карелия Карелия). Разведанные запасы кианита (м-е Хизовара) 25 млн. тонн

По данным Лепезина:

1. Кейвская группа месторождений (Новая Шуурурта, Тяпш-Манюк, Червурта и др.), Кольский полуостров. Балансовые запасы кианитовых руд - 2.4 млрд. тонн, прогнозные ресурсы – 10 млрд. тонн.

2. Месторождение Хизовара (республика

3. Рудопроявления Витимо-Патомского нагорья (Сан-Пуричи, Ченги-Сиена, Комсомольское, Согринское, Алексеевское и др.), Забайкалье. Ресурсы кианита - 1.5 млрд. тонн. Рудопроявления находятся в зоне БАМ.

4. Рудопроявления Заангарской части Енисейского кряжа (Панимбинское, Тейское, Куюмбинское, Верхне-Енашинское и др.), Красноярский край. Прогнозные ресурсы руд, содержащих МГС превышают 500 млн. тонн.

5. Базыбайское месторождение (Красноярский край). Прогнозные ресурсы силлиманитовых руд по категории Р2 – 283.2 млн. т., по категории Р3 129.2 млн. т.

6. Тымбинское месторождение (Читинская область). Разведанные запасы руд, содержащих андалузит и силлиманит, по категории С2 равны 423.6 млн. тонн.

7. Кяхтинское месторождение (республика Бурятия) включает 20 рудопроявлений силлиманита. Запасы руд по категориям А2, В и С1 составляют 4.1 млн. тонн (силлиманита 916 тыс. тонн).

8. Китойское месторождение (Иркутская область), запасы силлиманитовых руд по категории С2 — 150 млн. тонн.

9. Рудопроявления нагорья Сангилен, республика Тыва. Прогнозируемые ресурсы МГС по категории Р3 составляют 740 млн. тонн.

10. Месторождения и рудопроявления в Свердловской и Челябинской областях: Мало-Брусянское, Абрамовское, Сосновское, Косулинское, Уфимское, Мало-Каслинское, Борисовское, Михайловское, а также техногенные пески Андрее-Юльевского участка. Суммарные их ресурсы в пересчете на кианит составляют 20–25 млн. т. (Лепезин, 2003)

Наибольшее распространение на Урале имеют месторождения кианита. Месторождения андалузита, силлиманита представляют исключительно минералогический интерес (рис. 3).

Рис. 3. Схематическая карта уральских месторождений дистена, андалузита, силлиманита. По (Игумнов, Кожевников, 1935): 1-3 месторождения Al2SiO5, 1 – непромышленного характера; 2 – разведанные второстепенного значения, 3 – разведанные месторождения промышленного характера. Список месторождений андалузит 1 – д. Южаково; силлиманит 2 – Нижнеисетский завод; дистен 3 – д. Колюткино; 4 – Сысертское; 5 – Соколиный камень; 6 – Абрамовское; 7 – Черкаскульское; 8 – Иткульское; 9 Тюбукское; 10 – Аллакское; 11 – Кисегачское; 12 – Каслинское; 13 – М Каслинское; 14 – Голодное; 15 – Красное; 16 – Теченское; 17 – Увильды; 18 –Уфимское; 19 – Таганайское; 20 - Уреньгинское; 21 – Михайловское; 22 – Светлинское; 23 – Борисовское; 24 – Каменское; 25 Карталинское

Кроме того, при работе по минералогическому изучению шлихов уральских россыпей кианит обнаружен в россыпях многих районов Среднего и Южного Урала. Из перечисленных месторождений (рис. 3) пять имеют запасы в промышленном количестве и только два из них – Борисовское и Малокаслинское могут быть использованы промышленностью (Игумнов, Кожевников, 1935). Данная точка зрения не потеряла своей актуальности и сегодня.

Кианит можно извлекать в промышленных масштабах. Модельный объект техногенных месторождений - Андрее-Юльевский участок на Южном Урале, кианит которого является сырьем для производства высокоглиноземистых огнеупоров и другой продукции (Коротеев, 2009).

Глава 3. Обзор, анализ и оценка ранее проведенных работ

Андрее-Юльевская россыпь находится на территории Русской Бразилии (рис. 4). Она была доразведана и оконтурена с 1963 по 1972 год геологами Кочкарской ГРП Э. И. Мецнером и др. и эксплуатировалась на протяжении 25 лет. На ее территории были расположены бывшие Каменно-Павловский и Каменно-Александровский прииски.

Андрее-Юльевское м-ние россыпного золота объединяет россыпи Еленинскую, Андреевскую, Покровскую-Ленинскую, Каменно-Санарскую (Колисниченко…2008).

Район производства поисково-оценочных работ характеризуется высокой степенью геологической изученности.

Наиболее полная информация о работах прошлых лет сведена в отчётах А. Н. Игумнова (1930, 1932, 1933), М. Н. Букиной (1957) и Южно-Уральской ГРП (1989). В них отражены сведения о коренных проявлениях и месторождениях кианита, охарактеризованы элювиальные и делювиальные россыпи. О кианите из аллювия бывших золотосодержащих россыпей упоминалось лишь однажды (Игумнов, Кожевников, 1935).

В 1929-1933 г.г. была выполнена предварительная разведка на Борисовском проявлении кианита. Всего пройдено 420 выработок: мелких шурфов – 406, глубоких (до 10 м) – 6, канав – 8, дудок –1, всего 1350 м3. В 1930-1931 г.г. детальные геологоразведочные работы были проведены Уральским отделением института Прикладной минералогии. Пройдены через 200 м в линиях, отстоящих друг от друга на 50 м мелкие дудки, а в некоторых линиях и шурфы с рассечками и разведочная шахта, проводилось также бороздовое опробование. В 1932 году рудопроявление опоисковано A. H. Игумновым (Савичев, 2009).

В 1930 году Уралмеханобр провел полупромышленное испытание получения полуконцентрата и выполнил обогатительные работы на Верх–Нейвинской обогатительной фабрике. Обработано 4600 тонн сырой руды и на рудопроявлении получено 800 тонн полуконцентрата с содержанием кианита 45–48% при его исходном количестве в горной массе 8–10%. При обработке в промышленных условиях получен концентрат, состоящий на 90–92% из кианита (Al2О3-55%), его испытание проводилось в УралВИОК и на заводе им. М. В. Ломоносова. Полуконцентрат содержал Al2O3=35,8%, первый концентрат А12O3=52-57% (85–90% кианита), выход 24-25%; второй концентрат-А12O3=48,9% (72% кианита), выход 20%. Из них были изготовлены муллитовые изделия, лабораторные тигли, покрышки и др.; из полуконцентрата – огнеупорные кирпичи, прошедшие испытания на металлургическом заводе.

Основа: «Геологическая карта гранитной интрузии Кочкарского района».Составлена по материалам геологической съемки масштаба 1:50000 В. П. Костарева (1969г.), В. А. Сусликова (1969г.), В. Ф. Иванова (1967 г.), Е. П. Шулькина (1968 г.), А. И. Левита (1970 г.). Масштаб:1см=1км

Рудные месторождения: Россыпные месторождения: 25. Сумин карьер

Кочкарское золото-сульфидно- 10. Светлинская россыпь 26. Гранатовая копь кварцевое жильное 11. Еленинская россыпь 27. Волчьи ямы

Ново-Троицкое золото- 12. Покровская россыпь 28. Самарский карьер мышьячковое сульфидно-кварцевое 13. Андреевская россыпь 29. Демаринская копь

Светлинское сульфидно-вкрапленное 14. Каменно-Санарская россыпь горного хрусталя с кварцевым штокверком в породах 15. Михайловская россыпь 30. Михайловское углисто-терригенной фации 16. Чуксинская россыпь проявление кианита

Рудные рудопроявления: 17. Благодатная россыпь 31. Еремкинское проявление

Воронинское золоторудное Проявления минералов: аметиста

Отрадное золоторудное 18. Кучинский карьер 32. Андреевский карьер

Калиновское золоторудное 19. Западно-Пластовский карьер 33. Санарский (Покровский)

Каменно-Санарское 20. Северо-Светлинская россыпь рудник

Каменско-Крестоводвиженская 21. Еремкинский карьер 34. Крестоводвиженский группа свинцово-цинковых 22. Батуровский карьер рудник рудопроявлений 23. Проявление розовых топазов 35. Кианитовая копь

Котлинское свинцово-цинковое Радиомайское 36. Копь розовых топазовРудопроявление 24. Светлинский пегматитовый карьер 37. Санарское проявление урановых руд.

Рис. 4. Геологическая карта Русской Бразилии (Колисниченко…2008)

Условные обозначения: Красной линией – контур лицензионного участка.

Интрузивные породы

Пластавский массив плагиогнейсо-гранитов

Каменно-Санарский массив Биотитовых гранитов

Пластовский массив плагиогранитов

Ультрабазиты, серпентиниты

Глубинные разломы

Тектонические нарушения

Нерасчлененные эффузивы андезитового состава

Белый мрамор

Андреевская россыпь и Андреевский карьер

Кианитовые и слюдяные сланцы

Карбонатная толща C1V3-n

Мрамор белый средне- и крупнозернистый

Осадочно-вулканогенная толща C1V1-2

Вулканогенная подтолща

Плагиоклазовые микропорфириты базальтового и андезито-базальтового состава

Вулканогенно-осадочная подтолща

Липаритовые порфиры их лавобрекчии с обломками плагиоклазовых порфиритов базальтового и андезито - азальтового состава

Туфогенные алевриты; алевропесчаники, алевролиты и песчаники

Сланцы углистые, углисто-глинистые, углисто-кварцевые, углисто-карбонатные

Доломиты

Туфоконгломераты известковистые

Сланцево-карбонатная толща C1v1

Мрамор белый, серый и темно-серый полосчатый

Сланцы углистые

Алевролиты, алевропесчаники кварцевые, сланцы кварц-полевошпат-мусковитовые

Толща бластопсаммитовых сланцев C1t2-v1

Конгломераты полимиктовые, алевропесчаники ПШ-кварцевые, бластопсаммитовые сланцы, двуслюдяные сланцы со ставролитом, гранатом и кордиеритом. Амфиболовые и полевошпат-амфиболовые породы

Углисто-слюдистые и графитисто-слюдистые сланцы, филлиты слюдистые

Мраморы

Кособродская толща S1-D1

Нерасчлененные эффузивы андезитового состава, порфириты плагиоклазовые, туфы, лавобрекчии порфиритов, туффиты, сланцы кварц-серицитовые

Вулканогенная-осадочная толща Pz2

Сланцы углистые, углисто-карбонатные, алевролиты углистые

Терригенные образования

Кумлякско-Линевская толща Pz2

Нерасчлененные сланцы углисто-глинистые, известково-углистые, туфогенные алевролиты с резким преобладанием андезито-базальтовых порфиритов, диабазов и диабазовых порфиритов

Гнейсо-сланцевая толща Pz1-2

Сланцы графитисто-слюдистые, гранито-гнейсы, амфиболиты, сланцы слюдяные с кианитом, гранатом и ставролитом, мраморы графитистые

В 1938-1941 г.г. на рудах Борисовского месторождения проведены лабораторные и полупромышленные испытания различных технологий обогащения на Верхне-Нейвинской фабрике. Из выделенного кианитового концентрата получены изделия тонкой и грубой керамики (пирометрические трубки, автосвечи, тигли для обжига фарфоровых изделий, нагревательные приборы массового использования, огнеупорные кирпичи, пробки, стаканы). Получены положительные заключения о качестве кианитового концентрата и его использовании от УралВИОК, Ленинградского фарфорового завода им. Ломоносова и Магнитогорского металлургического комбината.

В 1957 г. М. Н. Букиной составлена сводка по проявлениям высокоглинозёмистых руд Урала, в неё вошли и материалы по Пластовскому району.

В 1987 г. Южно-Уральская ГРП Челябинской ГРЭ по заявке Министерства чёрной металлургии начала поисковые работы на высокоглинозёмистое сырьё в пределах Борисовского проявления кианита.

При утверждении запасов золота Еленинской и Андреевской россыпей извлечение этих компонентов из-за низких содержаний было признано нерентабельным. Кианит как промышленно-ценный продукт в то время не рассматривался.

В результате отработки золотоносных россыпей материал россыпей подвергался неоднократному механическому воздействию (промывке, перемещению, гравитационной дифференциации, сегрегации и т. п.), а также влиянию гипергенных процессов, в результате чего первоначальное качество материала и морфологические параметры техногенных образований существенно изменились. После неоднократного перемыва при добыче золота произошла очистка песков от глинистой составляющей. Была установлена принципиальная возможность получения из техногенных образований Андрее-Юльевской россыпи концентратов кианита и кварцевого песка, с возможным попутным получением концентратов золота (Савичев, 2009).

2008 – 2009 г.г. – под руководством В. А. Коротеева для изучения условий локализации МГС, характеристики их свойств и т.п. в техногенных образованиях в качестве эталонного, был выбран Андрее-Юльевский участок техногенных россыпей, лицензия на поиски, разведку и добычу которого принадлежит ООО «Мингрупсил» (г.Пласт, Челябинской обл.). Заявлено о кианите как о новом виде сырья для ряда видов промышленного производства с использованием глинозёма ( Коротеев, 2009).

Глава 4. Методика исследований

Для получения объективных данных о строении, составе включений применялись различные методы исследования минерального вещества как в полевых, так и в лабораторных условиях.

4.1 Полевые исследования

В ходе полевых исследований были использованы методы геологического картирования и полевой документации, применяемые на стадии проведения поисковых и оценочных работ техногенных россыпей. Отобран геологический материал для дальнейших аналитических лабораторных исследований. Все пробы прошли пробоподготовку и предварительное обогащение.

В условиях полевой лаборатории проведён полуколичественный сокращенный минералогический анализ шлиховых проб на кианит (ситование, сокращение и определение массы кианита в пробах).

4.2. Лабораторные исследования

Лабораторные исследования проводились на Геологическом факультете Миасского филиала Южно-Уральского госуниверситета в г. Миассе (МГФ ЮУрГУ) и в Институте минералогии УрО РАН г. Миасс (ИМин УрО РАН).

1. Изучение анатомии кристаллов под бинокуляром, в ориентированных сечениях.

2. Рентгеноспектральный микроанализ.

Данный метод исследования применялся для определения включений в кианите и химического состава кианита по зонам. Для этого использовался электронно-зондовый микроанализатор JEOL SUPERPROBE 733. Полученные данные проанализрованы. Аналитик Е. И. Чурин.

Похожие работы

Петрография и минералогия кианитовых кварцитов Борисовских сопок

Скачать

24718

6

7

... кианита на Борисовских сопках, рубиновые проявления, топазовые копи в пределах участка работ, Светлинский золоторудный карьер, скифский круг, и др.   2.2 Петрография и минералогия кианитовых кварцитов Борисовских сопок Кварциты – метаморфические горные породы, слагающиеся преимущественно кварцем, содержание которого достигает почти 100% в мономинеральных разновидностях. К исходным породам, ...

Минералогия и петрография кианитсодержащих пород Борисовских сопок

Скачать

63913

6

36

... присутствие в породах смеси биотита с хлоритом. В мусковит-кианитовых сланцах и кианитовых кварцитах наблюдаются процессы автометаморфизма. Заключение Петрографическое исследование кианитсодержащих пород Борисовских сопок, изучение их структурно-текстурных особенностей и минерального состава позволяет сделать следующие выводы: 1.  Кианитсодержащие породы Борисовских сопок разделились на ...