ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

"ЭКОМОНИТОРИНГ"

СРЕДНЕУРАЛЬСКАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ

620014 г.Екатеринбург ул.Вайнера, 55 (Уралнедра), каб. 513

тел. 257-20-06, 219-39-08 факс 257-20-06

Главная страница

Наши заказчики

Вопрос / Ответ

Справочник

Полезные ссылки

Начало

3. КАОЛИНЫ УРАЛА

3.1. Нормальные каолины

Все известные месторождения каолинов расположены, главным образом, на восточном склоне Урала, в пределах гранитных массивов и кварцево-серицитовых сланцев. Наиболее качественные каолины Урала генетически связаны с корой выветривания микроклиновых гранитов Восточно-Уральского тектонического поднятия и прослеживаются на всем протяжении восточного склона Урала, начиная с севера, до Мугоджар на юге, образуя огромную каолиноносную провинцию.

Урало-Мугоджарская каолиноносная провинция является одной из крупнейших в бывшем СССР как по запасам сырья, так и по количеству разведанных и эксплуатируемых месторождений. На Урале и в Мугоджарах зарегистрировано более 100 месторождений и проявлений как первичного, так и вторичного каолина. В составе Урало-Мугоджарской каолиноносной провинции выделено три субпровинции: Среднеуральская (Свердловская область), Южноуральская (Челябинская область), Мугоджарская (Оренбургская и Актюбинская области).

Для Среднеуральской субпровинции характерно преобладание слюдистых элювиальных каолинов, некоторые залежи из которых ныне разрабатываются (Невьянское месторождение). В то же время «гранитные» каолины имеют здесь ограниченное распространение и не получили пока промышленной оценки.

На Южном Урале изверженные породы образуют крупные массивы, на которых находятся наиболее крупные месторождения каолина. В пределах Южноуральской субпровинции выделено несколько каолиноносных районов, представляющих промышленный интерес. В целом для этой субпровинции основным промышленным типом являются «гранитные» каолины. Наиболее благоприятными предпосылками выявления новых залежей высококачественных каолинов характеризуется Кочкарский каолиноносный район. По степени изученности и промышленной значимости эта территория занимает на Урале первое место.

Мугоджарская каолиноносная провинция представлена двумя каолиноносными геоморфологическими зонами: пенеплен Восточных Мугоджар (южная часть Зауральского пенеплена) и Замугоджарский пенеплен, где площади, занятые корами выветривания составляет 60% всей территории. Лучшая сохранность кор выветривания отмечается в центральной части субпровинции, где располагаются основные месторождения каолинов.

В генетическом отношении все месторождения каолинов Урала связаны с мезозойской корой выветривания палеозойских и допалеозойских кристаллических пород, сформировавшихся в условиях теплого и влажного климата на обширных пенепленизированных просторах восточного склона Урала и Мугоджар. В отношении высококачественных каолинов, удовлетворяющих требованиям тонкокерамического производства, следует считать участки выветривания лейкократовых разностей микроклиновых гранитов Восточно-Уральского поднятия. Подобного типа граниты в виде мелких тел отмечаются на некоторых гранитных массивах Урала и особенно Мугоджар. Довольно высокое содержание калиевого полевого шпата в гранитах (до 4%) можно рассматривать как благоприятную предпосылку для формирования залежей щелочных каолинов, являющихся очень ценным сырьем в керамическом производстве. Однако специальных работ по их оценке не проводилось.

Рассматривая основные характеристики главнейших месторождений каолинов Урала, следует заметить, что самостоятельные субпровинции, в состав которых входят отдельные месторождения и группы месторождений, характеризуются относительно близким качеством сырья и приуроченностью к коре выветривания определенных магматических или метаморфических комплексов.

Среднеуральская каолиноносная субпровинция. В ее состав входят две геоморфологические зоны: на западе - остаточные горы восточного склона Урала, на востоке - приподнятый и отпрепарированный пенеплен Северного и Среднего Урала, в зоне которого площади, занятые корой выветривания, составляют лишь 30%. Верхняя каолинитовая часть профиля коры выветривания этой субпровинции, как правило, размыта. Гранитные массивы, расположенные обычно в ядрах антиклинарных структур, подверглись эрозии и почти полностью лишены кор выветривания; если она сохранилась, то локализована вдоль контактных зон или бортов древних эрозионно-структурных депрессий. Относительно лучшая сохранность кор выветривания отмечается в синклинальных структурах, каолины в которых возникли преимущественно в результате выветривания слюдяных сланцев.

В пределах Среднеуральской субпровинции можно выделить два каолиноносных района - Невьянский и Сысертский.

Невьянский (Ключевской) каолиноносный район представлен группой мелких залежей элювиальных каолинов, месторождения которых расположены в окрестностях г. Невьянска (Свердловская область). Каолины возникли в результате выветривания кварцево-слюдяных сланцев и приурочены к бортам Ивдельско-Тагильской эрозионно-структурной депрессии. Все эти мелкие залежи составляют Невьянское месторождение. Геологоразведочными работами оконтурены четыре промышленные залежи: Ключевская, Березовое болото, Трошинская и Цемзаводская.

Указанные залежи светлоокрашенных каолинов морфологически представляют собой тела неправильной формы в пестроцветном массиве коры выветривания кварцево-слюдяных сланцев и, как правило, тяготеют к контактам этих сланцев с верхнесилурийскими известняками. Залежи вытянуты вдоль зон контакта, достигая длины 500-600 метров при ширине 50-250 м (Ключевская, Березовое болото). Глубина каолинизации варьирует от нескольких метров по краям залежи до 50-100 м в центре. Максимальная мощность каолинов Ключевской залежи 110 м, мощность светлоокрашенных разностей не более 50-60 м. Значительная часть продуктов выветривания имеют интенсивную окраску - желтую, красную, бурую, что указывает на высокий процент содержания в них оксидов железа, намного превышающий требования ГОСТа на каолин. Белые разности каолина приурочены к отдельным участкам. Белые каолины содержат в среднем от 0,2 до 2,0% оксидов железа, содержание которых в цветных каолинах доходит до 10% и выше.

Невьянское (Ключевское) месторождение расположено в Свердловской области в 3-5 км к юго-западу от г. Невьянска. В настоящее время эксплуатируется только Ключевской участок. Продуктивный слой представлен глинистыми и каолинитовыми образованиями (первичными каолинами). Цвет каолина непостоянен. Он содержит в своем составе минеральные красители, количество которых также меняется от пласта к пласту, от участка к участку. Преобладающий цвет каолина белый с зеленоватым оттенком. В южной части месторождения встречаются разновидности, окрашенные в желтый, розовый и лиловый цвет.

Вещественный состав невьянских каолинов наиболее полно изучен по образцам из Ключевской залежи. По данным гранулометрического анализа, в их составе преобладают тонкие фракции (менее 0,05 мм), содержание грубых фракций (более 0,05 мм) обычно не превышает 10%. Максимальное количество зерен размером более 1 мм не превышает 20%, размером менее 0,001 мм - 8%. В связи с этим невьянский каолин можно отнести к группе непластичных грубодисперсных материалов (табл. 3.1).

Таблица 3.1.

Гранулометрический состав невьянских каолинов

Разности	Содержание фракций в %, размером в мм
	1-0,25	0,25-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	Менее 0,001
Желтая	0,28	5,63	29,97	34,24	23,36	6,52
Серая	2,97	3,30	56,68	22,07	10,30	4,54
Белая	1,08	0	10,27	35,66	48,09	5,54

Особенностью минерального состава невьянских каолинов является очень низкое содержание в них каолинита: во фракции более 0,005 мм не более 10-15%, и лишь в самых тонких фракциях менее 0,005 мм - 40-60%. Во всех фракциях отмечается повышенное содержание слюдистого минерала (30-60%). По данным рентгеноструктурного анализа образца из Ключевского карьера, наряду с мусковитом в каолине присутствует парагонит, иногда в преобладающих количествах, что объясняется повышенным содержанием Na2О в ряде проб невьянского каолина (до 2-3%). Повышенное содержание щелочей в невьянских каолинах, зависящее от присутствия слюдистых минералов (парагонита и мусковита), обусловливает их низкую температуру спекания. Огнеупорность каолина колеблется от 1500 до 1730°С. Почти во всех фракциях отмечается присутствие рутила в виде отдельных игольчатых кристаллов или их сростков (3-5%). Минеральный состав каолина представлен каолинитом (60-65%), слюдой (25-30%), кварцем (2-3%), других минералов (2-3%). Белые каолины являются смесью каолинита с серицитом, с примесью кварца и серицитовых сланцев; серые каолины представлены в основном гидрослюдой с примесью оксидов железа, рутила и турмалина.

Химический состав невьянских каолинов приведен в табл. 3.2.

Таблица 3.2.

Химический состав невьянских каолинов

Наименование разности	Содержание оксидов, %							Сумма
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	ППП
Желтая	64,74	21,0	7,0	0,6	2,05	сл	3,89	99,28
Серая	54,07	30,12	3,0	сл	1,3	0,12	7,04	95,65
Белая	49,48	34,5	1,5	сл	1,4	0,37	9,0	69,25

По химическому составу невьянские каолины относятся к полукислому сырью с небольшим, но довольно постоянным содержанием выгорающих и удаляемых при обжиге примесей. Потери при прокаливании составляют от 3,5 до 9,5%. Следует отметить повышенное количество в каолине оксидов щелочных металлов, которое колеблется от 1,5 до 7%, а на отдельных участках достигает 11%. Однако, несмотря на высокое содержание щелочных оксидов, каолины классифицируются в основном как неспекающиеся. Содержание свободного кварца в каолине колеблется от 7 до 35%. Каолин относится к группе малочувствительных к сушке материалов, его коэффициент чувствительности составляет менее 1 (в основном 0,6-0,7 и реже 0,9). По огнеупорности каолин относится к низкоогнеупорному (1540-1620°С) и тугоплавкому сырью. Технологические испытания невьянских каолинов позволили выделить две основные разности: спекающиеся (Н - СП) и неспекающиеся (Н - НС); спекающиеся разности преобладают и составляют на Ключевской залежи 67,7%, на участке Березовое болото 64,2%.

На дифференциальных кривых нагревания белого каолина наблюдается один интенсивный эндотермический эффект при 590°С, обусловленный дегидратацией каолинита. При 950°С обнаружен слабый экзотермический эффект, объясняемый образованием промежуточной метастабильной фазы в виде алюмокремниевой шпинели Si3Al4O12. Значительная примесь кварца сглаживает четкость каолинитовых эффектов. Результаты технологических испытаний показали, что невьянские каолины следует рассматривать как ценное низкоспекающееся огнеупорное сырье.

Керамические свойства невьянских каолинов приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3.

Керамические свойства невьянских каолинов

Показатели	Тип каолина	Значение
		от	до
Огнеупорность, °С	Н-СП Н-НС	1610 1670	1690 1740
Водопоглощение после обжига, % при 1300°С	Н-СП Н-НС	0,1 3,1	3,0 28,6
Полное водосодержание, %	Н-СП Н-НС	20,8	31,9
Число пластичности по Аттербергу	То же	2,0	8,0
Связность, МПа	То же	5,4	10,6
Усадка после обжига, % при 1200°С 1300°С	То же	6,3 7,9	19,6 24,1
Пористость после обжига, % при 1200°С 1300°С	То же	1,14 0,92	46,25 28,85
Плотность после обжига, г/см3 при 1200°С 1300°С	То же	1,43 1,83	2,36 2,22

Сысертский каолиноносный район, подобно Невьянскому, характеризуется широким развитием мелких залежей элювиальных каолинов, расположенных в окрестностях г. Сысерти (Свердловская область) и генетически связанных с корой выветривания кварцево-слюдяных сланцев палеозоя. Эти залежи (Сысертская, Паньковская, Белоглинская, Черновская, Казаринская, Кадниковская и др.) расположены в прибортовой зоне Иткульско-Сысертской эрозийно-структурной депрессии, и, как правило, приурочены к контактам сланцев с карбонатными породами.

Сысертское месторождение характеризуется низким качеством сырья, поэтому перспективы его освоения весьма проблематичны.

В пределах Среднеуральской каолиноносной субпровинции зарегистрировано большое количество проявлений каолинов. В районе г. Полевского отмечены Гумышевское, Ивановское, Баженовское и ряд других каолинопроявлений, приуроченных к коре выветривания талько-хлоритовых сланцев. В связи с ограниченными размерами залежей и низким качеством сырья они не представляют промышленного интереса. Группа каолинопроявлений (Нюксинское, Салдинское, Гареевское и др.) пространственно и генетически связанных с корой выветривания гранитов, гнейсов и слюдяных сланцев, известна в северной части субпровинции. Эти проявления почти не изучены. Одной из актуальных задач является выявление промышленных залежей каолинов, приуроченных к коре выветривания гранитоидов.

Южноуральская каолиноносная субпровинция - территориально соответтсвует восточному склону Южного Урала и граничит на севере со Среднеуральской, а на юге, примерно на широте поселка Кваркено (Оренбургская область), с Мугоджарской каолиноносной субпровинцией. В ее пределах выделяется две основные геоморфологические зоны: Зауральский пенеплен, с хорошо сохранившимися корами выветривания (51,7%) и отпрепарированный Зауральский пенеплен (южная стабильная часть), где корами выветривания покрыто 61% территории. Зона приподнятого Зауральского пенеплена, прослеживающаяся вдоль западной части субпровинции, в отношении каолиноносности мало перспективна, так как здесь коры выветривания имеют ограниченное развитие (11,7%).

В пределах Южноуральской каолиноносной субпровинции выделяются: Кыштымский, Челябинский, Чебаркульский, Джабык-Карагайский и Кочкарский каолиноносные районы.

Кыштымский каолиноносный район представлен Кыштымским месторождением, приуроченным к коре выветривания инжекционных гнейсов. Геологоразведочными работами оконтурено несколько залежей элювиальных каолинов, среди которых наиболее крупными являются: Центральная, Западная и Южная. Геологическое строение домезозойского фундамента на месторождении довольно сложное и характеризуется чередованием лейкократовых и меланократовых (биотитовых, биотито-амфиболовых) гнейсов с амфиболитами и сланцами. Этот гнейсо-амфиболитовый комплекс пронизан многочисленными мелкими телами аплитов, гранито-порфиров, пегматитов и кварцевыми жилами. Очевидно, такое петрографическое разнообразие исходных пород не могло не сказаться на качестве кыштымских каолинов, представленных продуктами их выветривания. В связи с этим в пределах одной залежи отмечается непрерывное чередование высококачественных светлоокрашенных каолинов, возникших за счет каолинизации маложелезистых существенно полевошпатовых пород (лейкократовых гнейсов, аплитов, пегматитов) с низкокачественными каолинами по биотито-амфиболовым, биотитовым гнейсам и амфиболитам, характеризующимся относительно высоким содержанием красящих оксидов.

Наряду с каолинитами, глинистая фракция которых почти полностью представлена каолинитом, встречаются разности с повышенным содержанием слюд (до 40%). Такое разнообразие в вещественном составе кыштымских каолинов отрицательно сказывается на качестве сырья.

Каолины Кыштымского месторождения залегают непосредственно под почвенным слоем мощностью до 2 м. Различают четыре основные литологические разности каолина: белый с сероватым или желтоватым оттенком; зеленовато-серый жирный; зеленовато-серый песчанистый; зеленый, встречающийся в основном в виде примесей к белому. Зеленоватые разности отличаются от белых повышенным содержанием Fe2O3. Наибольшее содержание Al2O3 характерно для зеленой разновидности. Основным типом каолина месторождения является белая разновидность.

По минеральному составу кыштымский каолин-сырец представляет собой сильно песчанистую гидрослюдисто-каолинитовую массу светло-желтого цвета, состоящую в основном из каолинита, кварца, мусковита и гидроксидов железа.

В ничтожном количестве в каолине присутствуют: тремолит, биотит, хлорит, гранат, карбонаты, турмалин, корунд и рутил. Кварц встречается как в виде кусков гальки (3-5 см), так и в виде мелких зерен размером от 2-3 мм до 10-15 мкм. Минеральный состав некоторых проб кыштымского каолина приведен в табл. 3.4.

Таблица 3.4.

Минеральный состав некоторых проб кыштымского каолина, мас. %

Наименование образца	Каолинит	Кварц	Гидрослюда	Показатель преломления тонкой фракции	Фракция 0,05 мм
1	95,0	3,0	2,0	1,561-1,516	каолинит
2	94,0	1,0	5,5	1,559-1,562	гидрослюда, кварц, карбонат, биотит
3	95,0	единичные зерна	5,0	1,556-1,560	единичные зерна

По минеральному составу все пробы аналогичны. Проба 2 отличается большой крупностью частиц каолинита во фракции 0,05 мм. Червообразные срастания частиц здесь редки, преобладают крупные листочки. Глинистые минералы состоят из смеси каолинита и гидрослюды. Каолинит состоит из частиц в виде крупных, слабо двупреломляющих листочков и чешуек сноповидной и веерообразной формы и волокнистых скоплений.

Гидроксиды железа встречаются в виде тончайших пленок на кварце и пигментируют другие минералы, входящие в состав каолинитовой массы. Примерное содержание минералов в каолине - сырце: кварца - 50%, глинистых минералов - 37%, мусковита - 10,5%, гидроксидов железа - 1,0%, прочих - 1,5%.

Гранулометрический состав некоторых проб кыштымского каолина приведен в табл. 3.5.

Таблица 3.5.

Гранулометрический состав проб кыштымского каолина

Проба	Содержание частиц в %, при размерах их в мм (диспергатор - пирофосфат натрия)
	Более 0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	Менее 0,001
1	5,43	19,96	15,53	23,97	35,11
2	2,84	17,83	17,37	31,75	30,21
3	5,86	23,02	15,04	29,28	26,80

Минеральный состав фракций кыштымского каолина приведен в табл. 3.6.

Таблица 3.6.

Минеральный состав фракций кыштымского каолина

Состав фракций, мкм
Более 60		5 - 10		1 - 5		Менее 1
каолинит	примеси	каолинит	примеси	каолинит	примеси	каолинит	примеси
Крупные листочки и чешуйки (1,566)	Слюда (1,581), кварц, рудные примеси: гранат, турмалин, рутил, карбонаты	Кристаллические, образующие сноповидные и веерообразные скопления	Гидрослюда (1,575)	Агрегаты каолинита и чешуйки	Не опреде- ляются	Войлокоподобные скопления (1,554)	Не опреде- лялось

Анализ табличных данных кристалличности каолинов различных месторождений (табл. 3.7) показывает, что каолины Кыштымского месторождения имеют менее совершенную структуру, чем украинские (Просяновского и Глуховецкого месторождений). Химический состав кыштымских каолинов близок к украинским (табл. 3.8).

Таблица 3.7.

Химический состав каолинов важнейших месторождений Российской Федерации и стран СНГ

Месторождение	Содержание оксидов, %
	SiO2	Al2O3 + TiO2	Fe2O3	CaO	MgO	щелочи	ППП
Глуховецкое Сырец Обогащенный	65,32-69,60 46,09-47,87	22,4-27,32 37,45-39,26	22-0,52 0,32-0,95	0,32-0,45 0,13-0,50	Сл 0,0-0,22	0,14-0,23 сл-0,15	7,88-7,82 13,26-13,7
Просяновское Сырец Обогащенный	65,0-69,7 46,07-46,85	21,82-26,8 37,92-39,87	0,84-1 0,30-0,73	0,40-0,73 0,15-0,56	0,08-0,28 -	0,3-1,09 -	4,90-7,94 13,34-13,97
Майдан-Вильское Сырец Обогащенный	8,0-76,0 44,82-46,37	15,0-27,0 33,85-36,84	0,5-0,4 1,72-2,99	- 0,70-2,0	- 0,22-0,32	- 0,38-1,05	5,8 13,2-13,73
Положское Сырец Обогащенный	50,35-52,71 45,72-48,78	31,16-33,6 34,4-38,04	0,83-1,32 0,71-1,45	0,40-0,60 0,5-0,55	0,09-0,14 0,11-0,28	0,26-0,42 0,32-0,52	11,76-15,02 13,02-13,67
Белая Балка Обогащенный	47,26-47,88	37,65-38,67	0,11-1,5	0,15-0,55	Сл-0,20	-	12,48-13,58
Дубровское Сырец Обогащенный	58,01-76,64 46,54-49,5	8,98-27,73 35,8-36,48	0,40-0,96 0,63-1,19	0,10-1,20 0,0-0,86	0,07-0,94 0,0-0,86	0,95-9,65 1,54-2,41	2,13-6,93 10,33-13,34
Алексеевское Сырец Обогащенный	69,8-71,53 46,7-48,92	18,4-21,36 37,2-37,86	0,71-1,75 0,95-1,13	Сл-0,19 0,10-0,39	0,32-0,57 0,03-0,10	0,72-1,12 1,62-2,33	6,73-6,85 11,48-12,51
Чалганское Сырец Обогащенный	78,85-78,95 50,0-55,0	12,9-13,78 31,35-34,45	0,32-0,40 0,6-0,8	- 0,0-0,5	- -	2,37-2,53 1,21-3,42	4,23-3,95 9,0-11,0
Новоселицкое Вторичный Вторичный	44,09-45,88 39,88	37,05-44,0 40,55	0,25-0,84 0,55	0,35-0,43 0,40	- 0,61	- -	13,85-14,39 16,78
Ангренское Сырец первичный Сырец вторичный первичный вторичный	61,7 60,9 46,5 47,0	22,26 24,3 37,0 36,7	4,16 2,2 0,9 1,32	0,63 0,39 0,63 0,70		0,50 - 1,51 1,49	9,32 11,7 11,6 13,2
Кыштымское Сырец Обогащенный	69,0-73,5 46,0-49,6	18,62-21,77 36,1-38,5	0,4-1,1 0,5-1,03	0,24-0,65 0,1-0,58	0,2-1,5 0,2-0,76	Сл-1,11 0,39-0,6	6,9-8,2 12,2-13,71
Журавлиный лог Сырец Обогащенный	63,9-69,7 46,5-49,19	19,8-24,9 35,3-38,6	0,05-0,7 0,4-1,04	0,39-1,12 0,41-1,05	0,1-0,58 0,10-0,8	0,42-3,3 0,42-2,2	5,9-9,8 12,0-18,6

Качество кыштымских каолинов на различных участках месторождения неоднородно, как по гранулометрическому, так и по минеральному составу. Однако переход производства на гидроциклонное обогащение позволил значительно повысить качество каолина. Содержание механических примесей в кыштымском каолине колеблется в пределах 1-3%, содержание свободного кварца в некоторых партиях каолина достигает 4,7%.

Таблица 3.8.

Кристалличность некоторых каолинов Урала

Месторождение	Количество проанализированных		Изменения значений индекса “кристалличности” К (по Хинкли)	Пределы изменений показателей кристалличности по Джонсу - Сюррею
	проб	фракций
Кыштымское	1	1	0,96	0,4
Еленинское	1	1	1,19	0,5
Журавлиный лог	4	4	0,83	0,7
Просяновское	27	27	1,68-1,40	-
Глуховецкое	2	6	1,68-1,65	-

Несмотря на значительное количество красящих оксидов (от 0,47 до 1,5%, в среднем 0,86%), кыштымские каолины широко применяются в химической промышленности, главным образом, в производстве хлористого алюминия, а также служат ценным сырьем для производства электротехнического фарфора, строительной керамики. В сыром виде каолины используют в огнеупорном производстве. Каолин Кыштымского месторождения на протяжении длительного времени изучали в НИИФ, НИИЭК, НИИСтройкерамика, Уралмеханобр, в производственных условиях многих керамических предприятий.

Технологические и керамические свойства кыштымских каолинов приведены в табл. 3.9 - 3.13.

Состав растворимых солей и поглощенных оснований, содержащихся в кыштымском каолине (в мг-экв. на 100 г), приведен в табл. 3.14.

Кроме приведенных данных, необходимо обратить внимание на отношение кыштымских каолинов к воде. При взбалтывании каолина-сырца с достаточным количеством воды не образуется устойчивой суспензии. Песок сразу же выпадает из нее плотным осадком на дно, так что отделение глинистой части пропусканием через сито невозможно. Образовавшаяся муть может быть сразу же слита; при стоянии ее, оседание твердых частиц также происходит очень быстро и жидкость осветляется через два - три часа. Воздушно-сухой каолин свободно впитывает воду, образуя малопластичную массу, причем влага легко распределяется по всей массе равномерно. Так же легко происходит и отдача воды каолином при сушке без деформации.

Таблица 3.9.

Технологические свойства кыштымского каолина

Показатели	Значения
Емкость катионного обмена, г/моль × 10^3	16,3
Порог структурообразования, г/см3	1,2-1,355
Связующая способность	низкая
Полное водосодержание, %	24,6-32,6
Водозатворяемость, %	32,6-48,5
Зыбкость, мм	8,12-10,25
Концентрация водородных ионов в водной вытяжке рH	8,5
Способность к формованию	хорошая
Отношение к сушке при 110°С	Образцы быстро высыхают, деформация не регистрируется
Гранулометрический состав, % менее 5 мкм менее 1 мкм менее 20мкм	99,33 - -
Остаток на сите, % №02 №0056	0,02-0,15 0,8-2,5
Температура спекания, °С	1400 - 1450
Огнеупорность, °С	1690 - 1730
Белизна, %	82

Таблица 3.10.

Керамические свойства кыштымского каолина

Проба	Влажность, %	Воздушная усадка, %	Общая усадка в % после обжига при температуре, °С			Водопоглощение в % после обжига при температуре, °С
			1320	1350	1380	1320	1350	1380
1	33,2	6,2	15,8	17,7	18,0	13,3	10,4	8,8
2	32,5	4,7	15,2	16,4	17,0	13,1	10,3	8,9
3	32,8	4,5	13,0	15,2	15,2	15,0	11,3	10,3

Таблица 3.11.

Предел прочности при изгибе кыштымского каолина

Проба	Высушенных и обожженных образцов, МПа
	Воздушно-сухие	110°С	1300°С	1350°С	1380°С
1	4,4	7,4	80,0	85,0	90,0
2	1,2	2,8	68,0	72,0	-
3	1,9	4,4	60,8	73,0	84,5

Таблица 3.12.

Спекаемость кыштымского каолина

Свойства	Температура обжига, °С
	1150	1200	1250	1300
Водопоглощение, %	23,9	20,0	18,8	15,8
Плотность, г/см3	1,63	1,7	1,77	1,89

Таблица 3.13.

Усадка и водопоглощение кыштымского каолина

Состояние черепка	Каолин сырец, среднее значение		Каолин обогащенный, среднее значение
	Усадка, %	Водопоглощение, %	Усадка, %	Водопоглощение, %
После сушки при 110°С	2,0	-	2,2	-
После обжига при 900°С 1000°С 1100°С 1200°С 1280°С 1350°С 1480°С	2,8 3,2 4,8 6,1 6,5 7,2 9,5	35,0 30,6 28,7 26,1 34,8 22,0 18,5	3,6 4,1 6,1 8,1 9,3 9,7 12,9	31,7 30,4 28,2 25,9 23,7 22,9 18,9

Таблица 3.14.

Состав растворимых солей и поглощенных оснований в кыштымском каолине

Содержание, мг-экв на 100 г глины
Ca2+	Mg2+	К+	Na+	ОH-	Cl-	SO2-4
0,92	0,08	0,12	1,42	0,5	1,4	0,51

Отмученные каолины по составу приближаются к теоретическому каолиниту. Однако, в обогащенном каолине присутствуют включения железистого характера, которые вызывают при обжиге окраску материала в грязноватые тона и появление мелкой темной мушки. Кроме того, следует отметить, что из обогащенного каолина выщелачиваются водой окрашенные в желтый цвет минеральные соли, предположительно соединения хрома, ванадия и т.п., которые при прокаливании приобретают интенсивные зеленоватые тона.

Следует также отметить, что некоторые пробы каолина труднее разжижаются общепринятыми электролитами (сода, жидкое стекло), чем просяновского и глуховецкого. Фаянсовые шликеры на основе кыштымского каолина требуют повышенной влажности (до 37%), на фарфоровых шликерах подобного не наблюдалось. По формовочно-сушильным свойствам кыштымский каолин значительно лучше украинских, он характеризуется также высокой скоростью фильтрации, большой воздушной усадкой и значительно большей механической прочностью на изгиб в воздушно-сухом состоянии.

На дифференциальных кривых кыштымского каолина отчетливо выделяются характерные для каолина тепловые эффекты. Первый эндотермический эффект при 120-125°С связан с удалением адсорбированной воды, второй эндотермический эффект при 545-625°С вызван дегидратацией каолинита.

Первый экзотермический эффект при 910-920°С связан с кристаллизацией муллита, которая протекает с большой скоростью, в интервале температур 1150-1180°С наблюдается сравнительно небольшой второй экзотермический эффект, связанный с кристаллизацией аморфной кремниевой кислоты, остаточной от окончательной кристаллизации муллита.

Кривая усадки имеет характерный для каолинита ступенчатый характер; примерно до 500°С на ней не отмечаются заметные изменения, затем фиксируется переменный рост и торможение усадки; эндотермическому эффекту соответствует рост усадки, по окончании которого усадка замедляется. Началу экзотермического образования кристаллов муллита предшествует рост усадки; в прцессе экзотермического эффекта отмечается торможение усадки. Выше 1100 - 1225°С наблюдается резкий рост усадки, достигающий 15-20%. Кривая изменения массы подтверждает связь второго эндотермического эффекта с дегидратацией каолинита, так как в это время происходит основная потеря массы (с 1 до 12,5%). Результаты химико-минерального и технологического исследования кыштымских каолинов позволяют отметить, что российская керамическая промышленность может успешно использовать в производстве кыштымский каолин.

Челябинский каолиноносный район ограничен площадью развития гранитоидов Челябинского массива. В пределах района зарегистрировано несколько месторождений и проявлений каолинов. Самым крупным и наиболее изученным является Полетаевское месторождение, расположенное в 4,5 км к северо-западу от ст. Полетаево-1 и 20 км западнее г. Челябинска. Геологоразведочными работами выявлены три основных каолиноносных участка - Западный, Центральный, Южный, в пределах которых оконтурено 29 залежей элювиальных каолинов с общими запасами по категориям А+В+С1 - 14,9 млн. тонн.

Залежи промышленных каолинов, как правило, имеют неправильную, но более или менее изометричную форму в плане и сравнительно небольшие размеры (не более 0,5 км2), мощности залежей промышленных каолинов редко превышают 30-35 м. Разведанные участки представлены в основном каолинами, образованными при выветривании крупнозернистых биотитовых порфировидных гранитов, а также каолинами, расположенными по средним и мелкозернистым лейкократовым гранитам, мусковитам и двуслюдяным гранитам, которые в общем балансе запасов месторождения имеют второстепенное значение.

Результаты гранулометрического анализа Полетаевского месторождения следующие: более 5 мм - 5,25%; 5-3 мм - 6,90%; 3-1 мм - 7,20%; 1-0,5 мм - 8,30%; 0,5-0,25 мм - 6,35%; 0,25-0,06 мм - 6,50%; менее 0,06 мм - 59,50%. Относительно высокое содержание грубых фракций обусловлено присутствием крупнозернистого кварца. В глинистой фракции обычно преобладает каолинит (до 70-80%) с примесью галлуазита, в подчиненных количествах присутствуют слюда (5-15%) и кварц (10%), реже встречаются разности каолинов с повышенным содержанием слюды до 30-40% (спекающиеся каолины).

Изучение вещественного состава и технологических свойств каолина Полетаевского месторождения позволило выделить три основных типа.

1. Неспекающиеся каолины (НСП), продукт обогащения образует белый материал с водопоглощением 3%, линейная усадка которого составляет 7,5%; в составе глинистой фракции таких каолинов преобладает каолинит; содержание щелочей невысокое.

2. Неспекающиеся окварцованные каолины (НСО) почти не отличаются от неспекающихся, но содержат много тонкодисперсного кварца, линейная усадка составляет 7,5%.

3. Спекающиеся каолины (СП), после обжига образуют окрашенный материал, водопоглощение которого 3%; в минеральном составе содержание глинистой составляющей, представленной слюдистыми минералами, 30-40%.

Средний химический состав полетаевских каолинов приведен в табл. 3.15.

В общем объеме запасов Полетаевского месторождения неспекающиеся каолины оставляют 96,25%, спекающиеся имеют второстепенное значение. Каолины Полетаевского месторождения можно отнести к категории неспекающегося сырья. Полетаевский каолин (НСП) представляет собой ценное сырье для огнеупорной промышленности.

Таблица 3.15.

Средний химический состав полетаевских каолинов

Марка каолина	Содержание оксидов, %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	TiO2	CaO	MgO	К2О	Na2О	SO3	ППП
Каолин сырец НСП СП НСО	66,88 68,08 67,36	22,86 22,26 23,02	1,00 1,34 0,97	0,28 0,31 024	012 0,20 0,02	0,25 0,66 0,42	1,19 2,88 0,93	0,07 0,09 0,05	0,07 0,05 0,05	7,18 6,34 7,59
Обогащенный НСП СП НСО	47,96 48,97 53,31	36,05 33,72 31,53	1,27 1,78 1,53	0,61 0,60 0,61	0,21 0,12 0,07	0,45 0,85 0,25	1,74 3,02 0,83	- - -	0,05 0,05 0,05	11,77 10,55 9,61

Окварцованные неспекающиеся разности можно использовать только в виде сырца совместно с неспекающимся каолином (НСП).

Спекающиеся каолины рассматриваются как некондиционные.

Результаты технологических испытаний каолинов Полетаевского месторождения приведены в табл. 3.16.

Таблица 3.16.

Технологические свойства полетаевских каолинов

Показатели	НСП неспекающиеся	СП спекающиеся
Водопоглощение: при температуре обжига 1350ºС, % при температуре обжига 1450ºС, %	7,95 5,11	0,97 0,82
Общая линейная усадка при 1350ºС, % при 1450ºС, %	9,39 10,27	14,5 -
Белизна, %: высушенного каолина при 110ºС, % обожженного при 1350ºС, % обожженного при 1450ºС, %	87,0 89,9 83,9	84,1 68,4 65,2
Огнеупорность, ºС	1760	1670-1720
Температура спекания, ºС	1500	1270-1350
Полное водосодержение водозатворенной массы, %	27,6-38,5	24,4-28,4
Связность, МПа	4,1	-
Плотность каолина сырца, г/см3	1,76	-

Каолины Полетаевского месторождения в естественном виде относятся к полукислому сырью с высоким содержанием крупнозернистого кварца. Примеси Fe2O3, придающие окраску каолину, содержатся в тонкодисперсной части породы в количествах, препятствующих применению каолина в тонкой керамике и в бумажной промышленности. Однако предварительные опробования каолина в составах керамических масс дали положительный результат.

Каолин является грубодисперсным, сумма фракций менее 5 мкм составляет 57,1%, по зерновому составу он сходен с еленинским каолином. Имеет низкую пластичность и связность. При сушке полетаевского каолина в сушильном барабане до кондиционной влажности необходима более низкая температура (700-800°С), чем для кыштымского каолина (900°С).

Несмотря на значительные примеси щелочей (К2О, Na2О), достигающие 3-6%, обогащенные каолины относятся к высокоспекающимся, температура спекания составляет 1500°С, что, по-видимому, обусловлено их грубой дисперсностью. Обожженные образцы представлены материалом белого цвета с редкой мелкой мушкой; с повышением температуры обжига количество и размер мушек увеличивается.

Свойства обожженных образцов каолина приведены в табл. 3.17.

Таблица 3.17.

Свойства обожженных образцов каолина

Температура обжига, °С	Усадка, %		Водопоглощение, %	Плотность, г/см3
	общая	огневая
1300	9,0	2,0	16,9	1,83
1400	14,5	7,3	13,5	1,95
1500	15,0	8,4	6,6	2,13
1600	16,8	10,5	0,9	2,14

Значительные запасы, близость железной дороги и предприятий металлургической промышленности, благоприятные горно-технические условия ставят это месторождение в число перспективных для обеспечения качественным сырьем огнеупорных предприятий Южного Урала.

С корой выветривания гранодиоритов и диоритов Челябинского массива связаны Заварухинское, Шагальское, Першинское и другие месторождения и проявления. Они, как правило, характеризуются более низким качеством сырья.

Чебаркульский каолиноносный район расположен восточнее г. Чебаркуля и представлен большим числом мелких залежей элювиальных каолинов, связанных с корой выветривания кристаллических сланцев. Наиболее крупными являются Барановская, Симоновская, Чебаркульская, Мельковская, Угловская, Травниковская залежи. Эти каолины известны очень давно, они послужили сырьем для первых образцов русского фарфора. Позднее их использовали в производстве огнеупоров для местных металлургических заводов. Из-за небольших размеров, не выдержанного качества сырья и нерентабельности эксплуатации разработка месторождений прекращена.

Джабык - Карагайский каолиноносный район занимает территорию примерно соответствующую площади одноименного гранитного массива. Кора выветривания здесь развита преимущественно по периферии: обычно присутствуют ее линейные фрагменты. Площадное развитие коры выветривания наблюдается лишь в зоне контакта Джабык - Карагайского массива с окружающими породами. В центральной части кора выветривания практически отсутствует. Такое кольцеобразное распределение кор выветривания определило размещение каолиновых залежей, главным образом, по периферии массива и особенно вдоль его южного окончания, на котором расположены основные месторождения элювиальных каолинов.

Еленинское месторождение элювиальных каолинов расположено в Карталинском районе Челябинской области, в 10 км южнее ж/д станции Джабык и генетически связано с линейно-трещинной корой выветривания крупнозернистых порфировидных микроклиновых гранитов Джабык - Карагайского массива. Размещение и пространственная ориентация каолиновых залежей контролируется зоной тектонических нарушений субширотного простирания, прослеженной на 20км. Все каолиновые залежи имеют вытянутую форму и ориентированы в субширотном направлении. Эксплуатируемая залежь имеет длину 1000 м, ширину не более 200-250 м и подразделена на два участка: Западный и Восточный, мощность пластов каолина равна соответственно 60 и 90 м и уменьшается до 6 м между участками.

Западный участок характеризуется более или менее симметричным поперечным строением; Восточному свойственна асимметричность (южный борт пологий, северный - крутой). В профиле выветривания на месторождении довольно отчетливо выделяются три зоны: 1) дресвы (не более 5 м); 2) щелочных каолинов (10-15 м); 3) собственно каолинов, мощность залежи которых в центре залежи местами превышает 90 м.

Вещественный состав еленинских каолинов изменяется с глубиной и к бортам каолиновой залежи. Так, в центральной части залежи в минеральном составе каолинов преобладает каолинит (до 70%), 29% приходится на долю кварца и слюды и около 1% составляет полевой шпат. С глубиной и у периферии залежи содержание полевого шпата заметно увеличивается, соответственно уменьшается содержание каолинита (до 50%). Щелочные каолины характеризуются высоким содержанием полевого шпата, очень часто отмечаются крупные реликтовые кристаллы микроклина (3-5 см). Пофракционный минеральный анализ показывает, что кварц и полевой шпат присутствуют в основном в крупной фракции (более 0,056 мм), тонкая фракция представлена каолинитом. Слюда отмечается почти во всех фракциях, но ее содержание редко достигает 10%.

По результатам технологических испытаний на месторождении выделены неспекающиеся (75%) и спекающиеся (25%) каолины. В неспекающихся каолинах содержание полевого шпата очень незначительно, в спекающихся - 10-15%.

Химический состав еленинских каолинов приведен в табл. 3.18.

Таблица 3.18.

Химический состав еленинского каолина

Вид каолина	Содержание оксидов, %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	ТiО2	CaO	MgO	К2O	Na2О	ППП
Каолин сырец	60,1-70,6	20,3-27,2	0,36-1,31	-	0,24-0,27	сл - 0,17	0,59	0,75	7,5-9,6
Обога-щенный	47,24	36,81	0,60	0,92	0,25	5,10	0,41	-	13,23

Каолины состоят преимущественно из каолинита (30-60%), зерен кварца (до 40%), частично содержат разложившиеся зерна полевого шпата (1-10%), гидрослюду (1-5%), чешуйки слюды.

Минеральный и химический состав всех разновидностей каолинов очень близок. Только цветные каолины отличаются повышенным содержанием гидроксидов железа (от 2,0 до 8,3%), тогда как белые и слабоокрашенные каолины содержат их менее 2% . В обогащенном каолине содержание Al2O3 довольно высокое (до 38,6%).

Гранулометрический состав обогащенного каолина приведен в табл. 3.19.

Показатель кристалличности каолина Еленинского месторождения позволяет отметить менее совершенную структуру, по сравнению с украинскими (коэффициент кристалличности по Хинкли - 1,19%). Реологические свойства каолинов показали, что их можно использовать в производстве тонкой керамики (бытовой фарфор, строительная керамика). Результаты исследования этих свойств приведены в табл. 3.20.

Таблица 3.19.

Гранулометрический состав обогащенного каолина

Содержание частиц в %, при размерах их в мм
Более 0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	Менее 0,001
10,39	34,69	16,37	21,66	16,99

Таблица 3.20.

Реологические свойства каолина

№ проб	Показатель упругости, г/см3	Порог структурообразования, г/см3	Группа каолина	Текучесть, с		Коэффициент загустеваемости
				Через 30 с	Через 30 мин
1	0,218	1,24	II	4,2	5,2	1,238
2	0,285	1,3		2,8	3,0	1,07
3	-	-		3,8	4,4	1,158

При влажности шликера 35,4% литейные свойства шликера удовлетворительные. Качество отливок значительно лучше, чем при влажности шликера 38% и при использовании в качестве электролита танната (сода + дубитель) в количестве 0,3%.

Результаты керамических испытаний обогащенного каолина приведены в табл. 3.21.

Таблица 3.21.

Керамические свойства каолинов Еленинского месторождения

Проба	Порог структуро- образования, г/см3	pH	Остаток на сите № 0056, %	Влажность, %	Воздушная усадка , %	Общая усадка, %, после обжига при температуре, ºС		Водопоглощение, %, после обжига при температуре, ºС		Предел прочности при изгибе высушенных образцов и обожженных при температуре, ºС, МПа
						1350	1380	1350	1380	Воздушно- сухие	110	1350	1380
Высший сорт	1,31	5,4-5,8	1,47	25,9	2,8	11,1	12,8	19,4	16,8	0,17	0,6	23,0	25,0

Керамические испытания обогащенного каолина Еленинского месторождения, обожженного до 1450ºС, дали следующие результаты: водопоглощение (9,36%); общая линейная усадка (9,66%); белизна (91,3%); материал без мушек и выплавок, огнеупорность 1700ºС и выше.

В настоящее время Новокаолиновый комбинат выпускает каолин марки КББ (ТУ5729-002-05494310-95), основные физико-механические параметры которого приведены в табл. 3.22.

Таблица 3.22.

Физико-механические параметры каолина

Праметры	Норма для марок
	КББ - 80	КББ - 78	КББ - 75
Белизна, %	80	78	75
Массовая доля остатка, %, не более, на сите № 02 № 009	- 0,1	0,01 0,2	0,02 0,3
Массовая доля влаги, %	8 - 14	8 - 14	8 - 14
Массовая доля, %, не менее, частиц размером менее 20 мкм менее 5 мкм	90 65	85 60	85 60

Еленинские каолины широко применяются в различных отраслях промышленности: резинотехнической, химической, огнеупорной и др. Месторождение не получило комплексной оценки, не выяснены возможности применения еленинских каолинов в тонкокерамическом производстве. Не изучены щелочные каолины, присутствие которых на месторождении установлено.

Чекмакульское месторождение расположено в 4 км от ж/д разъезда №46 и в 5 км восточнее Еленинского месторождения. Каолиновая залежь приурочена к зоне тектонического нарушения в гранитах Джабык - Карагайского массива. Морфология и технологические свойства каолинов Чекмакульского месторождения мало отличаются от каолинов Еленинского месторождения. Результаты технологических испытаний приведены в табл. 3.23.

Месторождение в настоящее время не эксплуатируется и числится как резервная залежь Еленинского месторождения.

Продолжение

uralgidrogeo@narod.ru