Экомониторинг, Уралгидроэкспедиция, Уралнедра

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

КВАРЦЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ УРАЛА

Кварцевыми материалами называют природные материалы, которые в основном состоят из кремнезема (SiO2).

Кварцевые материалы играют важную роль как отощающие компоненты в керамических массах, как составная часть полукислых огнеупорных изделий, как компонент, обеспечивающий протекание необходимых физико-химических превращений в керамике при обжиге (фарфор, фаянс). Наконец, кварцевые материалы являются сырьем для производства огнеупорного кислого кирпича - динаса (изготавливают главным образом из кварцитов), для производства строительного силикатного (известково-песчаного) кирпича. В глазурях кремнезем служит основным стеклообразующим компонентом. Кремнезем (SiO2) является главной составной частью большинства промышленных стекол. Он встречается в природе в различных формах: в кристаллической (кварц), скрытокристаллической (халцедон, агат, яшма) и аморфной (опал, трепел, диатомит, маршаллит).

Кварц - одна из разновидностей диоксида кремния или кремнезема, которая наиболее широко встречается в природе и находит большое применение в керамической, стекольной и огнеупорной промышленности. В природе кварц распространен в виде β-кварца. По внешнему виду представляет собой шестигранные пирамиды. Чистая разновидность кварца называется горным хрусталем. Наличие в кварце красящих веществ придает ему ту или иную окраску. Так, кварц, окрашенный марганцевыми соединениями в лиловый цвет, называется аметистом, темноокрашенный - дымчатым топазом.

Кварц является твердым минералом. Его твердость по шкале твердости равна 7. Плотность кварца - 2,65 г/см3, обладает двойным лучепреломлением и используется в различных оптических приборах. В радиотехнике кристаллы кварца применяют в качестве стабилизатора частоты. Кварц прозрачен для ультрафиолетовых лучей. Он не взаимодействует с кислотами, за исключением фтористоводородной кислоты. Поддается влиянию щелочей. Разновидностью кварца является минерал халцедон, имеющий волокнисто-кристаллическое строение. Разновидности халцедона - агат, кремень, сердолик и «окаменелое дерево».

В природе наряду с кварцем встречаются другие модификации кремнезема: γ-тридимит и β-кристобалит. Ввиду ограниченности их распространения в качестве сырья для керамической промышленности они не применяются. Встречающиеся в природе кристаллические модификации кремнезема при нагревании претерпевают полиморфные превращения.

Последовательность фазовых переходов в системе SiO2 представляют следующим образом :

	870ºС		1470ºС		1728ºС
α - кварц	↔	α- тридимит	↔	α- кристобалит	↔	расплав
↓ ↑ 573ºС		↓ ↑ 163ºС		↓ ↑ 230ºС
β - кварц		β - тридимит		β - кристобалит
		↓ ↑ 117ºС
		γ - тридимит

Для керамики важным является как наличие той или иной модификации в изделии, так и те объемные эффекты, которые сопровождают указанные превращения. Кривая обжига должна быть построена так, чтобы эти превращения происходили медленно, в противном случае они вызовут разрыв черепка изделия.

Кварцевые пески - зернистый материал с размером частиц от 0,05 до 3 мм, образуется при разрушении кварцсодержащих пород. Обычно кварцевые пески содержат в своем составе различные примеси: оксиды железа, глинистые материалы, полевые шпаты, карбонаты и другие. Примеси придают песку окраску от желтого до красно-бурого цвета. Чистые кварцевые пески содержат до 99% кремнезема. Кварцевые пески применяют в качестве одного из компонентов некоторых керамических масс, глазурей, а также для изготовления комбинированных добавок - флюсов, способствующих снижению температуры спекания керамических материалов из высокоогнеупорных оксидов, в частности из оксида алюминия.

Водные разновидности кремнезема - к ним относятся природные и искусственные гидраты кремнезема с общей формулой mSiO2×nH2О, где m и n - целые числа. Природные разновидности кремнезема представлены опалом, опокой, трепелом, диатомитом и инфузоритами, они различаются по составу, структуре, плотности и прочности. Характерная их особенность состоит в наличии в них некоторого количества активного кремнезема, способного взаимодействовать с другими веществами при обычной температуре. Это обстоятельство позволяет использовать гидраты кремнезема для производства пуццоланового цемента. В керамической промышленности их можно применять в качестве компонентов для приготовления глазурей и в качестве заменителей кварца в составах керамических масс.

Диатомит состоит преимущественно из микроскопических кремниевых полых внутри панцирей одноклеточных диатомитовых водорослей. В диатомитовой породе присутствуют глинистое и опаловое вещества, зерна кварца, полевого шпата, гипса и иногда глауконита. Плотность диатомита 0,2-0,25 т/м3, его используют в производстве пористых и теплоизоляционных изделий.

Трепелы - состоят из тончайших зерен (0,005-0,02 мм) аморфного кремнезема неорганического происхождения, связанного с вулканической деятельностью, они содержат примеси глины, оксидов железа, на ощупь нежны и мало прочны, имеют весьма разнообразную окраску светло-бурых и красных тонов. В промышленности используются в направлениях аналогичных применению диатомитов. Встречаются сланцевидные разновидности. Как и диатомиты, трепелы отличаются малой плотностью 0,22-0,87 т/м3, большим водозатворением 50-80%, благодаря чему обладают низкой теплопроводностью.

Песчаники. К ним относят осадочные горные породы, состоящие из сцементированных зерен песка. В зависимости от состава цементирующего вещества различают известковые, глинистые, слюдяные, кремнистые и прочие песчаники. В огнеупорной промышленности употребляют только кремнистые песчаники, состоящие из более или менее крупных песчинок кварца, сцементированных преимущественно аморфным или кристаллическим кремнеземом. В технике кремнистые песчаники обычно называют кварцитами.

Кварциты - плотные твердые мелкозернистые горные породы, состоящие в основном из зерен кварца. В кварцитах содержится более 97% SiO2, менее 1,6% Al2O3 и менее 0,7% Fe2О3, что соответствует огнеупорности около 1770ºС; в кварцитах, содержащих менее 8,0% Al2O3 и менее 1,5% CaO, огнеупорность около 1750ºС.

Общая пористость наиболее плотных кристаллических кварцитов составляет 0,1-2,5%, плотность 2,65-2,66 г/см3, твердость по Моосу равна 7.

Кремень - представляет собой кристаллическую разновидность кремнезема, встречается в природе в виде кусков различной формы, желваков, натечных образований бурого и серого цветов. После предварительного обжига лучшие сорта кремня применяются в качестве отощителя в производстве тонкой керамики. Кремневую гальку используют в качестве мелющих тел в шаровых мельницах для измельчения керамических масс и глазурей.

Пылевидный кварц (маршаллит) представляет собой природный пылевидный кварцевый материал от серовато-серого до белого цвета, обладающий высокой дисперсностью. Он не является чистым кремнеземом, так как содержит значительное количество оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов. Пылевидный кварц имеет органическое происхождение и состоит из скопления скелетов (панцирей) морских водорослей. Это - рыхлые, землистые, легкие, пористые горные породы, применяющиеся в различных отраслях производства.

При оценке кварцевого сырья существенное значение имеет его чистота. Примеси, встречающиеся в кварцевых материалах, могут быть подразделены на два вида:

- снижающие качество кварцевых материалов, а в случае высокого содержания в сырье исключающие возможность его применения (окрашивающие примеси - оксиды железа, диоксид титана, слюда (биотит), другие железистые силикаты);

- не вызывающие дефектов изделий, например, не загрязненные железом глины и каолины.

Общих технических условий на естественные кварцевые пески не имеется. Основные требования к естественным кварцевым пескам заключаются в их чистоте: содержание SiO2 должно быть не менее 98,5%, оксида железа не более 0,2-0,3%.

Кварцевые пески - основной компонент шихты для всех видов стекольной продукции. Требования к стекольным пескам очень высоки, особенно по химическому составу. ГОСТ 2251-77 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 песков до 0,5%, для необогащенных 7,0%), содержание тяжелой фракции (до 0,05%) и зерновой состав.

На Урале кварцевые материалы распространены в Свердловской, Челябинской, Оренбургской, Пермской, Курганской областях и Республике Башкортостан.

Ниже приводится характеристика месторождений кварцевых материалов Урала.

1. Жильный кварц и кварциты

Наиболее чистые жильные кварцевые материалы расположены в Билимбаевском, Златоустовском и Невьянском районах. Содержание кремнезема составляет 99%, а сумма полуторных оксидов до 0,26%. Жильные кварцы Алапаевского, Кыштымского и Нижне-Салдинского районов сильно ожелезены.

Небольский рудник расположен в Новосалдинском районе Свердловской области, в 8 км на юг от станции Новая Салда. Месторождение представлено пологопадающими кварцевыми жилами, залегающими в слюдисто-хлористых сланцах. Жилы имеют мощность 32 м.

Кварц, образующий жилы, имеет молочно-белый цвет, стекловатый вид.

Химический состав его (%): SiO2 - 94,70-95,78; Al2O3 - 0,77-1,26; Fe2О3 - 0,5-1,85. Запасы по категорям А2+В+С1 составляют 101 тыс. тонн. Кварц годен как сырье для огнеупорных изделий.

Месторождение Гора Хрустальная или Билимбаевское расположено в Первоуральском районе Свердловской области, в 3 км на юг от станции Подволжская. Месторождение сложено линзообразным телом кварцитов, согласно залегающим среди метаморфических сланцев. Кварциты представляют собой породу серого, иногда белого и розового цвета, часто с включениями кристаллов пирита.

Химический состав их (%): SiO2 - 97,24-98,15; Al2O3 - 0,76-1,16; Fe2О3 - 0,57-0,91; СаО - 0,05-0,11. Огнеупорность - 1750-1770ºС.

Марамзинское месторождение расположено в Белоярском районе Свердловской области, в 2 км к юго-западу от станции Марамзино Южноуральской железной дороги.

На месторождении отмечаются три линзообразные кварцитовые жилы мощностью до 10 м. Вмещающими породами являются кварц-серицитовые сланцы, которые с поверхности подверглись выветриванию. Содержание в кварцитах SiO2 - 98,5-99,45%. Запасы по категории С1 20 тыс. тонн, но не утверждены.

Курманское месторождение находится в районе пос. Нижний Уфалей Челябинской области. Месторождение представляет собой пластообразную залежь кварцитов мощностью более 50 м. Кварциты представляют собой плотную, мелкозернистую породу белого и светло-серого цвета.

Химический состав их (%): SiO2 - 96,1; Al2O3 - 2,18; Fe2О3 - 1,21; СаО - 0,16; MgO - 0,11. Запасы утверждены по категориям А2+В+С1 в количестве 1320 тыс. тонн.

Баевское месторождение расположено в Багарякском районе Челябинской области, в 1,5 км на северо-запад от села Баевка и в 30 км на северо-запад от станции Багаряк Южноуральской железной дороги.

Кварц обладает молочно-белым цветом. Содержание в жилах SiO2 - 98,92%. На месторождении прослежена жила на расстоянии 60 м, мощностью 6,5-2,2 м.

Химический состав кварца в этой жиле (%): SiO2 - 99,6; Al2O3 - 0,4; Fe2О3 - 0,11; СаО - следы; MgO - следы. Запасы, составляющие 44 тыс. тонн, не утверждены.

Поимское месторождение расположено в Ново-Покровском районе Оренбургской области, в 5 км к западу от поселка Поим, в 30 км к северо-западу от станции Сара и в 35 км от г. Медногорска. Месторождение приурочено к западной части полосы кристаллических пород. Кварциты залегают в виде пласта в толще сланцев. Мощность пласта 100-200 м. Среди кварцитов преобладают массивные и груборассланцованные разности, затронутые выщелачиванием, местами превращенные в кварцевую сыпучку. В толще отмечаются прожилки кварца, прослойки филлитов и хлорито-серицито-глинистых сланцев. Мощность таких прослоек не менее 2 м, но местами достигает 10-15 м.

Химический состав кварцитов (%): SiO2 - 93,48-96,6; Al2O3 - 0,7; Fe2О3 - 1,4; СаО - 0,1; MgO - 0,3. Запасы утверждены по категориям В+С1 в количестве 26058 тыс. тонн.

Баженовское месторождение расположено в Свердловской области, в районе железнодорожной станции Асбест. Месторорождение сложено жилами кварца.

Химический состав кварца (%): SiO2 - 98,8; Al2O3 - 0,77; Fe2О3 - 0,09; СаО - 0,01; MgO - 0,22; ППП - 0,02.

Месторождение «Волчья шишка» расположено в 6 км к юго-западу от станции Катав-Ивановск. Месторождение сложено кварцитом кристаллическим массивным.

Химический состав кварца в этой жиле (%): SiO2 - 96,19-96,67; Al2O3 - 0,89-1,45; Fe2О3 - 1,77; СаО - 0,22-0,33; MgO - 0,32-0,33.

Месторождение Буландихинское расположено в Саткинском районе Челябинской области в 1,5 км к юго-востоку от станции Бакал Южноуральской железной дороги. Месторождение сложено кварцитом кристаллическим массивным.

Химический состав (%): SiO2 - 97,44; Al2O3 - 1,15; Fe2О3 - 1,29; СаО - 0,08; MgO - 0,16. Запасы составляют 44 тыс. тонн, не утверждены.

Месторождение Бобровское-Левобережное расположено в Троицком районе Челябинской области, на восточной окраине пос. Бобровского. Месторождение сложено кварцитом кристаллическим массивным.

Химический состав кварца (%): SiO2 - 94,52-99,23; Al2O3 - 0,15-2,33; Fe2О3 - 0,06-0,79; среднее значение SiO2 - 97,77; Al2O3 - 0,82; Fe2О3 - 0,30.

Мурунское месторождение расположено в 2-3 км от станции Сатра узкоколейной железной дороги Белорецк-Тукан, на территории Республики Башкортостан. Месторождение сложено кварцитом кристаллическим массивным.

Химический состав кварца (%): SiO2 - 94,48-98,36; Al2O3 - 0,15-2,47; Fe2О3 - 0,25-3,22; среднее значение SiO2 - 97,09; Al2O3 - 0,69; Fe2О3 - 0,35.

Месторождение «Гора Хрустальная» расположено на восточном склоне Среднего Урала к западу от г. Екатеринбург. Месторождение сложено жильным кварцем молочно-белого цвета.

Химический состав кварца (%): SiO2 - 98,0; Al2O3 - 0,9; Fe2О3 - 0,14; СаО - 0,08; ППП - 0,1-0,2.

Кварц может применяться для изготовления оптического стекла, особо чистых видов стеклоизделий, в электронной промышленности, а также хрусталя и качественной сортовой продукции.

Светлореченское месторождение расположено к западу от г. Екатеринбурга и приурочено к эндоконтактовому обрамлению юго-восточной части Верхисетского гранитного массива.

Усредненный химический состав высококачественного кварца (%): SiO2 - 99,6; TiO2 - 0,01; Al2O3 - 0,14; Fe2О3 - менее 0,05; FeО - менее 0,05; MnO - менее 0,02; K2O - менее 0,05; Na2O - менее 0,05; R2O5 - менее 0,007; Cr2O3 - менее 0,001.

Кыштымское месторождение расположено в Кыштымском районе Челябинской области. Из многочисленных участков жильного кварца и кварцитов главнейшими являются: у станции Маук (SiO2 - 98,1%; Fe2О3 - 0,09%); по южному берегу озера Иртяш (SiO2 - 98,1%; Fe2О3 - 0,4%); на западном берегу озера Кызылмаш (SiO2 - 98,0-96,6%; Fe2О3 - 0,2%).

Кыштымский кварц подвергают обогащению, получая продукт с содержанием SiO2 до 99,5%, который поступает на заводы плавленого кварца.

На территории Челябинской области прогнозные ресурсы жильного гранулированного и прозрачного кварца сосредоточены в Уфалейско-Кыштымском и Ларинском кварценосных узлах. По состоянию на 01.01.2003 года Государственным балансом в Челябинской области учтено 14 месторождений кварцевого сырья. Запасы гранулированного кварца сосредоточены в 10 месторождениях, из которых 5 отрабатываются.

2. Кварцевые пески и пылевидный кварц (маршаллит)

Алапаевское или Ниловское месторождение расположено в Коптеловском районе Свердловской области в 23 км на юго-восток от г. Алапаевска. Пылеватый кварц связан с окремненными известняками и представляет рыхлую, тонкую порошковатую массу белого, кремового и местами светло-желтого цвета.

Химический состав чистых разновидностей его следующий (%): SiO2 - 97,32-98,38; Al2O3 - 0,86-1,00; Fe2О3 - 0,64-0,8.

Ориентировочные запасы около 18 тыс. тонн. Пылевидный кварц используется как формовочный материал.

Всесвятское месторождение расположено в Чусовском районе Пермской области в 1,5 км от ст. Всесвятская. Месторождение сложено стекольными песками, являющимися продуктом выветривания кварцевых песчаников. Мощность песков колеблется от 5 до 23 м.

Химический состав (%): SiO2- 92,18-99,02; Al2O3 - 0,3-7,93; Fe2О3 - 0,05-0,11. Запасы по категориям А2+В+С1 составляют 1022 тыс. тонн.

Воздвиженское месторождение расположено в Челябинской области в Уфалейском районе в 4,5 км на северо-восток от Воздвиженского стекольного завода. Кварцевые пески лежат на речных гальках и глинах и покрыты мелкообломочным материалом, образовавшимся при разрушении кристаллических пород. Мощность продуктивной мощи - 1,5 м.

Химический состав песков (%): SiO2 - 98,62; Al2O3 - 0,97; Fe2О5 - 0,23. Запасы месторождения требуют переоценки.

Мысовское месторождение расположено в 40 км севернее города Алапаевска Свердловской области, на правом берегу реки Мугай. По гранулометрическому составу пески могут быть отнесены к высокосортным пескам, так как почти все пробы содержат более 90% фракции 0,1-0,5 мм.

Химический состав средней пробы (%): SiO2 - 98,25; Al2O3 - 0,49; Fe2О3 - 0,29; TiO2 - 0,38; ППП - 0,19. После обогащения химический состав песка (%): SiO2 - 98,29; Al2O3 - 0,52; Fe2О3 - 0,047; TiO2 - 0,042.

Обогащенные мысовские пески могут быть использованы в производстве полированного стекла.

Кутлугузинское месторождение расположено в Гафурийском районе Башкортостана, в 20 км от ст. Белое озеро. Продуктивная толща представлена телом озерно-аллювиальных песков. Мощность вскрыши 3-15 м, полезной толщи - 15,2 м. Пески среднезернистые.

Обогащенные мысовские пески могут быть использованы в производстве полированного стекла. Методом мокрого обогащения содержание оксида железа снижается до 0,09%.

Запасы по категориям А2+В+С1 составляют 1019 тыс. тонн.

Козловское месторождение расположено в Макаровском районе Республики Башкортостан, в 15 км к юго-востоку от г. Стерлитамак. Залежь озерно-аллювиальных песков имеет линзообразную форму. Мощность - 20 м. Пески мелко- и среднезернистые.

Химический состав (%): SiO2 - 97,8-98,63; R2O3 - 0,78-1,28. Месторождение не эксплуатируется.

Месторождение Малый Шихан расположено в Макаровском районе Республики Башкортостан, в 10 км к юго-востоку от г. Стерлитамак, на восточной окраине поселка Малый Шихан. Залежь песков озерно-аллювиального происхождения имеет линзообразную форму.

Полезная толща представлена кварцевыми мелкозернистыми, реже средне- и очень мелкозернистыми песками от светло-серого до ржаво-красного цвета. Средняя мощность песчаной залежи - 10 м.

Химический состав (%): SiO2 - 96,51-98,76; R2O3 - 1,0-2,0; CaO - 0,12-0,2; MgO - 0,04-0,11; ППП - 0,10-0,78.

Ориентировочные запасы песков составляют 1,6 млн. тонн.

Байгузинское месторождение расположено в Ишимбаевском районе Республики Башкортостан, в 10 км к юго-востоку от станции Ишимбаево. Залежь озерно-аллювиальных кварцевых песков имеет линзообразную форму. Мощность полезной толщи песков - 6-17 м.

Химический состав (%): SiO2 - 96,32-99,74; Al2O3 - 0,10-0,73; Fe2О3 - 0,03-1,18; CaO - 0,12-1,04; MgO - 0,0-0,23; ППП - 0,14-0,20.

Запасы по категориям А+В+С1+С2 составляют 906 тыс. тонн.

Ерофеевское месторождение расположено в 40 км южнее г. Челябинска. Гранулометрический состав стекольных песков однороден и равномерен. Фракции размером 0,1-0,5 мм составляют 86,3%, менее 0,1 мм - 1,2%, более 0,5 мм - 1,1%. Пески на 95% сложены прозрачными светлоокрашенными зернами кварца.

Средний химический состав (%): SiO2 - 97,11; Al2O3 - 1,45; TiO2 - 0,12; Fe2О3 - 0,24; ППП - 0,15.

Пески легко обогащаются. Получен концентрат с содержанием кремнезема 99,6%, оксида железа 0,04%, при выходе 82%. Запасы составляют более 17 млн. тонн.

Нижнеувельское (Галяминское) месторождение формовочных песков расположено в Увельском районе Челябинской области. Продуктивная толща сложена слабоокатанными песками, залегающими в виде пласта.

Химический состав (%): SiO2 - 96,97; Fe2О3 - 0,25-0,3; (K2O+Na2O) - 0,5. Коэффициент однородности - свыше 80%.

Пески после обогащения могут быть использованы в производстве строительной и технической керамики.

Кичигинское месторождение расположено в Увельском районе Челябинской области. Пески формовочные. По свойствам сопоставимы с галяминскими песками.

Кварцевые пески Ириклинского, Куликовского, Малышевского месторождений, горы Кременной (г. Магнитогорск), в районе рек Тобола, Исети, Пышмы и Миасса, по берегам озер Сугоякского и Большого Ряжского требуют изучения.

В 10-20 км к востоку от г. Копейска находятся два крупных месторождения кварцевых песков - Ивановское и Васильевское. Пески после обогащения пригодны для производства бесцветного стекла. Запасы песков, оцененные по категории С1, составляют 22,6 млн. тонн по Ивановскому месторождению, по Васильевскому - 37,3 млн. тонн.

В Красноармейском и Еткульском районах выделены перспективные площади с прогнозными ресурсами категорий Р1+Р2 в количестве 90 млн. тонн, Р3 - 10 млн. тонн.

Губерлинское месторождение (участок Северный) расположено в Гайском районе Оренбургской области, в 10 км на север от г. Новотроицка и в 2,5 км на восток от железнодорожной станции Губерля. Пески, в основном, кварцевого состава. Средний химический состав (%): SiO2 - 88,1-93,43; Al2O3 - 5,16-8,7; Fe2О3 - 0,3-0,54; CaO - 0,3; ППП - 0,6-2,35.

Мощность полезной толщи колеблется от 0,2 до 20,6 м. Средняя мощность - 7,86 м. Балансовые запасы по категориям А+В+С составляют 217 тыс. м3.

После обогащения пески могут быть использованы в производстве тонкой керамики.

Новоорское месторождение (Юбилейное) расположено в Новоорском районе Оренбургской области, 0,6-1,0 км к востоку от железнодорожной станции Новоорск, на правом берегу реки Кумак. Месторождение сложено мелко- и тонкозернистыми песками эолового происхождения. Мощность полезной толщи колеблется от 1,0 до 7,1 м. Балансовые запасы по категориям А+В+С составляют 1279 тыс. м3. Пески кварцевого состава. Среднее содержание SiO2 - 91,5%. Среднее содержание илистых, глинистых и пылеватых частиц - 7,15%. Органических примесей и слюды практически нет.

Пески после обогащения могут быть использованы в производстве тонкой керамики.

Адамовское месторождение расположено в Адамовском районе Оренбургской области, в 0,3 км к северу от районного центра Адамовка, на левом берегу речки Джарлы. Месторождение представлено залежью четвертичных аллювиальных средне- и крупнозернистых песков с включением редкой гальки.

Мощность залежи - 0,7-2,0 м.

Пески кварцевого состава. Содержание SiO2 колеблется от 85 до 95%. Пески пригодны в качестве добавки к кирпичным глинам (в количестве 10%) Адамовского месторождения, при условном отсеве частиц крупнее 3 мм.

По содержанию SiO2 пески Адамовского месторождения приближаются к требованиям ГОСТ 7031-75. Для решения вопроса об использовании песка в производстве тонкой керамики необходимо провести обогащение технологической пробы в полузаводских условиях.

Балансовые запасы по категориям А+В+С составляют 14 тыс. м3.

На Урале известны месторождения пылевидного кварца (маршаллита): Болотовское, Нагайбакское, Гора Лисья, Гора Временная, Архангельское, Приуральское (Магнитогорское), Тактыбайское и другие. Краткая характеристика этих месторождений представлена ниже.

Болотовское месторождение, расположенное в Кваркенском районе Оренбургской области. Химический состав (%): SiO2 - 96-98; Al2O3 - до 1,7; Fe2О3 - до 0,07; ППП - 0,3. Огнеупорность 1650ºС. Материал нерадиоактивен.

Приуральское месторождение, расположенное в 8-10 км к северо-западу от г. Магнитогорска. Химический состав (%): SiO2 - 81,2-94,1 (средне-взвешенное 90,8%); Al2O3 - 2,4-10,1; Fe2О3 - 0,8-2,9; СаО - 0,5-1,0.

Тактыбайское месторождение, расположенное в Чебаркульском районе Челябинской области. Химический состав (%): SiO2 - 93,9; Al2O3 - 2,98; Fe2О3 - 0,71; СаО - 0,47; MgO - 0,36; (К2О + Na2О) - 0,94; ППП - 0,94. Плотность 2,658 г/см3, огнеупорность 1730ºС.

И.И. Китайгородский, на основании своих исследований, обосновал возможность использования маршаллита для изготовления безобжиговых и обжиговых (температура обжига 1100-1200ºС) кислотоупорных изделий. Им же доказана возможность использования маршаллита для варки чистого стекла и бесцветных глазурей.

Маршаллиты могут быть использованы не только как формовочные смеси в литейном производстве, но и в фарфоро-фаянсовом производстве, как добавка в производстве динаса, как составная часть мертелей для растворов, применяемых при кладке огнеупорных кирпичей, для приготовления специальных замазок, для ремонта коксовых печей, для изготовления плотных полукислых огнеупоров для сталеразливочных ковшей и других целей.

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 - 1380-1510ºС.

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.

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.

(Солодкий Н.Ф. и другие «МСБ Урала…». Томск, Издательство ТПУ, 2009)

uralgidrogeo@narod.ru