Полевой шпат
П олевые шпаты являются алюмосиликатными минералами, на долю которых приходится свыше 50% веса земной коры. По химическому составу полевые шпаты подразделяются на 3 группы:- натриево-кальциевые полевые шпаты (плагиоклазы - альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит)
- калиевые полевые шпаты (ортоклаз, санидин, микроклин)
- калиево-бариевые полевые шпаты (гиалофан, цельзиан)
Калиево-бариевые полевые шпаты по сравнению с полевыми шпатами других групп редки. Главную промышленную ценность в качестве полевошпатового сырья представляют собой калиевые полевые шпаты и плагиоклазы, наиболее близкие по составу к крайним членам изоморфного ряда плагиоклазов: альбиту и анортиту /Смольянинов, 1972/.
К полевошпатовому сырью относятся интрузивные, эффузивные, осадочные, неизмененные и измененные, кислые, а также частично средние и основные алюмосиликатные породы полевошпатового (сиениты, анортозиты), кварц-полевошпатового (пегматиты, пески и т. д.), серицит-(полевошпат)-кварцевого (сланцы, вторичные кварциты), каолинит-полевошпат-кварцевого (пески, щелочные каолины, вторичные кварциты), нефелин-полевошпатового (нефелиновые сиениты, щелочные пегматиты) состава, которые могут быть использованы без обогащения или после него в качестве технологического сырья (полевошпатовых материалов) той или иной отраслью промышленности.
Полевошпатовые материалы применяются в электротехнической (изоляторы), машиностроительной (абразивы, сварочные электроды), химической (химическая аппаратура, кислотоупорные изделия, эмали), электронной (электровакуумное стекло) промышленности, гражданском и промышленном строительстве (стекло, керамика) и в производстве товаров народного потребления (фарфор, стекло и др.) /Чистяков, 1980; Козырев, 1980/.
Важнейшим показателем качества полевошпатовых материалов является калиевый модуль -отношение весового содержания окиси калия к окиси натрия. По величине этого показателя полевошпатовые материалы подразделяются на высококалиевые (калиевый модуль не менее 3,0), которые являются наиболее высококачественным и дефицитным материалом, используемым в электротехнической и фарфоро-фаянсовой промышленности, калиевые (калиевый модуль от 2,0 до 3,0), кали-натровые (калиевый модуль от 0,9 до 2,0) и натровые (калиевый модуль не нормируется). Основной вредной примесью в полевошпатовых материалах является железо. Другой нежелательной примесью является кварц, присутствие которого в полевошпатовых материалах ограничивает области их применения и приводит к нерациональным затратам при перевозках.
Основным и традиционным источником полевошпатового сырья, особенно для производства высококачественных полевошпатовых материалов, являются пегматиты. Непостоянный состав этих пород, сложное строение жил и их относительно небольшие размеры обуславливают необходимость широкого применения ручного труда и использования сложных технологических схем переработки сырья, что, в свою очередь, приводит к высокой себестоимости выпускаемых полевошпатовых продуктов. В связи с этим всё большее значение, в том числе и в производстве высококачественных полевошпатовых материалов, приобретают так называемые нетрадиционные виды полевошпатового сырья - граниты, сиениты, аплиты, анортозиты и др.
Пегматиты
Республика Карелия занимает первое место в России по разведанным запасам керамических пегматитов. К началу 90-х гг. прошлого века в республике добывалось около 70% от общей добычи в СССР высококачественного микроклина для глазурей и фарфоровых масс, более 50% микроклинового пегматита для тонкой керамики.
Всего учтено 72 месторождения и проявления пегматитового полевошпатового сырья, большая часть которых расположена в Северной Карелии, в пределах Чупино-Лоухского и Кемско-Беломорского промышленных районов. В Южной Карелии наиболее крупные месторождения и проявления пегматитов локализуются в Питкярантском и Улялегском полях.
Наиболее изучены и освоены промышленностью пегматиты Чупино-Лоухского промышленного района. Пегматитовые жилы приурочены к чупинской свите нижнего лопия, котозерскому и хето-ламбинскому подкомплексам беломорского метаморфического комплекса гнейсов архея, они прослеживаются в виде серий, кустов, располагающихся кулисообразно в пределах зон северо-западного, субмеридионального либо субширотного простирания. Протяженность пегматитовых зон достигает 6-10 км при ширине до 1-1,5 км. Жилы фиксируются в трещинах скола и растяжения в амфибол-биотитовых и эпидот-амфибол-биотитовых мигматизированных гнейсах, в межбудинных полостях в массивах габбро-амфиболитов и на контактах габбро-амфиболитов с гнейсами. Среди массивов основных пород встречаются и одиночные жилы. Мощность промышленных жил от 3 до 30 м, длина от 50 до 400 м, протяженность на глубину 30-200 м. Жилы, как правило, дифференцированные, центральные части жил керамических пегматитов сложены крупнозернистым микроклиновым пегматитом, реже блоками микроклина и кварца, контактные зоны сложены смешанным и существенно плагиоклазовым пегматитом /Пекки, 1977/.
В 2004 г. в Чупино-Лоухском промышленном районе производилась разработка пегматитовых жил на месторождениях Хетоламбино, Блинковые Бараки, им. Чкалова (уч. Климовский), объем добычи составил 30,2 тыс. т. На разрабатываемом месторождении Уракко-озеро в 2004 г. добыча не производилась. Осуществлялась подготовка к освоению месторождений Жила 32 (Плотина), Жила № 3 Чкаловского рудника, Жила им. Чкалова, Попов Наволок, Жила Малютка, Остров Большой Олений, Колыбаевский Бор. Месторождения Малиновая Барака, Плотина, Станционное (уч. Лопатова Губа), Карельское (уч. Летняя Барака), Тэдино (Слюдо-варака), Кривое озеро и Постельное озеро числятся в группе государственного резерва.
Пегматиты Квмско-Беломорского промышленного района являются крупной резервной сырьевой базой для развития добычи полевошпатового сырья. В районе известны как чисто керамические (месторождение Охтинское поле, проявления Каркали, Подужемское, Среднее течение р. Урам,
Губа Варгунина, Летнереченский куст, Охлябинина, Картешный Бор, Матвеиха, Остров Еловец, Сумпосадовский куст жил),
так и слюдяно-керамические (месторождения Слюдяной Бор, Торлов ручей, проявления Ланотозеро, Восточный участок, Участок Выгостровский, Участок Моховой) пегматиты с акцессорной редкометальной минерализацией.В пределах наиболее изученного месторождения Слюдяной Бор, расположенного в 12 км к югу от г. Беломорска, выявлено около 40 пегматитовых жил. Пегматиты залегают в биотит-амфиболовых, гранат-биотит-амфиболовых и кианит-ставролитсодержащих гнейсах. Жилы имеют северо-западное и субмеридиональное простирание, длина их 100-350 м, мощность 5-25 м, в раздувах до 100 м, протяженность на глубину до 200 м. Жилы преимущественно дифференцированы с обособлениями кварца, крупных блоков бледно-розового и белого микроклина и графического пегматита. На отдельных участках выявлены значительные скопления мусковита /Пекки, 1977; Богуславский, 1982ф/.
Пегматиты Кительско-Питкярантского рудного района, концентрирующиеся в пределах так называемого Питкярантского поля, содержат главным образом кварц-полевошпатовое сырье существенно плагиоклазового состава, лишь на некоторых объектах возможна выборка до 15-20% микроклинового пегматита. С 1947 г. в Приладожье разрабатывались месторождения Серая Горка, Булка и Хепониеми, затем эти месторождения были переведены в группу государственного резерва, и с 1965 г. началась промышленная эксплуатация месторождения Лупикко.
Месторождение Лупикко расположено в 6 км юго-восточнее г. Питкяранта. Месторождение содержит около 30 пегматитовых жил, приуроченных, главным образом, к приконтактовой зоне гнейсо-гранитов Люпикковского купола и обрамляющих его супракрустальных образований питкярантской свиты нижнего протерозоя.
Наиболее крупное скопление пегматита сосредоточено в пределах зоны протяженностью около 3 км при ширине до 0,5-0,8 км. Простирание зоны от субширотного (южная часть) до северозападного, падение на юго-запад под углом 40-70°. В зоне выделено два крупных штокообразных тела протяженностью до 1500 м при мощности 80-200 м, сложенных недифференцированными пегматитами плагиомикроклинового и плагиоклазового состава с редкими обособлениями микроклинового пегматита /Мартынов, 1976ф; Пекки, 1977/.В 1975 г. началась промышленная эксплуатация месторождения Линнаваара, расположенного в 20 км северо-западнее г. Питкяранта. Пегматитовые жилы на месторождении залегают в амфибол-биотитовых сланцах и амфиболитах питкярантской свиты нижнего протерозоя, имеющих общее субмеридиональное простирание с падением на восток. Наиболее крупная Северная жила длиной более 400 м и мощностью до 75 м сложена дифференцированными пегматитами с содержанием микроклиновых разновидностей от 5 до 25% (в среднем 14%). Наряду с полевыми шпатами и кварцем пегматит содержит значительное количество мелкочешуйчатой слюды, участками развиты скопления граната, турмалина, проявления акцессорной берилловой и танталит-колумбитовой минерализации /Пекки, 1977/.
В Центрально-Карельской минерагенической зоне пегматиты Улялегского поля сосредоточены на площади около 10 км2 в 4-5 км западнее ж.-д. ст. Новые Пески и представлены разведанными месторождениями Кюрьяла, Брусничное и Жильный шток Большое. Вмещающими пегматиты породами являются амфибол-биотитовые и амфиболовые сланцы, рассланцованные амфиболиты лопийского возраста и залегающие в них метаперидотиты и габбро-амфиболиты.
Месторождение Кюрьяла представляет собой крупное штокообразное пегматитовое тело длиной до 800 м и шириной от 150 до 250 м. Пегматит слабо дифференцированный с неравномерно-гнездовым характером распределения микроклиновых разностей. При ручной рудоразборке выделяется пегматит существенно микроклиновый (калиевый модуль более 2,0), характеризующийся графической и блоковой структурами при незначительном количестве слюд, а также пегматит существенно плагоклазовый (калиевый модуль менее 1,0), с апографической и ортотектитовой структурами, интенсивно загрязненный слюдами.
Месторождение Брусничное представлено шестью пегматитовыми жилами, сложенными плагиомикро-клиновыми пегматитами ортотектитовой структуры с прерывистыми зонами и участками, выполненными графическим микроклиновым пегматитом.
Месторождение жильный шток Большое сложено несколькими разобщенными штокообразными телами недифференцированных пегматитов плагиокла-зового и плагиомикроклинового состава /Пекки, 19771.
Нетрадиционное полевошпатовое сырье
В Чупино-Лоухском пегматитовом районе разрабатывается месторождение гранит-аплита (аплит-пегматита) Озеро Долгое, расположенное в 4 км севернее пос. Чупа. В 2004 г. на месторождении добыто 5642 т руды, из которой выбрано 4694 т полевошпатового сырья для Чупинской помольно-обогатительной фабрики /Сводный отчетн. баланс запасов, 2005ф/.
В 2004 г. было добыто 352 тыс. м3 горной массы на Костомукшском месторождении геллефлинтов, расположенном в 12 км севернее г. Костомукша. Геллефлинты представляют собой кварц-полевошпатовые породы риолит-дацитового состава, залегающие среди вскрышных пород Костомукшского железорудного месторождения. Мощность залежи геллефлинт в центральной части достигает 600 м, сокращаясь на север и юго-восток до 100-200 м с расщеплением залежи на отдельные межпластовые тела мощностью до 20-30 м. Минеральный состав геллефлинт: полевой шпат 55-65%, кварц 20-30%, слюда 5-10%, второстепенные и акцессорные минералы - турмалин, апатит, гранат, сфен, циркон, пирит, магнетит, гематит. Запасы геллефлинт утверждены ГКЗ СССР в качестве сырья для производства строительного щебня, однако технологические исследования показали, что геллефлинты могут найти применение и в качестве полевошпатового сырья. Обогащение геллефлинт методами мокрой магнитной сепарации обеспечивает выход обезжелезненного кварц-полевошпатового концентрата в количестве около 60%, при этом концентраты могут быть использованы для эмалирования металлоизделий, производства фарфоровых санитарно-технических изделий, облицовочных фасадных плиток, в качестве компонентов для производства листового стекла, изделий из цветного стекла, декоративных облицовочных материалов, абразивных изделий и т.д. /Пекки, 1980; Вскрышные породы.., 1983; Белов, 1987ф; Щипцов, 1997/.
Среди вулканогенных образований кислого состава, слагающих мощные толщи в пределах Лехтинской структуры, выявлено и разведано месторождение кварцевых порфиров Роза-ламби. Месторождение расположено в 26 км северо-западнее ж.-д. ст. Сосновец. Представлено штокообразным телом северозападного простирания, длиной 1160 м, шириной от 50 до 380 м, средней мощностью 24 м, сложенным лейкократовыми кварцевыми порфирами светло-розового, зеленовато-розовато-серого цвета, массивной, на отдельных участках рассланцованной текстуры. Среди вкрапленников преобладают кварцевые -диаметром 1-3 мм. В основной массе устанавливается 35-50% кварца, 40-50% калиевого полевого шпата, до 5-10 % серицита и 1-3% биотита. Средний состав пород (%): Si02- 79,98, ТЮ2- 0,15, А1,03- 11,04, Fe203- 0,91, СаО - 0,16, MgO - 0,18, Na2O - 0,40, K2O - 7,24, Na2O + K2O - 7,64, P205- 0,05, S03- 0,12, H20 - 0,11, п.п.п. - 1,22.
Технологические испытания, проведенные институтом "Механобр" на пробе 10 т (1969 г.) и Горным институтом Кольского филиала АН СССР на пробе массой 200 т (1981 г.), позволили разработать схему флотационного обогащения сырья с доводкой полевошпатового концентрата электромагнитной сепарацией. Средний выход полевошпатовых концентратов составил 45,1 %, кварцевых - 29,8%. Содержание лимитируемых компонентов в кварц-полевошпатовом концентрате составляет: Fe203 -0,15-0,20%, сумма щелочных окислов (Na2O + К2O) -8-8,5%, калиевый модуль более 10.
Полученные концентраты были испытаны ВНИИЭК, ВНИИФ и на фарфоровом заводе им. Ломоносова. Обжиг керамических масс с применением указанных концентратов в промышленной туннельной печи завода показал, что фарфоровые изделия по белизне и физико-механическим свойствам не уступают фарфору с применением микроклина и кварца Чупино-Лоухского промышленного района. Таким образом, лейкократовые кварцевые порфиры являются новым ценным видом полевошпатового сырья. Запасы кварцевых порфиров до глубины 30 м составляют: категория C1 -16 000 тыс. т, категория C2- 8000 тыс. т. Прирост запасов возможен за счет доразведки участка как на глубину, так и на прилегающих площадях /Белов, 1970ф; Пекки, 1980/.
В северной части Елетьозерского габбро-щелочного массива разведано Северное месторождение нефелинсодержащих сиенитов, расположенное в 27 км на северо-запад от пос. Сосновый. Щелочные и нефелинсодержащие сиениты слагают центральную часть Елетьозерского массива и представляют собой средне-крупнозернистые породы серого цвета с четко выраженной трахитоидной текстурой. Величина зерен колеблется от 1-2 мм в среднезернистых разностях до 0,5-1,0 см - в крупнозернистых. На их фоне отмечаются более крупные таблички калиевого полевого шпата и нефелина, придающие породе порфировид-ный облик. Лейкократовые компоненты (микроклин-пертит, альбит, нефелин) составляют до 75-85 % всей массы породы. На долю меланократовой составляющей с акцессориями приходится около 15-25 %. Отмечаются колебания содержаний некоторых оксидов, зависящие от присутствия того или иного количества типоморфного минерала. В целом же химический состав пород соответствует составам пород щелочного ряда.
Породы обогащаются электромагнитной сепарацией с получением нефелин-полевошпатовых концентратов, по основным лимитируемым компонентам удовлетворяющих требованиям государственных стандартов на сырье для фаянсовых и керамических масс и на стекольное сырье. Выход концентрата составляет 62-75%. Прогнозные ресурсы нефелиновых сиенитов по массиву в целом оцениваются в 82,0 млн т (категории Р1+P2) /Щипцов, 1997/.
В пределах Северного месторождения основную часть полезной толщи составляют щелочные сиениты, нефелиновые сиениты имеют подчиненное значение. Щелочные сиениты содержат 35-85% калиевого полевого шпата, до 40% плагиоклаза, до 15% темноцветных минералов (пироксен, амфибол, биотит). В блоке подсчета запасов категории С, они слагают около 90% объема породы. Проведенные испытания по магнитному обогащению показали возможность применения сепараторов на постоянных магнитах для получения высококачественного обогащенного сиенита с выходом до 53% от балансовой руды /Родионов, 2004ф; Киселев, 2005/.
Перспективным видом нетрадиционного полевошпатового сырья являются граниты рапакиви Питкярантского (Салминского) массива. Массив расположен на северо-восточном побережье Ладожского озера, в Питкярантском, Суоярвском, Пряжинском и Олонецком районах Республики Карелия, вытянут в северо-западном направлении более, чем на 100 км при ширине до 40-45 км. Представляет собой сложную многофазную интрузию, каждая фаза которой характеризуется особой разновидностью пород, отличающейся по своим структурным, минералогическим и петрохимическим признакам. В составе массива выделено 5 фаз, представленных следующими разновидностями пород: I - крупноовоидные граниты типа выборгитов, II - равномернозернистые биотитовые граниты; III - крупнопорфировые граниты типа питерлитов; IV - неравномернозернистые, трахито-идные и аплитовидные граниты; V- крупноовоидные граниты с мелкозернистой основной массой /Свириденко, 1968/.
Наиболее перспективными, относительно легко обогатимыми породами являются крупнопорфировая разновидность рапакиви типа питерлита (проявление Уксунйоки) и неравномернозернистые граниты на участках со слабыми проявлениями альбитизации (проявление Юка-Коски). Полученные кварц-полевошпатовые концентраты с калиевым модулем 1,85 пригодны для производства хозяйственной фарфоровой и фаянсовой продукции, а при более глубоком обогащении - и для производства высоковольтного изоляторного фарфора /Пекки, 1977/.
Щелочные породы интрузий Кайвомяки и Райвимяки рассматриваются в качестве нового вида нетрадиционного полевошпатового сырья, обогащенного стронцием и барием, основные концентраторами которых в породах являются полевые шпаты. Подобное полевошпатовое сырье потенциально может быть использовано в производстве стекол и керамики специального назначения. Институтом геологии КарНЦ РАН были выполнены укрупненньк лабораторные испытания технологических проб на основании которых была разработана принципиаль ная схема получения полевошпатового концентрата
из щелочных пород по схеме, сочетающей электромагнитную сепарацию с флотацией апатита. В полученном полевошпатовом концентрате содержание оксидов бария и стронция достигало 3-9%, однако показатели обогащения не превышали 60% от возможных, а предел обогатимости по железу в пересчете на Fe203, составляет 0,23%. По предварительным данным полученные полевошпатовые концентраты пригодны для производства сортового, тарного стекла и изделий из темно-зеленого стекла, испытание концентратов в производстве стекол и керамики специального назначения не производилось.
Анортозиты, в составе которых полевошпатовая часть представлена, в основном, лабрадором или битовнитом, являются новым для России видом нетрадиционного полевошпатового сырья. Полевошпатовые концентраты, произведенные из анортозитов, используются при изготовлении керамики бытового и технического назначения, в производстве строительных материалов, абразивов, наполнителей пластмасс и резин, специальных красок и т.д. Анортозиты используются при изготовлении полимерных коагулянтов для очистки питьевой и сточной воды, в качестве сырья для нового огнеупорного продукта - уплотнителя алюминиевых электролитических ячеек. Кислото-растворимые анортозиты с минимальным содержанием мафических минералов могут являться источниками альтернативного алюминиевого сырья.
Работами Института геологии КарНЦ РАН в последние годы выявлено перспективное проявление анортозитов Котозерский участок. Проявление расположено в 1 км западнее ж.-д. ст. Котозеро на северном берегу оз. Нижнее Котозеро. В пределах проявления развиты анортозиты с крупно-среднезернистыми структурами. Основным минералом в породах является плагиоклаз, состав которого варьирует от Аn52до Аn74, а количество колеблется от 70 до 95%. Основным сопутствующим породообразующим минералом является зеленая роговая обманка, реже встречаются биотит и пироксен. На проявлении выделяются до 5 видов анортозитов, различающихся по структурно-текстурным особенностям и минеральному составу. Преобладают мета-анортозиты сахаровидного облика, иногда с линзами и тонкими полосками амфиболитов с гранатовыми оторочками, неизмененные или слабоизмененные анортозиты. Лабораторными технологическими испытаниями, выполненными в Институте геологии КарНЦ РАН, показана принципиальная возможность обогащения анортозитов по магнитной схеме с получением высококачественного полевошпатового концентрата, общий выход которого составил 71,9% /Щипцов, 2004/
