Лекция 2. (2 часа) Флюорит, графит, магнезит, барит

Основные свойства, области применения, промышленно-генетические типы месторождений, ресурсы минерального сырья.

Вопрос 1. Флюорит (плавиковый шпат)

Флюорит (CaF₂)в природе встречается в виде кристаллов и зернистых агрегатов. Физические и технологические свойства: сингония кубическая, оптически изотропен, прозрачен, имеет низкий показатель преломления, способен пропускать ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, химически стоек, спайность совершенная, твердость 4, люминесцирует в катодных и ультрафиолетовых лучах, имеет высокую радиационную устойчивость, цвет разнообразный (от бесцветного до темно-фиолетового).

Бесцветные прозрачные кристаллы флюорита являются оптическим сырьём. Оптический флюорит используется в объективах ультрафиолетовых микроскопов, призменной оптике, вакуумных приборах, приборах инфракрасной термографии, в приборах ночного видения, астрономии, космической технике, силовой и квантовой оптике. Новым направлением использования кристаллов является изготовление объективов для производства микрочипов. В настоящее время в качестве оптического сырья в основном используются кристаллы, получаемые методом гидротермального синтеза. Основным мировым производителем искусственных кристаллов флюорита является Германия.

Основная масса флюорита используется как техническое сырьё Технический флюорит используется в химической промышленности для получения плавиковой кислоты и других соединений фтора (60% потребления), в металлургии в качестве флюса, в стекольной, керамической, цементной, фармацевтической промышленности, при производстве синтетических моющих средств, особых сортов пластмасс и т. д.

Генетические типы промышленных месторождений.

• 1. Пегматитовый — оптический флюорит, горный хрусталь, топаз, берилл (Волынское месторождение на Украине, ряд месторождений Казахстана);
• 2. Гидротермальный — в кварцево-халцедон-флюоритовых жилах и карбонатных породах, в грейзенах, скарнах, карбонатитах (Вознесенское и КолангуйскоеРоссия: Солнечное — Казахстан);

По содержанию сопутствующих компонентов промышленные месторождения флюорита делятся на: флюорит-кварцево-халцедоновые; флюорит-редкометальные, флюорит-редкоземельные, флюоритполиметаллические, барит — флюоритовые, флюорит — карбонатные. Разработка этих месторождений ведется одновременно на несколько видов сырья.

По данным на 1998 год добыча плавикового шпата велась в 32 странах и составила 4,7 млн. т. Лидерами по производству флюоритового концентрата являлись КНР (54,2% объёма мирового производства), Мексика и ЮАР. Более половины потребляемых в мире концентратов приходится на промышленно развитые страны, среди которых ведущее место занимают Япония, КНР и США.

Вопрос 2. Графит (С)

Единственный минералообразующий элемент графита — углерод. Свойства графита зависят от его кристаллической структуры. В отличие от алмаза она имеет слоистое строение. В связи с низкой твердостью и весьма совершенной спайностью графит легко оставляет след на бумаге, жирен на ощупь. Эти свойства графита обусловлены слабыми связями между атомными слоями. Графит имеет низкую удельную теплоемкость и высокую температуру плавления (3850° С). Благодаря этому, графит обладает чрезвычайно высокой огнеупорностью. Кроме того, он хорошо проводит электричество и тепло, не уступая по этим свойствам ряду металлов, устойчив при воздействии многих кислот и других химических реагентов, легко смешивается с другими веществами, отличается малым коэффициентом трения, высокой смазывающей и кроющей способностью. Все это привело к уникальному сочетанию в одном минерале важных свойств. Поэтому графит широко используется в промышленности.

Графитовые руды подразделяются на явнокристаллические (плотнокристаллические и чешуйчатые) и скрытокристаллические. Содержание углерода в минеральном агрегате (концентрате) определяет качество графита.

Благодаря своим уникальным свойствам графит находит применение в различных отраслях промышленности. Он широко используется в качестве огнеупорного материала, который в основном (до 70%) потребляется в черной и цветной металлургии. Как электропроводящий и химически стойкий материал графит применяется в электротехнике, химической и нефтехимической промышленности; в качестве смазочного материала — в машиностроении, где используется для смазки трущихся деталей машин и приборов, а также при обработке металлов давлением. Находит применение графит также в производстве строительных материалов, красок и т. п.

В литейном производстве применяют в составе формовочных смесей, для присыпок, натирки стержней. Наиболее графитоемким является производство огнеупорных кирпичей и плавильных тиглей для выплавки особых сталей, цветных и благородных металлов.

В электротехнической промышленности графит используется для изготовления электродов, щелочных аккумуляторах. Одной из традиционных областей применения природного графита является производство карандашей.

Используется графит при производстве резины, копировальной бумаги, синтетических алмазов. В атомной промышленности из графита изготавливаются блоки и детали ядерных реакторов.

В России и за рубежом основными потребителями графита являются металлургия, машиностроение, электротехника, химия и нефтехимия, карандашное производство.

Промышенно-генетические типы месторождений графита.

Выделяют 4 типа месторождений графита:

• 1. Магматические месторождения. Небольшие по запасам, но содержат высококачественный, плотнокристаллический графит (Черемшанское и Миасское месторождения на Урале);
• 2. Контактово-метасоматические, в зоне контакта интрузий с карбонатными породами, Сравнительно небольшие, но с высококачественным, плотнокристаллическим графитом (Ботогольское месторождение в Бурятии).
• 3. Метаморфические в гнейсовых комплексах, Крупные месторождения кристаллического. Чешуйчатого графита (Тайгинское и МурзинскоеРоссия, Завальевское — Украина).
• 4. Метаморфические в зоне контакта каменных углей с магматическими породами. Крупные месторождения скрытокристаллического графита (Ногинское и Курейское — Россия)

Мировые извлекаемые запасы графита всех разновидностей оцениваются в 1500 млн. т, а его мировое производство (добыча) (тыс.т) составляло в 1990 г. — 669, в 1991 г. — 621; крупными производителями графита являются КНР (185), Южная Корея (101), Украина (48,3), Россия (46,5), Австрия (39,4), Мексика (37). В 2000 году производство наиболее ценного кристаллического графита в мире составило 478,8 тыс т.: из них в Китае -200 тыс. т.; в России — 7,45 тыс. т., что не обеспечивает потребностей страны.

Вопрос 3. Магнезит MgCO3 и брусит Mg (OH)2

Высокомагнезиальные минералы, представленные в месторождениях кристаллической и скрытокристаллической разновидностями.

При обжиге до температуры 600−1000^°С магнезит превращается в «каустический магнезит», который входит в состав магнезиального цемента, обладающего гидравлическими вяжущими свойствами. Магнезиальный цемент используется для производства строительных, отделочных, термои звукоизоляционных материалов. При обжиге до температуры 1450−1800°С он переходит в искусственный периклаз (MgO) с температурой плавления 2800 °C. Он абсолютно инертен к воде и углекислому газу, является ценным огнеупором и применяется для наварки пода и стенок металлургических печей, для изготовления магнезитовых кирпичей, магнезитовых стаканов для сталелитейного, сернокислотного и цементного производства. Он также используется для получения металлического магния, удобрений и ядохимикатов.

Брусит менее распространён в природе чем магнезит, но образует более качественные руды, перерабатываемые с меньшими энергетическими затратами. Переход брусита в периклаз происходит при 450 °C.

Промышленные типы месторождений магнезита и брусита пространственно и генетически тесно связаны с магнезиальными карбонатными и силикатными породами. Основными типами месторождений являются следующие:

• 1. Гидротермальные магнезитовые месторождения, приуроченные к мощным толщам метаморфизованных карбонатных пород, содержащих пласты доломитов, известняков и глинистых сланцев. Этот тип представлен крупными месторождениями, имеющими большое промышленное значение (Саткинская группа месторождений на Урале).
• 2. Инфильтрационные, связанные с корами выветривания по ультраосновным породам. Они образуют как крупные по масштабам месторождения (, Сыростанское, Шабровское — Россия;) так и мелкие (ХалиловскоеУрал).
• 3. Осадочно-морской и озёрный. (Куйбышевское, Саратовское).
• 4. Контактово-метаморфические месторождения брусита и бруситовыхмраморов Месторождения брусита промышленного масштаба крайне редки, и в мире их насчитывают единицы (в США, Канаде, Италии, Югославии). В России имеется одно месторождение — Кульдурское (Еврейская АО) с запасами около 4,5 млн. т.

Мировые общие запасы кристаллического магнезита составляют 12−13 млрд т, в том числе подтвержденные — 2,8 млрд. т. Крупнейшими запасами располагают Россия, Корея, КНДР и Китай, где сосредоточено около 80% общемировых запасов магнезитов этого типа. Магнезит коры выветривания ультрамафитов известен в Югославии (Центральная Сербия), Греции, Турции, Польше, на Кубе и в др. Запасы магнезита в коре выветривания составляют 10−15 млн. т при его содержании до 20%.

По количеству разведанных запасов магнезита Россия занимает одно из первых мест в мире (38% общемировых), 98,8% запасов сосредоточено в Челябинской области, Красноярском крае и Иркутской области. Суммарные балансовые запасы крупнейших в России месторождений Саткинскои, Удерейской групп и Савинского по промышленным категориям составляют 518 млн. т или 59,9% всех запасов РФ.

Мировая добыча магнезита в 2000 году составила 10,8 млн т в год. Ведущими добывающими странами являются Россия, Китай, Корея, Словакия. В 2000 году в России добыто около 2 млн. т. магнезита, в Китае — 2,4 млн. т. Из морской воды ежегодно получают 2−2,5 млн т MgO.

Основными потребителями плавленого периклаза являются Япония, страны Западной Европы, США. Ведущие экспортеры спеченных периклазовых порошков — Корея, Китай, Словакия, Россия. Ведущие экспортеры каустического магнезита — Корея, Греция, Испания, Китай, США; импортеры (они же основные потребители) — США, Германия, Франция, Великобритания.

Вопрос 4. Барит (BaSO₄) и витерит (BaCO₃).

В природе барит встречается в крупнои мелкозернистых агрегатах и очень редко образует крупные прозрачные кристаллы (оптический барит). Барит. имеет высокую плотность, поэтому его называют тяжелым шпатом, хрупок. Химически чистый барит характеризуется высокой белизной (эталон белизны), инертностью и безвредностью, высокой поглотительной способностью по отношению к жесткому рентгеновскому и гамма-излучению. Барит нерастворим в воде и сильных кислотах.

Витерит имеет одинаковые с баритом физические, но резко отличающиеся химические свойства. Он относительно легко растворяется в углекислых водах и слабых кислотах, ядовит. В месторождениях встречается совместно с баритом.

В качестве утяжелителя буровых растворов барит используется при бурении скважин в нефтяной и газовой промышленности.

В качестве наполнителя молотый барит применяется в лакокрасочной, резиновой, бумажной, стекольной, цементной, строительной промышленности, в производстве пластмасс, керамики, в металлургии, медицине, ядерных реакторах.

Кусковой барит используется в химической промышленности для производства различных барийсодержащих соединений, которые используются в сельском хозяйстве, в производстве искусственных цеолитов, текстильной и кожевенной промышленности, сталелитейном деле, в производстве оптических стекол, при изготовлении магнитов, в электропечах, в сахарной промышленности, радиои электротехнике, в производстве медикаментов, витаминов, гормонов и коагулянтов крови, для изготовления люминофоров, в сварочных флюсах.

Соединения бария широко используются в материалах для защиты от радиоактивного и рентгеновского излучения, в производстве сегнетоэлектриков.

Барит образуется в экзогенных и гидротермальных условиях, формирует самостоятельные месторождения жильного (Белореченское месторождение), стратиформного (Толченское, ХойлинскоеРоссия) и остаточного (МедведевскоеРоссия)) типов; в качестве основного жильного минерала он широко распространен в рудах сульфидов цветных металлов (Миргалимсайское — Казахстан), флюорита, реже в месторождениях редкометалльной группы и благородных металлов (Au, Ag).

Мировые запасы барита по 58 странам оценивались на начало 1994 г. в 640 млн. т. Лидирующими в мировой добыче странами являются Китай, Казахстан, Индия, Марокко. В 2000 году в мире было добыто 5,89 млн.т. барита, из них в Китае 3,30 млн.т., в США — 0,66 млн.т., Марокко- 0,35 млн.т. в России — 0,035 млн.т., что не обеспечивает потребностей страны.

Крупнейший потребитель барита — США (порядка 55% мирового потребления), значительно потребление и в таких странах как Мексика, ФРГ, Франция, Великобритания.

Цены на барит варьируют в зависимости от качества продукции. В 1994 г. они составляли от 38 до 300 дол. за тонну. Главные импортеры: США, ФРГ, Великобритания; экспортеры — Китай, Ирландия, Турция.

Литература

:[4]с420−428, 359−365, 477−483; [3]с105−127, 45−52, 84−92; [2]c 109−149,158−167; [29−32].