Михайлов В.А., Виноградов Г.Ф та ін. Неметалічні корисні копалини України

Подождите немного. Документ загружается.

230

мотні, багатошамотні щільні вогнетриви застосовуються для будівни-

цтва доменних печей, кесонів і мартенівських печей, футерування

сталерозливних ковшів і вагранок, будівництва керамічних печей,

футерування цементних і вапнякових печей. Високоглиноземисті во-

гнетриви застосовуються для кладки подин доменних печей, футеру-

вання кесонів мартенівських печей, викладення ванн сталеплавиль-

них печей та інших цілей.

Магнезитові, магнезито

-хромітові та хромомагнезитові вогнетривкі

матеріали використовуються для будівництва та футерування стале-

плавильних печей і конверторів, будівництва високотемпературних

тунельних печей, футерування зон спікання цементних обертових і

шахтних печей. Форстеритові вогнетриви застосовують для насаджен-

ня регенераторів мартенівських печей.

КВАРЦИТИ, КВАРЦОВІ ПІСКОВИКИ

Загальні відомості

Кварцит, кварцовий пісковик широко застосовуються в промисло-

вості як високо-кремнеземиста вогнетривка сировина. Основним мі-

нералом цих порід є кварц, що має високу вогнетривкість і стійкість

до дії більшості з кислот і лугів.

Кварцові пісковики – породи, що утворилися в результаті діагенезу

(ущільнення й цементації) кварцових пісків. Значну роль у перетво

ренні пухких кварцових пісків на тверду породу – пісковики – віді-

грає цемент, матеріал, що заповнює простір між зернами. Пісковики

з добре розкристалізованим кременистим цементом називаються

кварцитоподібними. Утворення кварцових пісків відбувалося, ймові-

рно, у прибережній частині водних басейнів і басейні річок у резуль-

таті нагромадження продуктів руйнування гранітоїдів та інших порід

стабільних умовах континентальних платформ. Вони зазвичай скла-

дають витримані горизонти й шари.

В результаті метаморфічних змін під впливом високих температур і

тиску кварцові пісковики перетворюються на кварцити – щільну

кремнеземисту породу із заїдливим чи раковистим зламом, в якій

уламки й цемент макроскопічно нерозрізнені. Кварцитами назива-

ються також метасоматичні породи кременистого складу, які

виникли

в результаті заміщення кремнеземом карбонатних порід. Під дією гід-

ротермально-метасоматичних змін порода перетворюється на вто-

231

ринні кварцити, в яких, крім кварцу, присутні серицит, алуніт, піро-

філіт, каолініт, андалузит, діаспор, а також гематит, топаз, корунд,

рутил, пірит та ін. У промисловому виробництві всі породи, що засто-

совуються для виготовлення динасу (кварцити, кварцові пісковики),

називають кварцитами. Серед них виділяють кварцити кристалічні

(безцементні) та аморфні (цементні). Для виготовлення

динасу іноді

застосовують жильний кварц, кварцовий пісок і породи, що склада-

ються з халцедону.

Властивості кварцитів і кварцових пісковиків визначаються чисто-

тою їх хімічного складу, щільністю, структурою та іншими чинниками.

Кварцові, кварцитоподібні пісковики й кварцити характеризуються

великим вмістом SiO

, що сягає 95,99 %. Важливою їх властивістю є

також висока вогнетривкість – до 1710–1770°С. Механічна міцність

пісковиків залежить від ступеня їх ущільнення та змінюється в дуже

широких межах: найбільш міцні мають опір стисненню 1000–

1500 ⋅ 10

Па. Густина пісковиків змінюється від 2,5 до 2,8 г/см

, водо-

вбирання – від 0,36 до 3,19 %.

Кварцити, порівняно з пісковиками, мають більшу щільність і міцність.

Опір стисненню у кварцитів, як правило, знаходиться в межах 1000–

1400 ⋅ 10

Па, сягаючи в деяких випадках 4500 ⋅ 10

Па. Пористість пе-

реважної більшості кварцитів

після обпалення при високій темпера-

турі збільшується, що знижує стійкість їх до механічної та хімічної дії.

Якісні кварцити після обпалення при температурі близько 1400°С

не кришаться й не розтріскуються, маючи ступінь водовбирання, що

не перевищує 3–4 %, і пористість 9–10 %. За значенням пористості

кварцити поділяються на чотири групи (табл. 54).

Таблиця 54

Класифікація кварцитів за значенням пористості

Група Водопоглинення, % Пористість, %

Дуже щільні

До 0,5

До 1,2

Щільні

0,5–1,5

1,2–4,0

Пористі

1,5–4,0

4,0–10,0

Дуже пористі Понад 4

Понад 10,0

Галузі використання і вимоги до сировини

Пісковики та кварцити широко використовуються в ряді галузей

промисловості, найбільше у виробництві динасу, але також служать

сировиною для виробництва силікосплавів і елементарного кремнію,

застосовуються як флюс. У великих кількостях пісковики й кварцити

232

використовуються для будівництва, крім того, з них виготовляють

дефібрерні камені й жорна, гострильні камені й бруски, кислототри-

вкі матеріали, що використовуються в хімічній промисловості. Вільні

від домішок і слабозцементовані кварцові пісковики застосовуються

як сировина для варива скла.

Динас, вогнетрив, що виготовляється з кварцитів і кварцових піс-

ковиків, має містити не менше 93 % SiО

. Головною його властивістю

є здатність витримувати навантаження при температурі до 1550–

1650

без деформацій. Динас високої якості може зберігати достатню

стійкість навіть при температурі 1700

, що вигідно відрізняє його від

шамотних виробів. При вивченні кварцитів як сировини для вогне-

тривів досліджують швидкість переродження кварцу у високотемпе-

ратурні модифікації – тридиміт і кристобалит. "Аморфні" кварцити й

пісковики, що містять халцедон, перероджуються швидше. Хімічний

склад динасу має бути витриманим у таких межах: SiО

– 92–98,5 %;

ТiO

– до 2,0 %; Al

– 0,1–2,5 %; Fe

– 0,2–2,5 %; СаО – 0,2–3,0 %;

MgО – до 0,7 %. Вимоги до якості динасових вогнетривів, які застосо-

вуються в чорній металургії, наведені в табл. 55.

Ливарне виробництво висуває жорсткі вимоги до хімічного складу

кварцової сировини, який повинен вирізнятися високим вмістом

кремнезему (не меншим 95–97 %) і низьким – шкідливих домішок –

оксидів заліза, алюмінію й кальцію.

За ступенем пористості кварцити поділяються на

чотири групи.

Найбільш цінною сировиною для виробництва динасу є щільні та ду-

же щільні кварцити. У чорній металургії вони використовуються як

вогнетривка сировина для виробництва динасу, силікосплавів, чисто-

го кремнію, а також як флюс.

Як флюси кварцити використовуються при плавці мідних і нікеле-

вих концентратів з метою переведення в шлак заліза, що міститься в

них. Залежно від способу плавки кварцити мають містити не менше

85 % SiO

. Шкідливими домішками є глинозем, оксиди заліза (вміст

+ Fe

не повинен перевищувати 1–5 %), вапно й магнезія.

Таблиця 55

Вимоги до якості динасових вогнетривів для металургії

Для феросплавів

Для динасу

ДСТ 9854-81

ТУ 14-5-140-82 ДСТ 1449-80

Норми Норми

Показники

К-98 К-97 ОКФ-1 ОКФ-2 КФ КЩ

SiO

, не менше 98,0 97 97,0 96,0 97,0 96,0

, не більше 1,1 1,6 1,8 1,8 1,1 1,8

, не більше 0,6 0.7 - Не нормується

233

Не нормується - 0,2 0,03

Економічні відомості

Кварцити і кварцитоподібні пісковики широко поширені в бага-

тьох країнах світу (Іспанії, Італії, Польщі, Австрії, Норвегії, Південній

Кореї, Китаї, Бразилії, Німеччині, Казахстані, Росії та ін.), які одноча-

сно є основними продуцентами цієї мінеральної сировини. Річна сві-

това продукція кремнезему оцінюється в 120–150 млн т. Ціна кварцо-

вих пісків коливається від 14 до 44 $/

т, пісків для металургійного

флюсу – 7–8 $/т, формувальних пісків – 75–80 $/т [53].

Генетичні та геолого-промислові типи родовищ

Осадові родовища пісковиків. За умовами формування всі родо-

вища пісковиків відносяться до осадових. Усі вони утворюються вна-

слідок цементації рихлого уламкового матеріалу (піску). Умови цемен-

тації, однак, є різними, й цемент може бути первинним або вторинним.

Первинний цемент – це тонкий матеріал, що заповнює проміжки

між уламковими зернами та є сингенетичним до останніх. Первинна

цементація відбувається при діагенезі осадків і виявляється в їх ущі-

льненні та перетворенні тонкодисперсної цементуючої речовини шля-

хом старіння колоїдів, перекристалізації, виникнення стійких сполук

за рахунок нестійких і таке інше. Такі пісковики, як правило, заляга-

ють у вигляді пластів або лінзоподібних тіл, що за формою відповіда-

ють заляганню осадків, за рахунок яких вони утворилися. Серед них

найбільш поширені пластові родовища морського походження, що

характеризуються відносно витриманими потужністю та якістю.

Вторинний цемент утворюється за рахунок відкладення речовини

вже після осадконакопичення та консолідації кластичного матеріалу,

тобто є епігенетичним. Формування вторинного цементу часто відбу-

вається з метасоматичним заміщенням первинного діагенетичного

цементу, а іноді й заміною самих уламків зерен кремнезему на каль-

цит або оксиди заліза. Вторинний цемент частіше за все представле-

ний кремнеземом, карбонатом кальцію й оксидами заліза, тобто за

складом може бути таким самим, як первинний. Для покладів піско-

виків із вторинним цементом характерними є складні лінзоподібні

форми з нерівними контурами та наявними переходами до рихлих

пісків і пісковиків, зцементованих первинним цементом, що пов'язано

з розгалуженням шляхів проникнення розчинів, які спричинили вторин-

ну цементацію.

234

Метаморфогенні родовища кварцитів. Усі родовища кварцитів

відносяться до метаморфогенних. Найпоширенішими є родовища, що

утворилися на початкових стадіях регіонального метаморфізму піско-

виків. Такі родовища залягають серед різноманітних метаморфічних

порід: глинистих, хлоритових, кременистих та інших сланців переваж-

но докембрійського та ранньопалеозойського віку. Однак, вони зу-

стрічаються також і серед молодших метаморфічних товщ. Для них ха-

рактерна велика потужність пластів зі значною протяжністю. Родовища

цього типу мають велике промислове значення.

Утворення кварцитів відбувається також за рахунок дії на вапняки

кременекислих розчинів, що спричиняють метасоматичне заміщення

кальциту на кремнезем. Родовища такого типу мають іноді велике

площинне поширення та значну потужність, але зустрічаються досить

рідко. Часто родовища кварцитів, що утворилися при метасоматично-

му перетворенні вапняків, характеризуються порівняно невеликими

розмірами й є дуже невитриманими за складом.

Кварцити можуть також утворюватися внаслідок гідротермально-

метасоматичних перетворень кислих і середніх ефузивів і туфів. Од-

нак зустрічаються також кварцити, що утворені за рахунок гідроте-

рмально-метасоматичного перетворення кислих інтрузивних порід.

Кварцити цього типу називають вторинними. Для родовищ вторин-

них кварцитів характерне залягання у вигляді значних масивів

, роз-

міри яких сягають декількох кілометрів, однак якість кварцитів вель-

ми мінлива, унаслідок чого промислове значення мають лише окремі

ділянки масивів, складені кондиційними різновидами.

Кварцити і кварцитоподібні пісковики широко поширені в бага-

тьох країнах світу (Іспанії, Італії, Польщі, Австрії, Норвегії, Південній

Кореї, Китаї, Бразилії, Німеччині, Казахстані, Росії та ін.), які одноча-

сно є основними продуцентами цієї мінеральної сировини.

Родовища України

На Держбалансі корисних копалин України стоїть 4 родовища

кварцитів (Овруцьке і Товкачівське в Житомирській області, Мало-

скелюватське в Кіровоградській, Васильківське в Дніпропетровській)

із запасами за категорією А+В+С

174 млн т, С

– 7,3 млн т (3 розроб-

ляються) і одне кварцитоподібного пісковику (Баницьке в Сумській

області), яке розробляється, із запасами за категоріями А+В+С

9,6

млн т, С

– 0,3 млн т (рис. 46). Прогнозні ресурси цієї сировини скла-

дають 2,5 млрд т. У 2002 р. було видобуто кварцитів – 1219 тис. т,

кварцитоподібних пісковиків – 72 тис. т.

235

Рис. 46. Схема розташування родовищ кварцитів, кварцитоподібних

пісковиків, кварцових пісків [33]

1 – кварцити та кварцитоподібні пісковики (1 – Овруцьке, Товкачівське; 2 –

Малоскелюватське; 3 – Іванівське; 4 – Васильківське; 5 – Баницьке, Мацків-

ське); 2 – кварцові піски для вогнетривів (6 – Різниківське; 7 – Красногорів-

ське); 3 – глини вогнетривкі (8 – Глухівське; 9 – Часов-Ярське, Попаснянське;

10 – Пологівське; 11 – Кіровоградське; 12 – Новорайсько-Дружківська група;

13 – Закарпатська група)

Овруцьке родовище знаходиться в Овруцькому районі Житомирсь-

кої області, представлено кварцитами овруцької серії, які складають

потужні пласти з прошарками і лінзами пірофілітовміщуючих квар-

цитів і сланців серед метаморфізованих порід. Потужність продуктив-

ної товщі 38–110 м, в середньому 70 м, вона підстеляється пачкою

некондиційних кварцитів, придатних для виробництва будівельного

щебеню, перекривається глинистими пісками

четвертинного віку (до

8 м). Кварцити – це масивна кварцова порода рожевого, рідше сірого,

бурувато-сірого кольору, складена кварцом (93–95 %), уламками квар-

цового порфіру (2–3 %), пірофілітовою глинистою речовиною (1–2 %) та

окисними залізистими виділеннями. Хімічний склад кварцитів (%): SiO

– 91,77–99, Al

– 0,74–5,47, Fe

– 0,9–3,68. Кварцити високої якості,

в основному використовуються як вогнетривка сировина та для виро-

бництва феросплавів. Річний видобуток складає 2,3–2,5 млн т, у тому

числі близько 1,5–1,8 млн т йде для виробництва феросплавів і 0,3–0,4

236

млн т – для динасових вогнетривів. Сировина поставляється десяткам

металургійних заводів України, Росії, Грузії.

Товкачівське родовище має подібну будову, тут видобувається 231

тис. т сировини, яка поставляється на Червоноармійський динасовий і За-

порізький феросплавний заводи, експортується до Словаччини. В цьому ж

районі є Білокоровицьке родовище кварцитів, законсервоване у зв'язку з

аварією на

ЧАЕС.

Малоскелюватське родовище знаходиться на північному сході

Кіровоградської області. Воно складено кварцитами, якість яких (SiO

95,5–99,5 %) повністю відповідає вимогам, які висувають до сирови-

ни для виробництва феросплавів, але непридатні для виробництва

динасу. Запаси родовища дорівнюють 15 млн т. Однак, запаси знахо-

дяться в санітарно-охоронній зоні газопроводу, частково – села.

Васильківське родовище представлено пластоподібним крутоза-

лягаючим покладом кварцитів темрюцької світи протяжністю 2 км,

потужністю до 100 м. Кварцити світло-сірі

і сірі, нерівномірнозернис-

ті, містять невеликий домішок альмандину і плагіоклазу. Середній

вміст SiO

в них не вище 96,0–96,5 %, FeO – не менше 2,0 %. Вони

придатні для всіх видів сировини, що використовується в металургії.

До глибини 150 м можливі запаси кварцитів складають 60 млн т, за-

паси динасових кварцитів – 26 млн т. Родовище розробляється трес-

том „Дніпроагродорбуд” з річною продуктивністю 70 тис. т.

Баницьке родовище знаходиться в Глухівському районі Сумської

області. Корисною

копалиною є кварцитоподібні пісковики (вміст

SiO

близько 99 %), які залягають у вигляді лінзоподібних пластів се-

ред кварцових пісків бучацької світи палеогену. Сумарна потужність

пісковиків коливається від 0,1 до 18,5 м. Вони мають такий хімічний

склад: SiO

– 96,9–99,87 %, Al

– 0,01–1,28 %, Fe

– 0,02–0,72 %,

СаО – 0,1–0,14 %. Якість пісковиків відповідає вимогам для виробни-

цтва металічного кременю та високоякісних феросплавів. Річний ви-

добуток 105 тис. т (проектний 250–300 тис. т).

В 5 км від Баницького розміщене Мацківське родовище, аналогіч-

не йому за кількістю і якістю запасів. Перспективні ділянки на вияв-

лення нових об'єктів для виробництва динасу і інших продуктів

зна-

ходяться в Оріхово-Павлоградській зоні, в Овруцькому і Олевському

районах Житомирської області, в Донбасі (Севастянівська площа).

Іванівське родовище кварцитів, на якому завершується попе-

редня розвідка, розташоване в Кіровоградської області, представлене

крутопадаючим пластом світлих безрудних кварцитів, що залягають в

покрівлі магнетитових кварцитів. Середня потужність пласта 50–60

м, потужність пухкої покрівлі 24–68 м. Запаси

до глибини 70 м за

категоріями С

+Р

складають 100 млн т.

237

КВАРЦОВІ ПІСКИ

Для поліпшення якості динасових вогнетривів до шихти додають

мономінеральні кварцові піски в невеликій кількості (5–7 %). Для цієї

мети використовуються металургійні піски Красногорівського та Рез-

никівського родовищ (Донецька обл.).

Красногорівське родовище представлене товщею кварцових піс-

ків полтавської світи неогену потужністю 2,4–16,3 м (середня 8,1 м),

потужність покривних товщ 8,1 м. Хімічний склад пісків (%): SiO

–

95,0–99,8; AI

– 0,2–4,18; Fe

– 0,05–0,4; MgO – 0,5–0,38; CaO –

0,8; Na

O+K

O – 0,08–1,99; SO

– 0,05–0,1. Запаси складають 4 млн т

(В+С

). Родовище експлуатується з 1946 р., піски вживаються при

виробництві динасових вогнетривів, мертелів.

Різниківське родовище за будовою подібне до Красногорівського.

Запаси складають 2,8 млн т (В+С

). Розробляється ВАТ „Сивірський

комбінат”. Піски використовуються при виготовленні динасових вог-

нетривів, теплоізоляційних вкладишів та інших виробів, мулітокрем-

неземистого волокна, легковагових вогнетривких матеріалів. Запаси

вогнетривких пісків Красногорівського і Різниківського родовищ по

В+С

становлять 6,8 млн т, причому в 2002 з них було видобуто всього

5 тис. т. Україна експортує незначну кількість кварцових пісків для

вогнетривів (до Росії та ін.).

Для нарощування бази кварцових пісків розглядається можливість

розвідки і експлуатації об'єктів на Савастянівській площі в Донбасі,

де прогнозні ресурси кварцової сировини оцінюються в 26 млн т.

Пе-

рспективним є також використання як вогнетривкої сировини висо-

косортних кварцових пісків, що видобуваються попутно на розсип-

ному Малишівському родовищі.

ВОГНЕТРИВКІ ГЛИНИ

Загальні відомості

Глинами називають пластичні незцементовані гірські породи,

складені, головним чином, глинистими мінералами. У глинистих по-

родах переважають частки розміром 0,01–0,001 мм, частки розміром

менше 0,001 мм присутні в кількості не більше 25–30 %. За мінераль-

ним складом розрізняють глини каолінітові, гідрослюдисті, монтмори-

лонітові, палигорськітові, бентонітові та полімінеральні. Вогнетривкі

238

глини як сировину використовують не тільки в металургії, але й у ви-

робництві електрокераміки та тонкої кераміки, синтетичного каучуку,

у хімічній, скляній та в багатьох інших галузях промисловості.

Галузі використання і вимоги до сировини

У чорній металургії вогнетривкі глини використовуються, голо-

вним чином, для виробництва вогнетривів завдяки такій найважли-

вішій властивості, як вогнетривкість (здатність зберігати форму під

дією високих температур). Глиниста сировина залежно від вогне-

тривкості поділяється на такі групи 1) вогнетривкі – вище 1580

С;

2) тугоплавкі – 1350–1580

С; 3) легкоплавкі – менше 1350

С [12, 46].

Вогнетриви з алюмосилікатної сировини (ДСТ 1446-79) поділяються

на напівкислі, з вмістом Al

менше 28 %, шамотні (Al

28–45 %) і

високоглиноземисті (Al

більше 28%). Напівкислі вогнетриви виго-

товляються з глин чи каолінів, пісних внаслідок обробки кварцовими

матеріалами. Вони застосовуються у печах для виплавки кольорових

металів, в коксових, мартенівських, склоплавильних печах тощо.

До шамотних вогнетривів відносять вироби, що виготовляються із

суміші шамоту з глиною чи каоліном, які можуть знаходитись у різних

співвідношеннях. Шамот – це

обпалена до спікання вогнетривка гли-

на чи каолін. Здрібнений шамот призначений для зменшення пласти-

чності та усадки при спіканні вогнетривкої глини при виробництві з

неї шамотних вогнетривів. Залежно від кількості шамоту, що вво-

диться до шихти, розрізняють вироби безшамотні та малошамотні

(20–30 % шамоту), шамотні (30–80 %) і багатошамотні (більше 80 %).

Шамотні вироби мають значну

термостійкість, високі вогнетривкість і

шлакостійкість. Саме тому шамотні вироби застосовують для кладки

багатьох промислових теплових агрегатів, для футерування доменних

печей, повітронагрівачів і чавуновозних ковшів у виробництві чаву-

ну, для кладки деяких елементів нижньої будівлі мартенівських печей

у сталеплавильному виробництві тощо.

Загальні технічні вимоги до глинистої сировини для виробництва

вогнетривів не встановлені

, якість глин регламентується відомчими

технічними умовами. Основними вимогами є: висока вогнетривкість,

яка залежить від кількості Al

, і низький вміст Fe

(2,2–5,5 %).

Вважається, що вміст Fe

у глинах першого сорту не повинен пере-

вищувати 1,5–3,5 %. Для ливарного виробництва також не існує чіт-

ких стандартів щодо глинистої сировини. Вони змінюються залежно

від умов застосування.

239

Економічні відомості

Узагальнена інформація про світові ресурси, запаси, видобуток і

споживання вогнетривких глин відсутня. Країни СНД володіють за-

пасами вогнетривких глин в декілька мільярдів тонн, з яких більше

половини зосереджено в Росії, третина – в Україні; порівняно невеликі

запаси виявлені в Казахстані, Білорусі, республіках Закавказзя і Тад-

жикистані. Найкрупніші родовища вогнетривких глин приурочені до

озерних і озерно-болотних відкладів (Часов-Ярське в Україні, Латнен-

ське в Росії). Менш масштабний, але достатньо широко поширений

прибережно-морський тип вогнетривких глин (Кур'їнське родовище в

Росії).

Генетичні та геолого-промислові типи родовищ

Відомо три основні генетичні типи родовищ вогнетривких глин:

елювіальний (вивітрювання), осадовий, гідротермально-метасома-

тичний. Промислове значення мають перші два типи родовищ.

Глини за своїм походженням поділяються на первинні й вторинні.

Первинні утворюються, головним чином, при вивітрюванні збагаче-

них польовими шпатами магматичних і метаморфічних порід (грані-

тів, пегматитів, гнейсів та ін.).

Найбільш високоякісні глини, з низь-

ким вмістом барвних оксидів, утворюється при вивітрюванні кислих

вивержених порід (гранітів, аплітів, пегматитів); малозалізистих без-

кварцових алюмосилікатних порід (метаморфічних слюдистих слан-

ців, піщано-глинистих та ін.). Форма покладів площинна, потужність

непостійна, досягає декількох десятків метрів. Каолін, як правило, є

головним мінералом. Присутні також гідрослюди, галуазит, залишко

вий кварц (до 60–70 %) і змінений польовий шпат. Вогнетривкість

первинного каоліну досягає 1750–1780

С. Вторинні каоліни є продук-

том природного відмулювання первинних, відкладених у водних ба-

сейнах у формі шарів і лінз. Поклади вторинних каолінів мають вели-

ку й невитриману потужність (до 15–20 м і більше, мінімальна проми-

слова – не менша 1 м).

Родовища України

Україна має великі запаси вогнетривких глин, родовища яких розві-

дані в межах Донбасу, УЩ, ДДЗ, в Карпатах [2, 15, 26, 30, 32, 37, 40–

42, 44]. Держбалансом враховані запаси по 16 родовищах вогнетрив-

ких глин (Андріївське, Веселівське, Девладівське, Затишанське, Крас-