Перейти к основному содержанию

Каолиновые глины

Глинистые породы каолинитовой группы


К подобным глинам относятся первичные каолины (глины коры выветривания, сложенные в основном каолинитом), вторичные каолины, возникающие при переотложении первичных, и каолинитовые глины, образующиеся обычно за счет выпадения соответствующих продуктов глубокого выветривания из коллоидных растворов.

Каолины и каолинитовые глины окрашены преимущественно в светлые тона (белые, светло-серые, желтовато-белые). Однако даже при небольшой примеси органических (гуминовых) веществ они приобретают темно-серую или даже черную окраску (углистые глины). Как показали исследования, произведенные М. Ф. Викуловой при помощи электронного микроскопа, частицы каолинита в коллоидных фракциях имеют различное происхождение.

Иногда каолинит образуется на месте образования глины за счет кристаллизации гелей кремнекислоты и глинозема, и тогда его частицы обладают правильными кристаллографическими очертаниями. Этот способ образования типичен для первичных каолинов коры выветривания и некоторых озерно-болотных отложений (сухарные глины). В других случаях каолинит образует псевдоморфозы по частицам мусковита, а может быть и других минералов, в результате постепенного их разложения в коре выветривания.

При размыве коры выветривания каолинит подвергается переносу и отлагается в виде очень мелких частиц. Такие частицы характеризуются неправильной формой, вызванной раздроблением их при переносе.

В более крупнозернистых фракциях каолинит образует пластинчатые листочки. Встречаются также довольно крупные (0,1 мм и более) сростки, имеющие вид удлиненных червеобразных изогнутых зерен.

Кроме каолинита, в описываемых глинах всегда присутствует примесь галлуазита, гидрослюд, органических веществ, пирита, сидерита и обломочных зерен (в особенности зерен кварца и выветрелого полевого шпата).

Структуры каолинитовых глин характеризуются некоторыми особенностями. Кроме обломочных структур, характерных для гидрослюдистых глин (псаммопелитовой и алевропелитовой), в каолинитовых глинах широким распространением пользуются гелевые структуры, образующиеся при коагуляции коллоидных частичек, меньших 0,001 мм в поперечнике. Из микротекстур наиболее характерны спутанно-волокнистая и ориентированная.

Некоторые разновидности каолинитовых глинистых пород (сухарные глины) характеризуются иногда неравномерным распределением более светлых и темных участков породы, обогащенных органическим веществом (хлопьевидная, струйчатая, конгломератовидная и брекчиевидная структуры), присутствием ооидной (бобовой) и сферолитовой структур.


Главные типы пород


Первичные каолины. Они обычно белого цвета и в этом случае при обжиге дают белый черепок. Залегают на кислых кристаллических породах, за счет выветривания которых они образуются. Мощность каолиновой коры выветривания может быть велика (обычно десятки метров, нередко около ста метров). В вертикальном разрезе она подразделяется на три зоны: в основании — зона дресвы, выше — гидрослюдистая и каолинитовая.
Первичные каолины обычно мало пластичны и содержат примесь обломочных частиц (кварца, не разложившихся полевых шпатов, слюды и др.), количество которых особенно велико в относительно крупнозернистых фракциях (больше 0,05 мм). В мелкозернистых фракциях преобладает каолинит. Присутствуют также гидратизированные слюда и галлуазит. Очень характерным признаком для первичных каолинов является постепенный переход вниз по разрезу в неизмененные породы и присутствие реликтовых структур, свойственных материнским отложениям.

Вторичные каолины. Вторичные каолины, в отличие от первичных, залегают всегда среди осадочных пород, часто среди песков, образуя более или менее мощные линзовидные пласты. Образуются они за счет размыва залежей первичных каолинов одновременно с их возникновением или в другую геологическую эпоху. Поэтому они распространены обычно в непосредственной близости к областям прежнего распространения каолинитовой коры выветривания.

Вторичные каолины окрашены в светлые тона, большей частью мучнисты, малопластичны и требуют поэтому добавок пластичных глин при изготовлении фарфоро-фаянсовых изделий. Вторичные каолины, так же как и первичные, характеризуются высокой огнеупорностью.
Каолинитовые глины. Многие каолинитовые огнеупорные глины, как показали работы М. Ф. Викуловой, образовались в основном не за счет отложения обломочных частиц каолинита, а путем синтеза каолинита из гелей кремнезема и глинозема на месте образования осадка. Это объясняется тем, что кремнезем и глинозем образуют золи противоположного заряда, оказывающего взаимное коагулирующее воздействие, что приводит в условиях водной среды к синтезу алюмосиликатов. В каолинитовых огнеупорных глинах, широко распространены частицы каолинита правильной гексагональной формы и наблюдаются структуры, возникающие при отложении коллоидного вещества (гелевая, ооидная и др.).

В каолинитовых глинистых отложениях можно различать две главные разновидности — сухарные породы и наиболее часто встречающиеся пластичные огнеупорные глины.

Сухарные «глины». Благодаря своей высокой огнеупорности эти глины представляют большой промышленный интерес. Для этих пород характерна исключительная тонкозернистость (они сложены часто на 85— 98% из частиц < 0,001 мм), белый или серый цвет, раковистый излом и угловатая отдельность. В воде они почти не размокают и после размола с водой образуют малопластичное тесто. От пластичных каолинитовых глин сухарные отличаются также наличием примеси свободных гидроокислов алюминия, что сближает их с глинами типа флинтклей, переходными к бокситам.
Для сухарных «глин» особенно свойственно большинство из указанных выше типов структур коллоидного происхождения, в частности брекчиевидная (конгломератовидная) или, чаще, хлопьевидная структуры. В наиболее уплотненных разновидностях иногда присутствуют порфиробластовые включения относительно крупных кристаллов каолинита.

Пластичные огнеупорные глины. Характеризуются светло-серой или серой окраской. Для них характерна также пелитовая структура и шелковистый блеск в изломе. В преобладающей части они ясно слоисты. Мощность пластов огнеупорных глин измеряется обычно несколькими метрами.


Происхождение


Каолинитовые породы типичны для разнообразных континентальных отложений и до настоящего времени не найдены среди морских осадочных пород. Они приурочены к коре выветривания или озерно-болотным, реже речным и дельтовым фациям. Встречаются они также среди отложений опресненных лагун. Важным условием их образования являются воды, богатые гумусом.

Каолинитовые породы возникали преимущественно при влажном тропическом и субтропическом климате в условиях суши с выравненным рельефом. В умеренно-теплом влажном климате чаще образовывались каолинит-гидрослюдистые и гидрослюдисто-каолинитовые глины.


Геологическое распространение

Каолинизированные породы встречаются еще с докембрия, но значительные скопления каолинитовых пород известны лишь со среднего палеозоя, где они образуют определенные парагенетические ассоциации с другими осадочными породами, главным образом с углями, бокситами и кварцевыми песчаниками.

Крупные месторождения огнеупорных глин известны в нижнекаменноугольных отложениях Подмосковной котловины, в меловых (?) отложениях Воронежской области, в третичных отложениях Украины. На Урале месторождения первичных каолинов связаны с доюрской корой выветривания, а залежи каолинитовых огнеупорных глин развиты в меловых и третичных отложениях. Аналогичного типа месторождения известны также на Украине, в Сибири и Средней Азии.

Практическое применение

Каолины и каолинитовые глины — важные полезные ископаемые. Они используются в керамической (фарфоро-фаянсовой), огнеупорной, бумажной, резиновой, мыловаренной, косметической и других отраслях промышленности.

Каолин является основной составной частью массы, употребляемой для приготовления фарфора. В состав этой массы входит, кроме того, огнеупорная глина, кварцевый материал (кварц или кварцевый песок) и полевой шпат.

Фаянсовая масса отличается от фарфоровой иным содержанием глины (30—35% вместо 7—20%), худшим ее качеством (дает приобжиге не такой белый черепок) и степенью пористости полученных изделий (у фаянса 12—15%, у фарфора — меньше 0,5%). Фарфоровые и фаянсовые изделия обладают белым черепком, поэтому основным требованием керамической промышленности к каолинам является ограниченное со-держание в них красящих окислов (железа, титана и хрома), которое не должно превышать 1,5%. Вредны механические примеси, а также рас-творимые соли и сернистые соединения. Желательна хорошая пластичность каолинита; ею, однако, обладают лишь некоторые его разно-видности каолинов.

Каолинитовые глины, применяющиеся в огнеупорной, промышленности, должны обладать огнеупорностью не ниже 1580°. Вредными примесями в них являются известь (вызывает понижение огнеупорности, увеличивает размягчение под нагрузкой и дает усадку при обжиге), органические вещества (уменьшают пластичность глин, увеличивают пористость изделий), железо, особенно в виде сульфидов (понижает огнеупорность, вызывает образование черных пятен), щелочи и окись титана (понижает огнеупорность). Содержание извести в огнеупорных глинах не должно превышать 1%, содержание железа— 3,5%, содержание щелочей — 2%. Примесь слюды также является вредной и понижает огнеупорность.

Для производства шамотных огнеупорных изделий огнеупорные глины используются частично в обожженном и размолотом, а частично в сыром виде в качестве связующего материала.

Бумажная промышленность является главным потребителем каолина, используя его как наполнитель в количестве 20—40% от общего объема бумажной массы. Каолин придает бумаге более гладкую поверхность, повышает ее плотность и просвечиваемость.

Необходимым условием для применения каолина в бумажной промышленности должно быть отсутствие в нем примеси песка, а также минимальное количество окислов железа, вызывающих пожелтение бумаги.

В резиновой промышленности каолин используется как наполнитель в составе резины, увеличивающий ее стойкость против истирания и кислотоупорность.

В мыловаренной промышленности каолин также используется как наполнитель. Хозяйственное мыло содержит 10—40% каолина, туалетное— 5%. В косметической промышленности каолин входит в состав разнообразных паст, мазей, помад, грима в качестве связующего, легко отмываемого вещества. В большом количестве каолин применяется при изготовлении пудры.

Месторождения каолинов Великобритании

Великобритания является страной с традиционной высоко-развитой керамической промышленностью, базирующейся на собственном высококачественном сырье — первичных (остаточных) каолинах, каолиновых, так называемых «комовых», огнеупорных и кирпичных, а также специфических сукновальных (фуллерова земля) глинах. По добыче каолина Великобритания занимает второе место в мире вслед за США, а по производству бентонитов входит в первую десятку стран.

Месторождения каолинов и каолиновых комовых глин находятся в Корнуолле и Девоншире (Юго-Западная Англия). Своеобразным кристаллическим фундаментом этого региона является гигантский гранитный батолит верхнекаменноугольного возраста, прорывающий девонские и каменноугольные преимущественно осадочные стратифицированные образования. Положительные формы неровной кровли этого батолита — куполы — выходят на дневную поверхность в виде серии крупных интрузивов: Дартмур, Бодмин Мур, Сент-Остелл, Карменеллис и Ланде Энд.

Все они сложены кварцевыми монцонитами и адамеллитами, состоящими из кварца, ортоклаза, плагиоклаза, коричневой слюды с акцессорным турмалином, цирконом и апатитом. С этими интру-зивами тесно связаны олово-вольфрамовые жилы, аплиты и пегматиты. В них широко проявлены грейзенизация и каолинизация. Наиболее интенсивная каолинизация отмечается в массиве Сент-Остелл.

Каолиновые залежи приурочены к верхним частям гранитных массивов и имеют воронкообразную форму размером в многие сотни метров. Глубина развития каолинизации в гранитах может составлять 200—300 м. Благодаря присутствию флюорита кремово-окрашенный каолин иногда приобретает розоватый оттенок. В его составе присутствует белая слюда, включая лепидолит и жильбертит, зерна кварца с мелкими идиоморфными кристалликами альбита, микропертита, топаза, флюорита, турмалина.

Образование каолина дискуссионно. Согласно одной точке зрения, это результат гипогенного изменения гранитов под воздействием перегретых паров и горячих газов, содержавших соединения бора и фтора, поступавших из глубин по трещинам и разломам, разлагавших калиевый полевой шпат с высвобождением кремнезема и калия: 2KAlSi3O8 + 3Н2O* Al9Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + 2КОН, с новообразованием небольших количеств флюорита и турмалина. Другая точка зрения рассматривает каолин как продукт выветривания гранитов.

Добыча каолина осуществляется в карьерах с помощью гидромониторов: струя воды под давлением размывает стенку карьера; глинистый материал в виде водной суспензии стекает в отстойники, освобождаясь от неглинистых частиц. Получаемая товарная продукция по химическому составу близка к чистому каолиниту: SiO2 46,5%; Al2O3 39,5%; К2O + Na2O до 2%; Fe2O3 0,5—1,2%, что в пересчете составляет 80—95% каолинита и 5—15% мусковита. Корнуольский каолин имеет очень высокую степень белизны, что особенно важно для бумажной промышленности. Однако из-за сравнительно большой крупности частиц керамические массы на его основе малопластичны; поэтому в них вводят пластифицирующие добавки — комовые глины и бентониты.

В этом же регионе Юго-Западной Англии, непосредственно к востоку от гранитного массива Дартмур находятся осадочные месторождения каолиновых комовых глин. Свое название они получили в связи с тем, что ранее они извлекались в виде шаров или комков массой около 15 кг. Геологически они связаны с бассейном осадконакопления Бови площадью свыше 25 км2, выполненным более чем 1100 м эоцен-олигоценовой толщей песков, алевролитов, алевритистых глин, комовых глин, углистых глин и лигнитов. В пределах этого бассейна выявлено более 40 промышленных пластовых залежей и линз комовых глин мощностью от 1 до 5 м.

Главный глинистый минерал комовых глин — каолинит, второстепенные — кварц и слюда типа иллита, примеси — органическое вещество (лигнит), оксиды железа и титана. В зависимости от окраски выделяют голубые, цвета слоновой кости и черные (с лигнитом) разновидности глин. Их химический состав варьирует в следующих пределах: SiO2 40—60%; Аl2O3 25—40%; Fe2O3 0,25—4,0%; Na2O 0—0,75%; К2O 0,5—4,0%. По своему грануло-метрическому составу глины тонкодиснерсные: размер свыше 80% слагающих их частиц составляет сотые—десятые доли микрометра.
Комовые глины обладают высокой пластичностью (максимальной в черной разновидности, богатой лигнитом), кремовым, белым или близким к белому цвету черепка, высокой дисперсностью и высокой прочностью в необожженном состоянии.

Добыча комовых глин чаще осуществляется карьерным способом. Однако, учитывая их высокое качество и немногочисленность таких образований, допускается и подземная их добыча. Значительная часть этого сырья используется для изготовления керамических дренажных труб, строительного, кислотоупорного и огнеупорного кирпича; до недавних пор на его базе процветало гончарное производство. Для получения высококачественного белого фарфора эти глины (ball clay) используются в качестве пластифицирующих добавок к вышерассмотренным каолинам (china clay).
Считается, что месторождения комовых глин бассейна Бови имеют озерно-болотное происхождение; они образовались за счет эрозии и химического разложения гранитов Дартмур и окружающих эти граниты пород с последующим переносом и отложением продуктов в эоценолигоценовом грабене.

Основная рубрикация


Поделиться с друзьями


 


Mineralmarket