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 каолиновые 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