Щипцов В.В.

Институт геологии Карельского НЦ РАН, г.Петрозаводск, Россия

The value of the industrial minerals that occur in Russian Karelia varies with the most important geological events in the crustal evolution of the Fennoscandian Shield. Karelia has polygenic and multi-type deposits and occurrences, both mined and potential. The region is rich in various industrial minerals used for the production of abrasives, ceramics, chemicals, construction materials, fertilizers, glass, metals, paints, pigments, paper, refractories and various synthetic fibres.

The development of industrial minerals is a realistic opportunity. The potential industrial minerals, occurring in the region, are promising and attractive. The main goal is to strengthen the influence of mining companies on new economic relations and the formation of a civilized market and to establish international relations.

It was proposed the systematization of industrial minerals of Karelia on the end uses. A few examples was given at this proceeding. The main goals are: (1) to identify high-quality industrial mineral occurrences in Karelia; (2) to mine and process regional resources with regard for local requirements and market demand; (3) to use up-to-date technologies to mine deposits on an integrated basis and to minimize damage to the environment.

Минерально-сырьевые ресурсы являются материальной основой производительных сил общества и неотъемлемой частью истории развития человеческого общества. Так, например, к концу XVII в. стали активно использоваться более 20 видов неметаллических полезных ископаемых. В настоящее время общее число промышленных минералов и горных пород, используемых в хозяйственной деятельности, превысило 170, в т.ч. на территории Республики Карелия (в геологическом отношении часть Фенноскандинавского щита) их отмечено около 50, включая общераспространенные виды. В связи с постоянным вовлечением в производственную сферу все новых видов полезных ископаемых в практике геологических исследований определились понятия традиционные (давно известные и используемые), нетрадиционные и новые виды минерального сырья.

Применительно к индустриальным минералам новыми следует считать ранее неизвестные минералы и породы (выявленные в последние 10-20 лет), которые по химическому составу и другим качественным показателям могут явиться по отношению к традиционным видам альтернативным источником при производстве традиционных видов продукции и изделий на основе существующих и новых технологических схем. Например, в Карелии это шунгитсодержащие сланцы, анортозиты, мусковитовые кварциты, оливины, кварцевые прибрежные россыпи, барий-стронциевые полевые шпаты и др. Понятие "новое сырье" можно рассматривать как на мировом, так и региональном уровнях.

К нетрадиционным видам следует относить те из них, полезные свойства которых были известны, но в современных экономических условиях разработаны новые технологические решения, позволяющие говорить о рентабельности и эффективности. Например, в Карелии о промышленной ценности кианита, граната и диатомитов сообщалось уже в 30-х годах, но в то время технологический уровень изученности носил характер стартового и не определял в значительной степени возможные области использования и конечные продукты промышленного производства в силу технического развития общества. На некоторых объектах проводились поисково-оценочные работы. К подобным промышленным минералам можно также отнести тальковый камень, ильменит, апатит, кварцевые порфиры, нефелиновые сиениты и др.

В связи с этим следует подчеркнуть важную особенность многих видов индустриальных минералов многоцелевого назначения, в чем заключается большое отличие от руд металлов и горючих ископаемых, где ценность сырья определяется, прежде всего, содержанием полезного компонента, качество же индустриальных минералов оценивается в зависимости от их физических, физико-химических свойств и особенностей минерального состава, диапазон которых весьма широк и многообразен.

Например, полевые шпаты за последний период используют в новых производствах таких, как производство стеклокристаллических материалов типа ситаллов и шлакоситаллов, теплоизоляционных материалов типа «пеностекло», производствах вяжущих материалов, нефритованных глазурей, сульфатно-щелочных удобрений. Ситаллы и шлакоситаллы широко применяются в строительстве, химической, горнодобывающей и электротехнической отраслях промышленности. В производстве сварочных электродов полевошпатовые материалы служат флюсом в керамической обмазке (шлакообразующий материал, стабилизирующий дугу).

Полевые шпаты в небольших количествах используют в качестве наполнителя в лакокрасочном и резиновом производствах, при изготовлении опалесцирующего стекла, черепицы, бетона, цемента, изразцов. Их используют также в производстве мыла, полировочных порошков, искусственных зубов. Отдельные разновидности полевых шпатов (лунные и солнечные камни, амазонит) являются камнесамоцветным сырьем.

Применение индустриальных минералов Карелии прогнозируется для производства композиционных керамических изделий. Здесь определилось весьма перспективное направление: получение высокопрочных и высокоогнеупорных и кислотоупорных изделий на основе муллитовой, волластонитовой, форстеритовой и других подобных видов керамики. Прекрасным сырьем для этого могут явиться магнезиальные силикаты (безжелезистый оливин, диопсид), высокоглиноземистые метаморфические минералы (силлиманитовая группа минералов).

При получении высокопрочной керамики представляют интерес и некоторые карбонатно-кремнистые, ультраосновные (дуниты, серпентиниты и др.) породы, имеющие химический состав, близкий к составу конечной продукции (волластонитовая, муллитовая керамика и др.). Возможны производства искусственных легких заполнителей бетонов и теплоизоляционных засыпок на основе шунгитсодержащих пород, диатомитов, различных сланцев. Нужным качеством в этом отношении обладают базальты, андезиты, доломиты и др. Подобные примеры можно привести и для многих других направлений промышленного производства.

В классификации, разработанной ведущими специалистами ЦНИИгеолнеруда (г.Казань) [1], выделены 3 важные группы: 1) минералы, используемые в естественном состоянии (промышленные минералы); 2) минералы и горные породы, используемые для переработки или в технологических процессах (индустриальное минеральное сырье); 3) горные породы, используемые в естественном состоянии (промышленные горные породы).

В мире при освоении индустриальных минералов наметились тенденции, имеющие зависимость от более жестких требований, предъявляемых потребителями на мировом рынке. П. Харбен и Р. Бейтс [2] считают, что в настоящее время накладывается большая ответственность на поставщиков материалов из индустриальных минералов в смысле соблюдения стандартов на готовую продукцию.

Особенно это относится к стекольному производству, наполнителям и покрытиям в бумагоделательной промышленности и т.п. Процесс горной добычи, рудоподготовки и обогащения индустриальных минералов все чаще связан с применением новых современных методов, в частности, методы электростатической сепарации и оптической сортировки, использование различных химических процессов и т.д.

Приоритет отдается развитию новых направлений применения минерального сырья, например, наполнители для производства резины, бумаги, красок и пластиков. На мировом рынке минерального сырья усиливается конкурентность. В связи с этим целый ряд индустриальных минералов, используемых в прошлом и настоящем, могут за короткий срок стать неконкуретноспособными, а наоборот, появится конъюнктура на новые виды индустриальных минералов.

Системный анализ минерального сырья Карелии позволил классифицировать группу индустриальных минералов на две подгруппы, обладающие важными с практической точки зрения физическими и химическими или механическими свойствами, - это подгруппа минералов (монокристаллы и кристаллические агрегаты) и подгруппа горных пород, сложенных одним, двумя или более минералами. Индустриальные минералы Карелии могут использоваться в различных сферах промышленного производства. В практическом отношении важную роль имеет конкретный материал или изделие, в котором использован тот или иной индустриальный минерал.

Нами сделана попытка нового подхода к классификации индустриальных минералов Карелии [3]. В основу классификационного признака положен критерий конечного применения минерального продукта по аналогии с имеющимися разработками Международной рабочей группы по индустриальным минералам (IMIWOG) [4]. Исходным материалом стали данные по промышленной продукции, опытным партиям, лабораторным испытаниям и теоретическим разработкам. Такой подход концентрирует внимание на практической значимости геолого-технологических исследований минерального сырья для получения из него продукта, соответствующего требованиям промышленности (абразивная, газовая и нефтяная, керамическая промышленность, медицина, металлургия и металлопроизводство, пищевая промышленность, промышленность строительных материалов, сельское хозяйство, стекольная производство, химическая промышленность, электро-, электронная и оптическая промышленность, смешанные отрасли производства, а также окружающая среда).

Ниже приводятся примеры по нескольким индустриальным минералам Карелии с учетом производственных данных лабораторных и прикладных исследований и теоретических предпосылок (в тексте сверху под цифрой 1 - это промышленное использование, 2 - опытные партии, 3 - лабораторные испытания, 4 - теоретически предполагаемое использование:

Геллефлинта (нетрадиционное полевошпатовое сырье) (месторождение Костомукшское): абразивная (абразивные круги²; пасты, порошки, дробь⁴), керамическая (глазурь, санитарная, техническая, тонкая керамика², майолика⁴, эмаль¹), металлургическая (электроды для дуговой сварки³), стекольная (бутылки, бытовые, окрашенные и медицинские стекла ⁵, глушеные стекла²), химическая (химстойкие материалы³), электротехническая (высоковольтный фарфор³) промышленность, охрана окружающей среды (фильтрация воды¹), промышленность стройматериалов (бетон, бутовый камень, облицовочные плиты, пиленый камень, песок, цемент², щебень¹).

Гранат (месторождения Тербеостровское и Высота-182): абразивная (абразивные круги, абразивы в деревообработке и детергентах, наждачная бумага², пасты, порошки, дробь³), электронная (шлифование и полирование деталей кинескопов⁴) промышленность, охрана окружающей среды (фильтрация воды³), смешанные отрасли (водоструйное оборудование³, очистка днищ кораблей³), промышленность стройматериалов (пескоструйный материал³),.

Карбонатит (кальцит) (месторождение Тикшеозерское): абразивная (пасты, порошки, дробь⁴, медицинская (бактерициды⁴), пищевая (обработка продуктов и добавки⁴), стекольная (бутылки, бытовое, окрашенные, медицинское, глушеное стекло⁴), химическая (пигменты, поташ, сода, целлюлозно-бумажное производство⁴) промышленность, промышленность стройматериалов (вяжущие, силикатный кирпич, цемент⁴), охрана окружающей среды (обработка поверхности озер, лесных массивов, фильтрация воды⁴), сельское хозяйство (агрохимические удобрения⁴).

Карбонатные породы (месторождения Рускеала, Пялмозеро, Виданское, Чирка-Кемь, Елмозеро): абразивная (пасты, порошки, дробь⁴, медицинская (бактерициды⁴), металлургическая (железистые окатыши³), пищевая (обработка продуктов и добавки⁴), стекольная (бутылки, бытовое, окрашенные, медицинское стекло⁴), химическая (поташ, сода⁴, целлюлозно-бумажное производство⁴) охрана окружающей среды (обработка поверхности озер, лесных массивов, фильтрация воды⁴), сельское хозяйство (агрохимические удобрения², инсектициды^1,3), промышленность стройматериалов (асфальт^1,3, бетон⁴, вяжущие^2,4, облицовочные плиты^1,2,4, силикатный кирпич^1,2,3, цемент⁴).

Кварцевый порфир (нетрадиционное полевошпатовое сырье) (месторождение Роза-Лампи): абразивная (пасты, порошки, дробь⁴), керамическая (майолика⁴), химическая (химстойкие материалы³), электронная (высоковольтный электрофорфор³) промышленность, смешанные отрасли (лабораторная посуда³), промышленность стройматериалов (бутовый камень⁴, облицовочные плиты³).

Кварциты (месторождения Метчангъярви, Нестерова Гора): абразивная (абразивные круги⁴), керамическая (фарфоро-фаянсовая посуда³), металлургическая (огнеупоры³, флюс², футеровочный материал³), стекольная (бутылки, бытовое, окрашенные, медицинское, глушено стекло⁴), химическая (высокодисперсный кремнезем³, химстойкие материалы³) промышленность и промышленность стройматериалов (асфальт^, бетон, бутовый камень⁴, облицовочные плиты³, пескоструйный материал⁴, силикатный кирпич³, строительная керамика⁴, цемент, штукатурка³, щебень²).

Кианит (месторождение Хизоваарское): керамическая (техническая керамика³), металлургическая (антипригарные покрытия³, в неформованных огнеупорах², для прецизионного литья²) промышленность и промышленность стройматериалов (жаропрочный бетон²), смешанные отрасли (получение муллита²).

Мусковит (Восточно-Хизоваарское месторождение): газовая и нефтяная (буровые растворы²), химическая (бумажное производство¹, краски², резина, пластмассы, мастики и другие композиционные материалы²), металлургическая (электроды²), электронная (изоляторы покровные и заливочные компаунды², электронные устройства¹) промышленность, смешанные отрасли (косметика³, сварка²) и промышленность стройматериалов (строительные изделия¹).

Нефелиновые и щелочные сиениты (нетрадиционный полевой шпат) (месторождение Елетьозерское): абразивная (абразивные круги²), керамическая (керамогранит¹, майолика, санитарная керамика, техническая керамика³), стекольная (бутылки, бытовое, окрашенное, глушеное стекло³), электронная (электровакуумное стекло²) промышленность, охрана окружающей среды (фильтрация воды³), смешанные отрасли (камнелитейные изделия, лабораторная посуда³), промышленность стройматериалов (асфальт⁴, бутовый камень³, цемент⁴).

Тальковый камень (месторождение Турган-Койван-Аллуста, Каллиево-Мурененваара, Озерки): медицинская (наполнитель⁴), металлургическая (антипригарные покрытия⁴, огнеупоры, футеровочный материал³), химическая (резина, другие композиционные материалы, термостойкий материал⁴) промышленность, сельское хозяйство (агрохимические удобрения^2,3), смешанные отрасли (бытовые нагреватели и теплоаккумулирующие устройства³, камины, тарелки и др.^1,3, пиленый камень³), промышленность стройматериалов (бетон, облицовочные плиты, огнеупорный кирпич, плитки для кровель и облицовки³).

Шунгит высокоуглеродистый (месторождения Зажогинское. и, Шуньгское): медицинская (бактерициды³), металлургическая (кремний, карбид кремния², металлургический порошок, сорбенты в гидрометаллургии³, сплавы²), химическая (катализатор, наполнители, краски, резина, другие композиционные материалы, пигменты, сорбент²), электронная (изоляторы покровные и заливочные компаунды^2,4, конструкционные радиоэкранирующие материалы²) промышленность, охрана окружающей среды (фильтрация воды²), смешанные отрасли (пробирный камень², сварка¹, смазки³), промышленность стройматериалов (облицовочный материал¹ и щебень² ).

Литература

1. Нетрадиционные виды нерудного минерального сырья // под ред. У.Г.Дистанова и А.С.Филько. М.: Недра, 1990. - 261 с.
2. Harben P.& Bates R. Industrial Minerals (geology and world deposits). London, 1990. - 245 p.
3. Щипцов В.В. Современная минерально-сырьевая база индустриальных минералов Республики Карелия // Геолого-технологическая оценка индустриальных минералов и пород Республики Карелия и отдельных регионов Европейского континента. Петрозаводск, 1997. - С.7-20
4. Virta R., Lorenz W.& Reguero M. Industrial minerals and rocks. Classification of end uses // Industrial Minerals. 1994. № 319. - Р. 133-39

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья том 2