Асбесты. Цеолиты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Асбесты. Цеолиты

Асбесты

Асбестами называют минералы, легко расщепляемые на тончайшие прочные и гибкие волокна и выдерживающие без изменений высокие температуры. К ним относятся хризотил-асбест, принадлежащий к группе серпентина, и ряд минералов из группы амфибола -- антофиллит-, амозит-, кроки-долит-, актинолит-, тремолит-, режикит- и родусит-асбесты.

Хризотил-асбест используется в промышленности наиболее широко, на его долю приходится до 95% мировой добычи асбестов. По химическому составу это водный силикат магния,; в качестве изоморфной примеси в его составе постоянно присутствует FeO. Кристаллы-волокна хризотил-асбеста обладают трубчатым строением и имеют форму полых цилиндров с внешним диаметром 26 нм, внутренним -- 13 нм и толщиной стенок 6,5 нм. Сингония хризотил-асбеста моноклинная.

Расщепляется хризотил-асбест на тончайшие волокна. По прочности на разрыв различают нормальное, полуломкое (пониженной прочности) и ломкое (малой прочности) волокно. При деформации (изгибе, скручивании) прочность волокна понижается, но она выше прочности любого растительного волокна, а у хризотил-асбеста выше, чем у амфибол-асбестов.. Промышленность использует как нормальное, так и полуломкое волокно, из ломкого же применяется лишь длинное, Теплостойкость хризотил-асбеста достигает 700°С; при этой температуре минерал теряет конституционную воду и становится хрупким и непрочным. Хризотил-асбест обладает хорошими тепло-, звуко- и электроизоляционными свойствами.. Твердость хризотил-асбеста 3--3,5, средняя плотность -- 2,5 г/см³. Цвет хризотил-асбеста в куске чаще всего белый, серый, зеленовато- и желтовато-серый, в распушенном виде обычно белый. Блеск минерала в агрегатах шелковистый. Хризотил-асбест щелочеупорен, но легко разлагается кислотами. Вследствие тонкой трубчатой структуры хризотил-асбест обладает высокими адсорбционными свойствами и принадлежит к хорошим гидравлическим добавкам. Волокна хризотил-асбеста имеют длину от сотых долей миллиметра до 250--300 мм, в основном же до 6--7 мм; волокно длиной 20--30 мм даже в крупных месторождениях составляет не более 1% от его общего содержания. Промышленность использует волокно длиной от 0,2 мм.

В природе волокна асбестов встречаются в агрегатах трех типов. Поперечно- и косоволокнистые агрегаты, т. е. жилки, в которых волокна асбеста ориентированы строго параллельно друг другу, но располагаются или перпендикулярно к стенкам жилы (поперечно-волокнистые жилки), или под косым углом, близким к прямому (косоволокнистые жилки). Они характерны преимущественно для хризотил-асбеста, крокидолита и амозита и дают главную массу легкорасщепляемого эластичного и прочного волокна.

Продольно-волокнистые агрегаты образуют жилки, в которых волокна располагаются параллельно стенкам. Они дают длинное волокно, но в основном низкого качества -- малой прочности, жесткое и ломкое, в промышленности обычно не используемое. Продольно-волокнистый асбест встречается в месторождениях хризотил-асбеста и антофиллита.

Спутанно-волокнистые агрегаты образованы по разному ориентированными пучками иголок и волокон асбеста, обычно короткого и непрочного. Агрегаты этого типа свойственны амфибол-асбестам (антофиллит, родусит, режикит).

Амфибол-асбесты -- магнезиально-железистые и щелочные силикаты ромбической и моноклинной сингонии. Наиболее важны в промышленном отношении асбесты, принадлежащие к группе щелочных, так называемых «синих и голубых» асбестов: крокидолит-асбест и родусит-асбест волокно которых имеет несколько худшие, чем у хризотил-асбеста, прочностные характеристики и огнеупорность, но отличается от него высокой кислото- и щелочестойкостыо, а также сорбционной способностью. Режикит-асбест (из группы «голубых») образует длинное и наиболее прочное волокно.

Применение в промышленности

Асбесты широко применяются во многих отраслях промышленности при выработке более 2000 различных видов продукции.

Хризотил-асбест. По характеру применения и длине волокна выделяют три группы сортов хризотил-асбеста.

Текстильный асбест охватывает группу сортов с длиной волокна более 8 мм. Такое волокно используется в первую очередь для производства асбестовой пряжи и тканей, которые идут для изготовления защитных огнестойких костюмов, брезентов, противопожарных занавесей, тормозных лент, дисков сцепления, различных набивок для машин, уплотняющих прокладок, электроизоляционных лент и шнуров, фильтров, палладированных и платинированных асбестов, используемых в качестве катализаторов в химическом производстве.

К текстильным принадлежат 1, 2 и 3-й сорта со средней длиной 16 мм, 12 мм и 9 мм соответственно.

Шиферно-картонно-бумажный асбест имеет длину волокна 2--8 мм (сорта 4 и 5) и применяется для производства огнестойкого, прочного и легкого кровельного материала (шифера), асбоцементных труб для канализации, водопровода, газо- и нефтепроводов, для получения асбестовых бумаги и картона, а также для изготовления различных тепло- и электроизоляционных смесей, в частности теплостойких пластмасс.

Цементный, или строительный, асбест состоит из волокон длиной 2,0--0,2 мм (6-й и 7-й сорта). Такое волокно в смеси с цементом и другими материалами в больших количествах используется для производства огнестойких и теплоизоляционных строительных материалов (асбоцементных плит для междуэтажных перекрытий, листов для внутренней облицовки зданий, асбестовых штукатурок и т. п.), огнеупорных красок, теплоизоляционных составов для обмазки паровых котлов и трубопроводов на морских и речных судах и т. д.

Амфибол-асбесты применяются для тех же целей, что и хризотил-асбест, но главным образом для изготовления кислото- и щелочеупорных изделий и изделий, стойких к действию морской воды. Крокидолит-и родусит-асбесты на основе их высокой адсорбционной способности применяются для изготовления фильтров, удерживающих радиоактивную пыль и газы.

Генетические типы промышленных месторождений хризотил-асбеста

Гидротермальные апоультрамафитовые месторождения-- связаны с массивами серпентинизированных ультрамафитов. Различают три подтипа подобных месторождений.

Баженовский подтип объединяет месторождения, приуроченные к крупным массивам гипербазитов, сложенным преимущественно перидотитами, протягивающимися по простиранию на десятки километров при ширине до 10 км и более. Эти массивы часто ассоциируют с более молодыми гранитоидными интрузивами. В пределах месторождений обычно присутствует несколько асбестовых залежей линзовидной или эллипсоидальной формы значительных мощности (до 400 м) и протяженности (до 3,0 км). Глубина распространения отдельных залежей достигает нескольких сотен метров. Залежи асбеста, как правило, имеют зональное строение. Во внутренней зоне залежей наблюдаются простые отороченные жилы асбеста (рис. 6). Они возникли на месте тончайших трещин и сложены чистым поперечноволокнистым хризотил-асбестом. По обеим сторонам жил располагаются полосы (оторочки) массивного хризотилового серпентинита, затем полосы в различной степени серпентинизированного ультрамафита, наконец, они сменяются перидотитом или дунитом.

Простые отороченные жилы содержат асбестовое волокно наибольшей длины (до 60мм а иногда до160мм). Ближе к периферии залежи встречаются сложные отороченные жилы (Рис. 1 ), представленные сериями параллельных друг другу жилок асбеста.

Рис. 1 Типы жил хризотил-асбеста. (По П.М.Татаринову) а -простые отороченные жилы; б - сложные отороченные жилы; в- сет чатый асбест; г - мелкопрожилковый асбест. 1- хризотил-асбест; 2 - перидотит; 3 - массивный серпентинит

Далее к периферии располагаются сетчатые жилы, состоящие из серий относительно коротких, беспорядочно ориентированных жилок асбеста. Из таких руд добывают волокно средней длины (5-8мм). Вдоль зон разломов среди серпентинитов встречаются мелкопрожилковые асбесты, но промышленного значения они не имеют.

Геологическими границами асбестовых залежей баженовского подтипа обычно служат зоны разломов,. Залежи характеризуются крайне неравномерной насыщенностью асбестом при среднем содержании волокна шести сортов (0--5) в промышленных рудах от 1,5 до 8 %.

Запасы асбеста месторождений баженовского подтипа от нескольких сотен тысяч до десятков миллионов тонн. Примерами месторождений являются: в России-- Баженовское (Средний Урал), Джетыгаринское (Кустанайская область), Актоврак (Тува), Молодежное (Бурятия); в Канаде -- Джеффри, Блек-Лейк и др.; в Зимбабве -- Шабани и Машаба. На долю месторождений этого подтипа приходится 95,5 % учтенных мировых запасов асбеста, они обеспечивают 95 % добычи товарного асбеста в основных асбестодобывающих странах --России, Канаде и Зимбабве.

Месторождения лабинского подтипа имеют в большинстве случаев небольшие размеры и представляют собой жилообразные полосы серпентинитов, пронизанных параллельными жилами асбеста, Эти зоны серпентинитов прослеживаются по простиранию на десятки и сотни метров, при мощности 0,1-2,0 м, Асбест поперечно-волокнистый, длина волокна 60мм., относится к высококачественным текстильным сортам. Но среднее содержание волокна в породе не превышает 2.5%. На долю месторождений лабинского подтипа приходится лишь около 1% мировых запасов асбеста. Примером месторождений этого подтипа является Лабинское на Северном Кавказе.

Особенностью месторождений карачаевского подтипа является продольно-волокнистое жилкование по плоскостям трещин и скольжения в серпентинитах. Представителями подтипа помимо Карачаевского месторождения (Сев. Кавказ) являются Ешкеульмесское (Казахстан) и др.

Контактово-метасоматические апокарбонатные месторождения хризотил-асбеста локализованы в магнезиальных карбонатных породах вблизи контактов с основными или кислыми изверженными породами. Карбонатные породы сначала перекристаллизовывались, а затем замещались серпентинитом в виде отдельных полос, в которых располагаются серии параллельных жилок хризотил-асбеста разной мощности. Асбест в жилах поперечно-волокнистый с длиной волокна до 10-50мм. Содержание волокна в рудной массе -3%.. Месторождения имеют небольшие размеры, но представляют промышленный интерес как источник безжелезистого асбеста. На долю месторождений этого типа приходится 1,5% мировых запасов и 1% добычи хризотил-асбеста. К месторождениям этого типа относится Аспогашское месторождение.

Мировые запасы хризотил-асбеста (без стран СНГ) составляют 250 млн т, в том числе подтвержденные - не менее 180 млн т, а производство волокна - около 2 млн т. Наибольшими запасами и производством хризотил-асбеста обладают Канада, Китай, США, Зимбабве, Италия, Бразилия, Греция, ЮАР.

Россия обладает крупнейшей в мире сырьевой базой хризотил-асбеста, запасы которого размещены в месторождениях Урала и Сибири, составляя по промышленным категориям 110,8 млн т и категории С2 18,6 млн т волокна. Производство асбеста в 1996 г. составило 0,428 млн т.

Из стран СНГ существенную сырьевую базу хризотил-асбеста имеет Казахстан (общие запасы -13,4 млн т, производство волокна - 0,5 млн.т.).

Генетические типы месторождений амфибол-асбестов

Месторождения амфибол-асбестов принадлежат к гидротермальному типу, Они относятся к средне - и низкотемпературным образованиям различных глубин.

Месторождения антофиллит-асбеста ассоциируют с серпентинитами и тальк-карбонатными породами, возникающими при метаморфизме ультрамафитов. Их типичными представителями являются месторождения Среднего Урала (Сысертское и др.), Казахстана (Бугетысайское).

Мировые запасы и запасы отдельных месторождений антофиллит-асбеста, как и других амфибол-асбестов, на два порядка меньше, чем хризотил-асбеста. Наиболее крупные месторождения антофиллит-асбеста с запасами 150 тыс.т известны в Финляндии, более мелкие в США, Бразилии, Кении и других странах. Наибольшее годовое производство антофиллит-асбеста достигало в Финляндии (более 10 тыс.т). В странах СНГ месторождения антофиллит-асбеста разведаны в Казахстане. В России имеется крупная сырьевая база антофиллит-асбеста на Среднем Урале (с запасами 120 тыс.т волокна).

Месторождения крокидолит- и амозит-асбестов образовались в процессе гидротермальной деятельности при региональном метаморфизме и представлены согласными пластовыми жилами асбеста в железокремнистых породах (Южная Африка и Австралия).

Амозит-асбест образует крупнейшие месторождения по сравнению с другими амфиболами. В месторождениях ЮАР его общие запасы составляют 3,0 млн т. Годовое производство - 26 тыс.т волокна.

В месторождениях ЮАР общие запасы крокидолит-асбеста составляют 2,55 млн т. Производство волокна находится на уровне 11 тыс.т в год.

Родусит-асбест образует наиболее крупные запасы в Боливии, известны в Центральном Казахстане, а в России - в Красноярском крае.

Цеолиты

Цеолиты это водные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов, обладающие открытой каркасно-полостной структурой. Особенностью этой структуры является то, что во внутрикристаллическом пространстве имеется система, соединённых каналами между собой и окружающей средой микрополостей, в которых располагаются обменные катионы и молекулы воды. Последние при определённых условиях (например при нагревании) могут быть частично или полностью удалены, а затем вновь присоединены или заменены без нарушения кристаллического каркаса. Это и определяет их промышленную ценность.

Всего известно более 40 природных и около 150 искусственных аналогов цеолитов. Промышленные концентрации образуют только 5-6 видов природных цеолитов. Наиболее промышленноценными являются: клиноптилолит, морденит, шабазит, анальцим. Эти цеолиты являются молекулярными ситами.

Цеолиты применяются в различных областях:

1. В области охраны и оздоровления окружающей среды для очистки газовых отходов предприятий от оксидов серы, азота и углерода, аммиака и сероводорода, промышленных сточных вод от ионов аммония, токсичных и радиоактивных металлов (Hg, Pb, Zn, Cd, Ce, Sr, Rb, U), а также для очистки вод нефтепереработки, питьевого и промышленного водоснабжения.

2. В промышленности: а) для осушки и очистки газов, жидкостей и хладоагентов (б) для разделения кислорода и азота воздуха; в) являются высокоэффективными катализаторами при крекинге нефти; г) в производстве высококачественной бумаги; д) при изготовлении особо эластичной резины; е) при разделении металлов и получении особо чистых их солей; ж) в качестве гидравлической добавки к портландцементам.

3. В сельском хозяйстве: а) в растениеводстве -- внесение в почву цеолитов приводит к стабильному повышению урожайности это объясняется тем, что цеолиты длительное время удерживают в почве влагу и внесенные вместе с ними удобрения, нейтрализуют кислые почвы, улучшают структуру почв, поглощают токсичные металлы; б) в животноводстве и птицеводстве в качестве кормовых добавок, а также в качестве дезодораторов помещений.

Промышленные типы месторождений цеолитов

асбест цеолит амфибол промышленность

Диагностика цеолитов весьма затруднена из за малых размеров кристаллов (сотые и тысячные доли мм). Применение рентгено-структурных и электронно-микроскопических исследований позволило установить, что цеолиты часто являются основными породообразующими минералами.

Крупные концентрации цеолитов, имеющие практическую ценность, образуются в основном в результате диагенстических или гидротермальных процессов. Выделяют три промышленно-генетических типа цеолитовых месторождений, в большинстве из которых цеолиты образовались путем замещения вулканического стекла разного состава, образуя пласто- и линзообразные залежи.

Вулканогенно-гидротермальные месторождения пространственно и генетически связаны с наземным андезито-дацитовым постскладчатым вулканизмом, субмаринным современным базальт-андезито-дацитовым вулканизмом прибрежных островных дуг и палеозойско-мезозойским эффузивным трапповым магматизмом платформ.

Месторождения миндалекаменного подтипа представлены пластообразными залежами в лавах и туфах, содержащими крупнокристаллические выделения цеолитов в газовых, межшаровых и трещинных полостях. Промышленного значения не имеют.

Месторождения геотермально-гидротермального подтипа. К этому подтипу относятся линзовидные- и пластообразные залежи в лавово-пепловых толщах долгоживущих вулканических центров. Цеолитизация связана с циркуляцией щелочных вадозно-гидротермальных и геотермальных растворов и охватывает породы на площади в десятки квадратных километров при мощности до десятков метров.

Наиболее распространены микрокристаллические морденит, клиноптилолит, ломонтит, анальцим. Цеолиты ассоциируют с кварцем, кальцитом, монтмориллонитом, хлоритом, альбитом, эпидотом и сульфидами.

Промышленно перспективными месторождениями этого подтипа являются в России Паужетское, Паратунское, Долина Гейзеров на Камчатке, Горячий пляж на Курильских островах (о-в Кунашир),

Стратиформные месторождения цеолитизированных туфов пространственно и генетически связаны с мощными толщами эффузивно-осадочных пород, накапливавшихся в морских бассейнах нормальной солености и в субаэральных условиях в районах проявления андезито-дацитового вулканизма. Эти толщи сложены лавами и туфами андезитов, дацитов и реже базальтов. Цеолитовая минерализация тяготеет к зонам крупных разломов и оперяющим трещинам.

Стратиформные месторождения цеолитизированных туфов характеризуются крупными размерами. Мощности рудных тел -- пластов и линз цеолититов -- от нескольких до десятков метров, а протяженность десятки километров. Запасы цеолитов отдельных месторождений достигают десятков и сотен миллионов тонн.

Вопрос о генезисе стратиформных месторождений цеолитов трактуется различно. Многие исследователи считают их осадочными, а цеолитизацию, происходившей под воздействием морских или поровых вод. Другие же. полагают, что цеолитизация туфов была эпигенетической, наложенной и связана она с восходящими потоками поствулканических гидротермальных растворов, которые двигались по разрывным нарушениям и вблизи поверхности растекались по пластам проницаемых вулканитов, что приводило к метасоматическому развитию цеолитов.

Стратиформные месторождения заключают основные запасы высококремнистых цеолитов и эксплуатируются во многих странах мира, в том числе и в России. Цеолитизированные туфы обнаружены на Камчатке, Сахалине, Курильских островах и в Приморье, в Восточной Сибири (Тунгусская синеклиза). На территории бывшего СССР наиболее крупные месторождения клиноптилолита и морденита располагаются в следующих районах: в Закарпатье в Солотвинской впадине -- Крайниковское, Сокирнецкое, Даниловское и Водинское; в Грузии -- Тедзамское, Дзегвское, Ахалцихское; в Армении -- Ноемберянское и Ленинаканское; в Азербайджане -- Айдагское и Кимерлинское.

В США распространены мощные толщи кайнозойских цеолитизированных туфов, включающие крупнейшие месторождения клиноптилолита, шабазита, эрионита. Аналогичные крупные месторождения известны в Японии, Новой Зеландии, Мексике, Кубе, Италии, Франции и др.

Вулконогенно-осадочные лимнические месторождения. Месторождения цеолитов этого генетического типа выявлены в рифтовой зоне Восточной Африки и на западе США и связаны с содовыми озерами, расположенными в кальдерах плейстоценового и современного вулканизма.

Цеолиты формировались в донных отложениях, представленных вулканическими илами. В условиях аридного климата и при участии вулканических эксгаляций в озерах накапливались карбонатно-натриевые, иногда с бором рассолы; они вызывали быстрое диагенетическое преобразование вулканического стекла донных осадков в цеолиты. Наибольшим распространением пользуются анальцим, филлипсит, хабазит и эрионит. Реже встречаются клиноптилолнт и морденит.

Рудные тела представлены пластовыми и линзовидными залежами, мощность которых достигает десятков метров, а площадь - десятков и сотен квадратных километров. Максимальное содержание цеолитов в залежах 70%, а запасы цеолитов в отдельных месторождениях составляют десятки миллионов тонн. Руды обычно комплексные (цеолиты, бораты, карбонаты натрия).

Цеолитовые отложения промышленного значения обнаружены в озерах США Танзании и Кении. Возможно, такой генезис имеют некоторые месторождения цеолитов Туркмении, Турции, Ирака и Ирана.

Литература

1. Авдонин В.В., Бойцов В.Е. и др. Месторождения металлических полезных ископаемых. Москва. 2005 г. 720 с.

2. Ажгирей Г.Д. Общая геология. Москва. Просвещение. 1974г. 479 с.

3. Алексеенко В. А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 2000. 626 с.

4. Алексеенко В. А. Миграция и концентрация химических элементов в биосфере. Краснодар: КубТТУ, 1997. 119 с.

5. Алексеев В.Л., Пущаев А.М., Сычев В.М. и др. Отчет Бриентской партии по крупномасштабному глубинному картированию листов N-40-131-Г-б, N-40-131-Г-г, N-40-132-B-3, N-40-132-B-B, N-40-143-B-6, N-40-НЗ-Б-г, N-40-143-Г-б, N-40-143-r-r, N-40-144-A-a, N-40-144-A-B, N-40-144-B-a, N-40-144-B-B в «Теренсайском рудном районе в 1981-84 гг.», 1984 г. 259 с.

6. Алексеев В.Л., Пущаев А.М., Сычев В.М. и др. Отчет Бриентской партии по крупномасштабному глубинному геологическому картированию территории в Теренсайском рудном районе в 1981-84гт. Нежинская ГРЭ, Оренбург, 1984, 238 с.

7. Астахов А. С, Малышев Ю. Н., Пучков Л. А. и др. Экология, горное дело и природная среда. М.: Изд-во Ml 1 У, 1999! 365 с.

8. Барсуков В. Л., Борисов М. В. Рудообразование при смешении термальных растворов, фильтровавшихся по породам контрастно-различного состава/УГеохимия, 1992. № И. С. 1382-1397.

9. Барсуков В. Л., Лаверов Н. П., Пэк А. А. Структура потока рудообразующих растворов как один из факторов зональности гидротермальных месторождений // Геохронология и проблемы рудообразования. М: Наука, 1977. С. 132-145.

10. Баринов А.А. и др. Геологическое строение района среднего течения р. Суундук и М. Караганка, 1967 г. 641 с, 45 граф. прил. Библ. 50 назв.

11. Басков Е А., Суриков С. Н. Гидротермы земли. Л.: Недра, 1989.245 с.

Размещено на Allbest.ru