Месторождения горючих и неметаллических полезных ископаемых

Алмаз нерастворим в кислотах и щелочах, а поэтому является весьма устойчивым минералом. Он хорошо проводит тепло и плохо - электричество. Плотность алмаза составляет 3,52 г/см3, температура плавления - 3 700-4 000 о С, температура сгорания на воздухе - 850-1 000 о С. При нагревании до 1 200 - 1 500 о С без доступа воздуха алмаз переходит в графит. В ультрафиолетовых и рентгеновских лучах и при ионной бомбардировке он люминесцирует.

Алмазы бывают бесцветные и прозрачные («чистой воды»), бесцветные с голубым, зеленым, желтым, розовым, коричневым и другими оттенками и окрашенные («фантазийные») - синие, зеленые, желтые, красные. В кристаллах алмаза нередко наблюдаются различные примеси: твердые, жидкие и газообразные. Наиболее часто встречающиеся твердые примеси - графит, пироп, магнезит, оливин и др.

В метеоритах и импактитах иногда наблюдается редкая мелкокристаллическая гексагональная разновидность алмаза - лонсдэлеит. Цвет его сероватый, блеск алмазоподобный, плотность 3,2 г/см3.

Виды алмазного сырья. Существует два вида алмазного сырья: ювелирные и технические алмазы. Ювелирные алмазы - это относительно крупные кристаллы совершенной формы, окраски, исключительной прозрачности, без трещин, включений и т. д. Масса их измеряется в каратах (1 карат равен 0,2 г). Минимальная масса ювелирных алмазов составляет 0,05 карата. Крупными считаются камни более 10 каратов. Если масса алмаза превышает 50 каратов, то ему присваивается название. Самый крупный в мире алмаз Куллинан (масса 3 106 карат, размеры 10 х 6,5 х 5 см) голубого цвета был обнаружен в 1905 г. в южноафриканской трубке Премьер.

Алмазы технические разделяются на четыре сорта: борт, баллас, карбонадо и конго. Борт - это мелкие, сильноокрашенные, трещиноватые или разрушенные кристаллы, которые непригодны для ювелирных изделий. Баллас - очень прочные и крепкие зернистые агрегаты темных кристаллов с радиальной структурой. Карбонадо («уголь» или «черный алмаз») - очень крепкий, прочно связанный агрегат мелких (обычно черного цвета) кристалликов алмаза. Конго - наиболее низкосортные мелкие алмазы, пригодные лишь в качестве абразивного материала.

Дефицит алмазного сырья привел в 1950-х гг. к появлению их синтетических аналогов. Мелкие зерна технических алмазов получают из графита при высокой температуре и давлении в присутствии металлических катализаторов. Производство их в значительных масштабах налажено в США, России, ЮАР, Японии, Швеции и некоторых других странах.

Применение в промышленности. Ювелирные алмазы используются для изготовления всевозможных ювелирных изделий. Крупные алмазы распиливают, подвергают огранке и шлифовке. Наиболее распространенные формы огранки - бриллиантовая, ступенчатая и др. Ограненные алмазы носят название бриллиантов.

Технические алмазы применяются для изготовления буровых коронок, необходимых при бурении твердых горных пород. Они используются для изготовления всевозможных сверл, резцов, подшипников, фильер для волочения проволоки и т. д. В настоящее время более 75 % всех технических алмазов идет на получение порошка и на изготовление шлифовальных кругов, дисковых пил и др. Объемы и области применения алмазов в технике возрастают из года в год. Они используются в электронной, авиационной, космической и других отраслях.

Ресурсы и запасы. Ресурсы алмазов в мире (без России) на 1.01.1997 г. составляют, по данным ГНПП «Аэрогеология» Министерства природных ресурсов Российской Федерации, более 4,8 млрд каратов. Ресурсы России достигают не менее половины мировых.

Данные по запасам алмазов как в целом по миру, так и по отдельным странам крайне ограничены и всегда носят самый общий характер. По оценке «Аэрогеологии», общие запасы алмазов в мире составляют более 1,2 млрд каратов. Наиболее крупными запасами этого вида минерального сырья обладают Ангола, Ботсвана, ЮАР, Канада и Австралия (табл. 8).

Добыча и производство. Основная часть алмазов добывается из кимберлитов посредством шахт и открытым способом из россыпей. В Намибии организована добыча алмазов из подводных морских россыпей.

В настоящее время около 70 % стоимости добытых в мире алмазов приходится на Африку. Странами-лидерами по добыче природных алмазов (млн кар) являются: Австралия - 41,99; Заир - 22,24; Ботсвана - 17,71; ЮАР - 9,88.

Генетические типы промышленных месторождений. Алмазы встречаются в месторождениях двух генетических типов: 1) собственно магматических и 2) россыпях.

Таблица 8

Ресурсы и общие запасы природных алмазов (АП), в том числе ювелирных (АЮ) (млн каратов), и среднее содержание АП в рудах коренных месторождений (кар/т) и россыпях (кар/м3) [8]

Страна, часть света	Ресурсы	Запасы общие АП	Их % от мира	Запасы общие АЮ	Их % от мира	Содержание в коренных	Содержание в россыпях
1	2	3	4	5	6	7	8
Азия	52	5,5	0,45	2,38	0,56	-	-
Индия	1	0,2	0,02	0,18	0,04	0,12	0,2
Индонезия	1	0,3	0,02	0,2	0,05	-	0,4
Китай	50	5	0,41	2	0,47	1	0,3
Африка	3243,1	893,85	73,95	343,9	81,36	-	-
Ангола	800	240	19,85	120	28,39	0,2	0,5
Ботсвана	700	400	33,09	120	28,39	0,8	-
Габон	0,1	0,05	0	0,04	0,01	-	-
Гана	20	14	1,16	2	0,47	-	1,15
Гвинея	50	1	0,08	0,8	0,19	-	0,22
Заир	300	50	4,14	4	0,95	-	20-,72
Зимбабве	20	9	0,74	5,5	1,3	0,28	-
Кот д,Ивуар	5	0,5	0,04	0,4	0,09	-	0,34
Лесото	30	8	0,66	4	0,95	0,3	-
Либерия	10	1,5	0,12	1	0,24	-	0,25
Мали	10	0	0	0	0	-	-
Намибия	1000	12,5	1,03	12	2,84	-	0,05
Свазиленд	3	0,3	0,02	0,2	0,05	0,13	-
Сьерра-Леоне	15	5	0,41	4	0,95	0,4	0,05
Танзания	50	4	0,33	3	0,71	0,1	-
ЦАР	30	3	0,25	2	0,47	-	0,36
ЮАР	200	145	12	65	15,38	0,85	0,15
Америка	817	130,75	10,82	46,4	10,98	-	-
Бразилия	50	11	0,91	4	0,95	-	0,5
Венесуэла	30	5	0,41	1	0,24	-	0,2
Гайана	5	0,5	0,04	0,2	0,05	-	0,2
Канада	700	112	9,27	40	9,46	1,9	-
Колумбия	2	0,5	0,04	0,2	0,05	-	0,2
США	30	1,75	0,14	1	0,24	0,1	-
Австралия	705	178,1	14,78	30	7,1	3	0,8

Собственно магматические месторождения алмазов тесно связаны с продуктами платформенного магматизма - кимберлитами и лампроитами, представляющими своеобразные изверженные породы ультраосновного состава. Они выполняют так называемые трубки взрыва - конусообразные тела, которые в плане обычно имеют эллипсовидную форму. В строении трубок взрыва различают кратерную, диатремовую и канальную части. Кратерные части трубок обычно выполнены обломочным материалом, поступившим с их бортов. В разрезах многих трубок они обычно эродированы. Диатремовые части нередко сложены кимберлитами или лампроитами нескольких генераций и их туфами, а также обломками самых различных пород, прорванных трубками взрыва. Канальные части выполнены массивными или флюидальными кимберлитами с отчетливым ороговикованием в экзоконтактах.

Кимберлиты обычно представляют собой серпентинизированную и карбонатизированную ультраосновную породу с повышенным содержанием щелочей (калий преобладает над натрием), глинозема и титана и имеющую порфировую либо кластически порфировидную структуру с вкрапленниками оливина в окружении тонкозернистого агрегата серпентина, талька, кальцита, перовскита, флогопита, магнетита, ильменита и других минералов. Характерно присутствие ксенолитов - вмещающих пород, автолитов - округлых включений кимберлитов ранних генераций, а также типоморфных акцессорных минералов (пиропа, хромдиопсида, хромшпинелида, пикроильменита, энстатита и др.). В лампроитах значительно повышается роль калия и появляется лейцит.

Вблизи земной поверхности кимберлит подвергается выветриванию и в условиях теплого влажного климата разрушается, гидратируется и приобретает при этом темную синевато-зеленоватую окраску («синяя земля»). В процессе дальнейшего разрушения и окисления кимберлит превращается в дезинтегрированную землистую массу, окрашенную гидрооксидами железа в желтоватый цвет («желтая земля») с зернами граната, хромшпинелидов и других устойчивых минералов, в том числе алмаза. В южноафриканских трубках мощность зоны «синей земли» может достигать 60 м, а зоны «желтой земли» - до 20 м. В условиях арктического климата элювий кимберлитов представлен слоем щебенки мощностью до 3-5 м.

Размеры кимберлитовых трубок разнообразны - от нескольких десятков до нескольких сотен метров в поперечнике. Самой крупной является кимберлитовая трубка Мвадуи в Танзании, размер которой на поверхности составляет 2,52 х 1,07 км. Глубина разработки кимберлитовых трубок составляет сотни метров, изредка до 1000 м. Очень богатые трубки содержат 3-4 карата на 1 т кимберлита. Содержание алмазов в трубках с глубиной, как правило, снижается. В ЮАР минимальное промышленное содержание алмазов в трубках составляет около 0,1 кар/т. Наиболее высокие концентрации алмазов обычно наблюдаются в самой верхней выветрелой зоне («желтой земле»). Промышленные алмазоносные трубки известны в ЮАР (Премьер, Де-Бирс, Кимберли, Ягерсфонтейн, Хелам и др.), Лесото (Као, Летсенг-ла-тераи), Ботсване (Орапа), России (Мир, Зарница, Удачная и др.), Австралии (АК-1, Эллендейл-6, Калвиньярдах, Скерринг, Хадфилс и др.) и ряде других стран.

Россыпные месторождения алмазов более широко распространены, чем месторождения кимберлитовых трубок. Среди них выделяются современные и древние россыпи. Основное промышленное значение имеют современные аллювиальные и морские россыпи. В аллювиальных россыпях алмазы концентрируются в галечниках, гравелитах и песках. Протяжность таких россыпей может достигать нескольких десятков километров, концентрации алмазов - десятки каратов в 1 м3 песков. Классическим районом распространения современных россыпей являются Касаи-Лунда (верхнее и среднее течение р. Касаи и ее притоков в Анголе и Заире), Западная Африка (Гана, Сьерра-Леоне, Гвинея, Мали), долины рек Смоук-Крик и Лаймстон-Крик в Западной Австралии.

Условия образования. Вопрос об образовании алмазов в трубках взрыва является пока не полностью решенным. По экспериментальным и теоретическим данным инверсионная кривая графит-алмаз достигает значений в 35 кБар и 800 о С, что соответствует глубинам около 100-110 км на континентах (это принимается за верхнюю границу кристаллизации алмаза). В связи с этим большинство геологов связывает образование алмазов с мантийными условиями за счет углеводородов:

СН4 = С+2Н 2 .

метан алмаз

Ряд геологов (В. С. Трофимов и др.) полагает, что кимберлиты могли формироваться на глубине 3-5 км в промежуточных магматических камерах щелочно-ультраосного магматизма, а алмазы в них кристаллизовались за счет свободного углерода либо углекислоты с участием сульфидов железа в качестве катализаторов:

СО2 + 2FeS = 2FeO + S2 +С.

алмаз

Эпохи кимберлитового магматизма. В докембрийскую эпоху алмазоносные кимберлиты не получили широкого распространения. В Африке рифейскими считаются трубки Премьер и аналогичные, но менее известные Шуллер, Мотрез, Франспорт и некоторые другие. Кимберлиты трубки Премьер имеют возраст 1,4 млрд лет. Рифейскими являются крупнейшие трубки Западной Австралии (Аргайл), Индии (Инота, Маджгаван).

В раннепалеозойскую эпоху алмазоносные магматиты формировались на Сибирской, Южно-Китайской и Африканской платформах. На Сибирской платформе в «салаирскую» фазу мощного корообразования и кимберлитового магматизма образовались трубки Монтичеллитовая и Дружба, в «таконскую» фазу - трубки Мир, Коллективная, Светлая, Загадочная, Комсомольская, Новинка, Рассвет и др. На Южно-Китайской платформе раннепалеозойские диатремы и дайковые тела кимберлитов достоверно установлены в среднем течении р. Янцзы. В Африке известно кимберлитовое поле Венеция Северного Трансвааля (ЮАР). Две трубки этого поля разрабатываются, содержание алмазов в них - около 1 кар/т.

В позднепалеозойскую эпоху выделялись два пика алмазоносного магматизма: 1) средне-позднедевонский и 2) раннекаменноугольный. В среднем и позднем девоне формировались диатремы Золотицкого поля Архангельской области, Приазовья, большинства районов Сибирской платформы, а также кимберлитовые тела Китайско-Корейской и Южно-Китайской платформ. В пределах Китайско-Корейской платформы выявлено девять кимберлитовых полей. В раннем карбоне продолжал проявляться кимберлитовый магматизм на севере Архангельской области, в Якутской алмазоносной провинции и в пределах Китайско-Корейской платформы (Восточно-Китайский палеорифт).

В мезозойскую эпоху установлены три пика кимберлитового магматизма: 1) позднетриасовый-раннеюрский; 2) раннемеловой; 3) позднемеловой. В позднем триасе-ранней юре проявился кимберлитовый магматизм в Калахарийской алмазоносной провинции (трубки Финш, Свартрюгенс, возраст их 130-170 млн лет). Юрскими являются многочисленные трубки в Сьерра-Леоне, Гвинее, Либерии, Кот д` Ивуаре, большинство диатрем Канады (в том числе алмазоносная площадь Лак-ле-Гра). В позднем триасе-юре формировались диатремы Средне-Оленекского района. С раннемеловым магматизмом связано образование кимберлитовых трубок в Конго, ЮАР (трубки Робертс Виктор, Нью-Эландс и др.), Канаде (провинция Саскачеван), России (Беенчиме-Куойкское поле в Якутской алмазоносной провинции). В позднем мелу формировалась часть диатрем в Зимбабве, ЮАР, США и Китае.

В кайнозойскую эпоху интенсивно проявлялся кимберлитовый и лампроитовый магматизм на западе Австралии. Возраст алмазоносных лампроитов калий-аргоновым методом датируется в 18-23 млн лет. Известно около 100 интрузивов. Часть диатрем алмазоносна. На Южно-Китайской платформе с «гималайским орогенным циклом» связано становление кимберлитовых жил группы Тумен (провинция Хунань).

Геология алмазоносных провинций. Одной из крупнейших в мире является Западно-Австралийская алмазоносная провинция. Она находится в пределах Северо-Австралийского щита - в зоне складчатых структур, окаймляющих с юго-запада и востока архейский кратон Кимберли. Здесь выявлены три рудных района: Северный Кимберли, Восточный Кимберли (Аргайл) и Западный Кимберли.

Особенностью этой провинции является широкое развитие промышленно алмазоносных диатрем, представленных лампроитами - щелочными породами, в составе которых помимо оливина, флогопита и лейцита присутствуют диопсид, шпинелиды переменного состава, ильменит, циркон и другие минералы. Гранаты в лампроитах исключительно редки. Лампроиты в отличие от кимберлитов характеризуются повышенной калиевостью (К2О от 4 до 12 %) и кремнекислотностью, но пониженной магнезиальностью.

Основное промышленное значение имеет Восточный Кимберли (Аргайл). Здесь выявлены как лампроитовые, так и кимберлитовые тела. Морфологически они представляют трубки (штоки, силлы, дайки), прорывающие метаморфические протерозойские толщи, а также палеозойско-мезозойские образования. Площадь трубок на земной поверхности достигает до 10,01-1,3 км2. Они, как правило, не эродированы. В разрезе трубки обычно имеют форму «бокала шампанского».

В Восточном Кимберли находится главное промышленное месторождение алмазов Австралии - трубка АК-1. В плане она вытянута на северо-восток: длина ее - 1,6 км, ширина - от 50 до 600 м, площадь выхода на поверхность - 0,45 км2. Кратерная часть ее эродирована. Большая часть трубки выполнена песчаным туфом - плотной литокристаллокластической породой, содержащей обломки лампроита и округлые зерна ксеногенного кварца из вмещающих протерозойских пород. Наблюдаются также внутритрубочные жильные лампроиты. Наиболее высокая алмазоносность (6,1-6,8 кар/т) свойственна песчаным туфам в южной части трубки. Среднее содержание алмазов в приповерхностной зоне составляет 5,55 кар/т, с глубиной возрастает до 12,4 кар/т. Достоверные запасы руды до глубины 200 м оцениваются в 61 млн т при среднем содержании алмазов 6,8 кар/т. Качество алмазов трубки АК-1 невысокое: средняя масса алмазов составляет 0,08 карат, на долю ювелирных алмазов приходится лишь около 5 %. Самый крупный алмаз имел массу 14,34 карата. Бесцветных кристаллов немного, доминируют коричневые и желтые разновидности.

С трубкой АК-1 пространственно связаны две промышленные алмазоносные аллювиальные россыпи в долинах рек Смоук-Крик и Лаймстон-Крик. Эти россыпи прослеживаются на расстояние до 35 км. Мощность продуктивных аллювиальных отложений составляет 1-5 м, содержание алмазов - до 10-12 кар/м3 песка.

Перспективы алмазоносности территории Беларуси. Впервые алмазы на территории Беларуси были обнаружены в середине 1970-х гг. в семилукских отложениях франского яруса в Барсуковской скв. 32 (размер зерна алмаза 0,10 х 0,15 мм). В 1980-х гг. были выявлены локальные магнитные аномалии «трубчатого» типа (около 100) в пределах Северо-Припятского плеча. Трубки взрыва в плане представляют изометричные тела с широким кратером (250 х 500, 400 х 900 м) и узким жерлом (80 х 200 м). Все они сгруппированы в Жлобинское, Уваровичское, Светиловичское, Стрешенское и Стародорожское поля. Диатремы Жлобинского поля изучены буровыми работниками и комплексом аналитических исследований. В его пределах установлены четыре куста: Рогачевский, Лучинский, Гадиловичский и Антоновский, включающие от 3 до 7 трубок и одну обособленную трубку - Сеножатку. В сложении трубок принимают участие породы щелочно-ультраосновной и щелочно-базальтоидной серий. В породах диатрем выявлены хромшпинелиды, пиропы, хромдиопсиды. По данным БелНИГРИ, в трубках Антоновская, Веточка и Цупер обнаружены единичные зерна алмазов розового цвета.

Лекция 17. КАМНЕСАМОЦВЕТНОЕ СЫРЬЕ

Общие сведения. Под термином «цветные камни», или «камнесамоцветное сырье», понимается разнообразная и обширная группа минералов и горных пород (в том числе органического происхождения и синтетические аналоги), обладающих специфическими эстетическими, техническими и экономическими свойствами, предопределившими их практическое использование. К этой группе относятся все минералы и породы, которые в литературе известны под наименованием самоцветы, драгоценные, полудрагоценные, декоративные, благородные, ювелирные, поделочные, ювелирно-поделочные и другие камни, а также их искусственные аналоги и имитации. Изучением камнесамоцветного сырья и их генезиса занимается специальная научная дисциплина - геммология.

Классификация камнесамоцветного сырья. В зависимости от сочетания физических свойств, определяющих эстетический облик минерала, частоты его встречаемости в природе и соответственно стоимости цветные камни принято разделять на три группы: ювелирные, поделочные и ювелирно-поделочные (табл. 9).

Применение в промышленности. Ювелирные (драгоценные) камни применяются для изготовления дорогих украшений. Для этих целей используются редкие, эффектные, преимущественно прозрачные кристаллы. Их отличают три основных свойства: крастота, долговечность, редкость встречаемости в природе. После обработки все драгоценные камни, за исключением алмаза, сохраняют свои названия. Масса их обычно выражается в каратах, в редких случаях - в граммах.

Ювелирно-поделочные камни по своим стоимостным характеристикам значительно уступают ювелирным. Они используются, с одной стороны, для изготовления всевозможной ювелирно-галантерейной продукции (кабошонов, плоских вставок и т. п.), а с другой - являются сырьем для камнерезных поделок. Физической единицей измерения сырья этой группы является килограмм.

Поделочные камни отличаются также яркостью окраски и всевозможной текстурой, что позволяет использовать их после соответствующей обработки. Применяются они в основном в художественной промышленности для изготовления художественно-бытовых и сувенирных камнерезных изделий (ваз, пепельниц, портсигаров), мозаики, резных камней, картин из натурального камня и т. п. Поделочные камни - великолепное сырье для художественного оформления интерьеров, облицовки, фасадов и стен дворцов, храмов и других архитектурных сооружений. В этой группе главенствующую роль играют горные породы. Сырье измеряется в центнерах и тоннах.

Цветные камни, используемые для для производства технических деталей и изделий, имеют общее название - «технические камни». Они применяются для производства мелких каменных деталей для точных приборов (подшипники, втулки, подпятники, подушки, опорные призмы, часовые камни), лабораторного оборудования (агатовые и яшмовые ступки, пестики) и в других отраслях промышленности (фильеры, гладильные валики, нитеводители и т. п.). Качество технических камней определяется однородностью строения и окраски, отсутствием трещин, полостей и включений. Естественные и синтетические технические камни используются в квантовых генераторах и усилителях (рубин, изумруд), в космических аппаратах (сапфир, берилл и др.).

Таблица 9

Классификация цветных камней [28]

Группа	Порядок	Минерал, горная порода
	I	Рубин, изумруд, алмаз, синий сапфир
	II	Александрит, оранжевый, фиолетовый и зеленый сапфир, благородный черный опал, благородный жадеит
Первая: ювелирные (драгоценные камни)	III	Демантоид, шпинель, благородный белый и огненный опал, аквамарин, топаз, родолит, турмалин
	IV	Хризолит, циркон, желтый, зеленый, розовый берилл, кунцит, бирюза, аметист, пироп, альмандин, лунный и солнечный камень, хризопраз, цитрин
	I	Лазурит, жадеит, нефрит, малахит, чароит, янтарь, горный хрусталь (дымчатый и бесцветный)
Вторая: ювелирно-поделочные камни	II	Гематит-кровавик, родонит, непрозрачные иризирующие полевые шпаты (беломорит и т. п.), иризирующий обсидиан, эпидот-гранатовые и везувиановые родингиты-жады
Третья: поделочные камни		Яшма, мраморный оникс, обсидиан, гагат, окаменелое дерево, лиственит, кремень рисунчатый, графический пегматит, флюорит, авантюриновый кварцит, селенит, агальматолит, цветной мрамор и т. д.

Мировой рынок камнесамоцветного сырья. Объемы ежегодной мировой добычи и реализации цветных камней не поддаются точному учету из-за отсутствия достоверной статистической информации, существования нелегальной добычи, многократных перепродаж камней, значительной разницы в цене между камнем в сырье и обработанном виде. Стоимость добываемых драгоценных камней зависит от многих факторов. На мировом рынке (1997-2000) наиболее высоко ценились изумруд, рубин, александрит, гранат-демантоид и сапфир. Стоимость отдельных камней массой 1-10 каратов варьирует от 500-1 000 до 20 000-50 000 дол. США.

Ресурсы. Крупные месторождения цветных камней, особенно ювелирных и ювелирно-поделочных, известны в немногих странах (табл. 10). Наиболее разнообразные виды камнесамоцветного сырья имеются в России, Австралии, Бразилии, США, Танзании и ЮАР. Россия издавна славилась своими самоцветами. Однако к настоящему времени запасы многих месторождений истощены. Из числа известных самоцветов продолжают добываться топазы, изумруды, бериллы, демантоиды, александриты, родониты, саянский нефрит, байкальский лазурит. В последние 30-40 лет открыты новые месторождения цветных камней на Полярном и Приполярном Урале, Кольском полуострове, в Восточной Сибири и Приморье. Среди новых российских самоцветов, получивших известность в мире, выделяются ювелирный хромдиопсид, чароит, а также светло-зеленые, травянисто-зеленые и снежно-белые саянские и витимские нефриты, декоративный датолит-волластонит-геденбергитовый скарн Приморья, кольский амазонит, ювелирный жадеит и др.

Таблица 10

Ведущие страны-поставщики основных видов цветных камней
на мировой рынок [50]

Страна	Основной вид цветного камня	Страна	Основной вид цветного камня
1	2	3	4
Австралия	Благородный опал, сапфир, изумруд, хризопраз, родонит	Малагасийская Республика	Топаз, аквамарин, турмалин, кунцит
Афганистан	Лазурит, кунцит	Мозамбик	Топаз, аквамарин, турмалин, кунцит
Бирма (Мьянма)	Жадеит-империал, рубин, сапфир	Польша	Янтарь
Бразилия	Изумруд, топаз, аквамарин, турмалин, кунцит, аметист, агат, цитрин	Россия	Изумруд, топаз, берилл, демантоид, родонит, александрит, нефрит, лазурит, аметист, ама-зонит, хромдиопсид, чароит, жадеит, янтарь
Заир	Малахит	США	Топаз, аквамарин, турмалин, кунцит, хризолит, нефрит, агат, бирюза
Зимбабве	Изумруд, аметист	Таиланд	Рубин, сапфир
Индия	Рубин, сапфир, изумруд, агат	Танзания	Танзанит, рубин, сапфир, топаз, аквамарин, турмалин, кунцит, родонит
Иран	Бирюза	Уругвай	Аметист
Канада	Нефрит	Шри-Ланка	Рубин, сапфир
Китай	Бирюза, нефрит	ЮАР	Изумруд, пироп, суджилит, тигровый глаз
Колумбия	Изумруд	Замбия	Изумруд

Генетические типы промышленных месторождений. Камнесамоцветное сырье встречается почти во всех генетических типах месторождений, принадлежащих эндогенной, экзогенной и метаморфогенной сериям. Наиболее обширна группа месторождений эндогенной серии.

Собственно магматические месторождения представлены алмазами и сопутствующими им пиропами и хризолитами (прозрачная зеленая разновидность оливина) в кимберлитовых трубках, а также месторождениями магматических горных пород (лабрадорит, амазонитовый гранит и др.).

Пегматитовые месторождения цветных камней образовались за счет высокотемпературных растворов, богатых летучими компонентами, выделявшихся либо в процессе кристаллизации пегматитовой породы и давших изолированные, так называемые миароловые, полости, либо имеющие постмагматическое происхождение. Среди гранитных пегматитов наибольшее значение имеют хрустале- и флюоритоносные, топазо-берилловые и десилицированные пегматиты. С постмагматическими растворами связывают образование полостей растворения в пегматитовых телах и кристаллизационное выделение в них прозрачных разновидностей минералов совершенной формы. Такие полости известны как «погреба», «карманы», «занорыши». В них нередко присутствуют крупные кристаллы аквамарина, мориона, раухтопаза, аметиста, берилла, турмалина, флюорита и др. Пегматиты с драгоценными камнями известны на Урале, в Забайкалье, Казахстане, США, Бразилии, Австралии и др.

Десилицированные пегматиты связаны с ультраосновными породами, которые под воздействием газово-жидких эманаций превратились в биотитовые породы, содержащие гнездообразные скопления кристаллов изумруда, александрита и фенакита (винно-желтый прозрачный силикат бериллия). В них иногда присутствует корунд и его драгоценная прозрачная разновидность - рубин.

Карбонатитовые месторождения как источник камнесамоцветного сырья изучены недостаточно. С ними связаны прожилки и вкрапленники прозрачного зеленого оливина - хризолита.

Контактово-метасоматические месторождения камнесамоцветного сырья формировались в зоне контакта карбонатных пород с интрузивными магматическими телами. Известны крупные месторождения благородной шпинели (MgAl2O4), образовавшиеся на контакте гранитоидных интрузий с доломитами (Бадахшанское месторождение в Таджикистане). Благородная шпинель находится в парагенезисе с гранатом, диопсидом и другими минералами.

Альбитит-грейзеновые месторождения связаны с апикальными выступами массивов кислых и щелочных гипабиссальных пород, подвергшихся постмагматическому щелочному метасоматозу. В месторождениях этого типа распространены топаз, берилл, турмалин, аквамарин, флюорит, циркон, кварц и др.

Гидротермальные (высоко- средне- и низкотемпературные) месторождения являются источником получения разнообразного камнесамоцветного сырья (флюорит, аметист, дымчатый кварц, турмалин, халцедон, агат, исландский шпат и др.). Они формировались в результате воздействия жидких растворов, циркулировавших в земной коре и участвовавших в процессах перемещения и отложения минеральных веществ. К этой группе относятся знаменитые месторождения Мурзинского района Среднего Урала - копи Мурзинка, Ватиха и другие, месторождения агата в эффузивных породах (Грузия, Армения).

С метаморфогенной серией связаны месторождения граната, поделочных джеспилитов, микрокварцитов и других пород. При контактовом метаморфизме, часто сопровождаемом десиликацией, образуются изумруды, сапфиры, рубины, благородная шпинель, лазурит. В штоках измененных ультраосновных пород нередко наблюдаются скопления нефрита и жадеита. Метаморфогенное происхождение имеют исключительно богатые по текстуре и окраске поделочные яшмы. Особенно знаменит яшмами Южный Урал, где выявлено около 100 месторождений пестроокрашенной яшмы.

В составе экзогенной серии выделяются три группы месторождений: выветривания, россыпная и осадочная.

Месторождения выветривания представлены элювиальными и делювиальными россыпями драгоценных и поделочных камней, а также остаточными образованиями кор выветривания, в которых происходило формирование стяжений и прожилков благородного опала (месторождения Австралии). При выветривании полевошпатовых пород в присутствии солей меди и фосфора образовались прожилки, корочки и вкрапленники бирюзы CuAl6[(OH)2PO4]4 . 4H2O (Бирюзаканское и Тасказганское месторождения в Средней Азии). В зонах окисления меднорудных и железорудных месторождений возникали скопления малахита и азурита.

Россыпные месторождения представляют рыхлые или сцементированные скопления обломочного материала, содержащие стойкие в химическом отношении минералы (алмаз, рубин, сапфир, топаз, гранат, горный хрусталь и др.).

Осадочные месторождения возникают в процессе осадконакопления на дне различных водоемов (озера, моря, болота и т. д.). Среди них наибольшее значение имеют механические и биохимические осадки, реже химические. Механические осадки образуются за счет размыва коренных отложений или древних россыпей. С ними могут быть связаны месторождения алмазов, гранатов, янтаря и др. К биохимическим месторождениям относят древние накопления поделочных углей (гагат и сапропелит), современные образования (кораллы, жемчуг). Химические осадки представлены гипсом и ангидритом.

Геология месторождений самоцветов. На мировом рынке цветных камней ведущее место наряду с алмазом и изумрудом занимает благородный корунд Al2O3, и в частности его разновидности - рубин и сапфир. Благородный корунд кристаллизируется в тригональной сингонии: кристаллы имеют бочонковидную, столбчатую, пирамидальную и иные формы. Твердость его 9 (по шкале Мооса). Химически чистый корунд -бесцветный. Красная разновидность корунда (рубин) обусловлена примесью хрома, а синяя, голубая, зеленая разновидность (сапфир) - примесью титана.

Главным промышленным типом месторождений благородного корунда являются элювиально-делювиальные и аллювиальные россыпи. Они широко представлены в Таиланде, Мьянме, Индии, Шри-Ланке и некоторых других странах. Коренные источники этих месторождений весьма разнообразны: гнездовая и акцессорная вкрапленность кристаллов рубина и сапфира в базальтах (Таиланд, Камбоджа, Австралия), в скарнах (Шри-Ланка, Мьянма), слюдяных грейзенах (месторождение Умба в Танзании), в пегматитах (Урал, Канада) и др.

Месторождения рубина Мьянмы. Они сосредоточены в Могокском рубиноносном районе. Здесь известны высокосортные кармино-красные рубины цвета «голубиной крови». В пределах этого района широко развиты глубокометаморфизованные породы архейского возраста - гранулиты, гранатовые гнейсы и кристаллические сланцы с прослоями силлиманитовых кварцитов, прорванных гранитами комплекса Кобаинг. Местами в составе этих толщ появляются мощные горизонты кальцитовых мраморов. Рубиновая минерализация приурочена к контакту мраморов с телами и дайками гранитов и пегматитов Кобаинского интрузивного комплекса.

Главные месторождения Могокского рубиноносного района (Могок, Ибу, Пэйксви, Луда, Колан и др.) тяготеют к поясу развития мраморов вдоль долины р. Могок. Продуктивные зоны представляют магнезиально-кальцитовые скарны с характерным парагенезисом форстерита, скаполита, диопсида, флогопита, апатита, а также содержат шпинель и рубин. Кристаллы рубина имеют преобладающий призматический и бочонковидный габитус. Содержание Cr2O3 в них составляет 1,5-2,0 %. Встречаются рубины с проявлением астеризма в виде 6-лучевой звезды, но чаще развиты параллельные («шелк») или пересекающиеся под углом 60 о («сетка») включения игольчатого рутила, шпинели, оливина и других минералов.

Месторождения сапфира Шри-Ланки сосредоточены в районе г. Ратнапура (город Драгоценных камней). Добыча производится из многочисленных аллювиальных россыпей, которые распространены на площади около 2000 км2. Наиболее крупные месторождения - Раквана, Багангода, Пелмандулла, Курувита.

Продуктивными являются гравийно-галечниковые отложения (иллам), содержащие валуны и гальку белого кварца, железистые стяжения, песок. Продуктивный слой иллам (линзы мощностью около 0,6 м) залегает на глубине от 1,5 до 16 м от земной поверхности. Сапфиры в этом слое практически всегда ассоциируются с другими цветными минералами (зеленая шпинель, цветной турмалин, топаз, гранат, берилл и др.). Распространены многие разновидности сапфиров - голубые, синие, бесцветные, желтые, оранжевые. Густожелтые сапфиры получили название «королевские топазы», а бледные - «восточные топазы». Наиболее ценными являются голубые звездчатые сапфиры, обладающие оптическим эффектом и стоящие в ювелирной табели о рангах на одной ступени с небесно-синими кашмирскими сапфирами. В 1981 г. здесь был найден крупнейший в мире кристалл голубого сапфира массой 6033,4 г и размерами 28 х 18 см.

Коренной источник сапфиров этих месторождений неясен. Различными исследователями указывается на три возможных источника сапфиров: силикатные скарны, пегматитовые жилы и гранулиты.

Перспективы выявления камнесамоцветного сырья в Беларуси. Эта группа минерального сырья в Беларуси является наименее изученной. Имеются перспективы выявления драгоценных (алмаз, рубин), ювелирно-поделочных (янтарь) и поделочных камней (гипс, ангидрит, кремень рисунчатый, мрамор и др.). В настоящее время выявлено относительно крупное месторождение янтаря Гатча, расположенное в Жабинковском районе Брестской области. Прогнозные ресурсы янтаря по категории Р1 составляют 16,4 т при среднем содержании янтаря 34,1 г/м3, а общие ресурсы по категориям Р1+Р2+Р3 - 311 т. Среди поделочных камней особое значение могут иметь гипсы и ангидриты Бриневского месторождения, характеризующиеся большим разнообразием структур и текстур.

Лекция 18. ГИПС И АНГИДРИТ

Общие сведения. Гипс и ангидрит наряду с карбонатами, глинами, песком, гравием, осадочными кремнистыми, изверженными и метаморфическими горными породами входят в состав группы строительно-конструкционных материалов. Роль этого минерального сырья, несмотря на его относительную дешевизну, непрерывно возрастает в связи с грандиозными масштабами современного промышленного и гражданского строительства. Характерной особенностью месторождений горных пород, используемых как строительные материалы и как сырье для получения различной продукции, являются значительные размеры, большие объемы перерабатываемой горной массы, обычно открытый способ разработки, близость месторождений к потребителям, комплексность переработки сырья.

Минералогия. Гипс - двухводный сульфат кальция CaSO4 . 2H2O. Кристаллизуется в моноклинальной сингонии. Кристаллы его пластинчатые, столбчатые, игольчатые, линзо- и чечевицеобразные. Плотные массы имеют строение от тонко- до крупнозернистого. В прожилках и жилах гипс обладает волокнистым строением. В кристаллическом состоянии он бесцветен и прозрачен, в плотных массах имеет белую, серую, розовую, красную и бурую окраску. Твердость его 2, плотность 2,32 г/см3, слабо растворим в воде. При обжиге постепенно теряет кристаллизационную воду и переходит сначала в полугидрат, а затем в безводный ангидрит.

Ангидрит имеет формулу CaSO4, кристаллизуется в ромбической сингонии. Кристаллы его обычно призматические, таблитчатые, тонкоигольчатые и шестоватые. Часто отмечаются радиальнолучистые сростки и скопления шестоватых кристаллов. Для ангидрита характерна прямоугольная спайность по трем направлениям. Излом неровный и занозистый; блеск перламутровый и стеклянный. Твердость - 3-3,5, плотность - 2,96 г/см3. Под микроскопом в проходящем свете ангидрит бесцветен. Чистый ангидрит белый, отдельные его кристаллы водяно-прозрачные. Ангидритовая порода чаще всего светло-серая, голубовато-серая, реже темно-серая и буро-серая. Красный и бурый цвета обусловлены примесью оксидов железа.

Применение в промышленности. Гипс и ангидрит используются преимущественно для производства гипсовых вяжущих материалов. Наиболее обычным видом таких материалов является строительный (штукатурный) гипс (алебастр). Он получается в результате обжига гипсовой породы (гипсового камня) при температуре до 130-180 о С и последующего тонкого размола продуктов обжига. Вследствие потери части воды возникает полуводный гипс 2CaSO4 . H2O, который при смешивании с водой вновь переходит в двухводный и на воздухе затвердевает в камнеподобное тело.

Молотый гипс применяется при производстве портланд-цемента в виде добавки, корректирующей время схватывания последнего. Необожженный гипс в тонкоразмолотом виде используется в качестве цемента при малоэтажном строительстве, для отливки архитектурных деталей и отделки фасадов зданий, служит наполнителем для писчей бумаги, используется как сырье для производства сульфата аммония и как удобрение для некоторых видов почв. Чистые снежно-белые и ровноокрашенные разновидности применяются в качестве облицовочного камня, а волокнистая разновидность (селенит) - для поделок.

Общетехнические требования. Гипсовый и гипсоангидритовый камень, используемый для производства вяжущих материалов, должен отвечать требованиям ГОСТа 4013-82. Гипсовый и гипсоангидритовый камень по суммарному содержанию гипса и ангидрита в пересчете на гипс подразделяются на сорта (табл. 11).

Таблица 11

Основные показатели, используемые для выделения сортов гипса и гипсоангидритового камня (ГОСТ 4013-82)

Сорт	Содержание в гипсовом камне, %, не менее	Содержание в гипсоангидритовом камне, %, не менее
	гипса (CaSO4. 2 H2O)	кристаллизационной воды	гипса и ангидрита в пересчете на (CaSO4 . 2 H2O)	серного ангидрида (SO3)
1	95	19,88	95	44,18
2	90	18,83	90	41,85
3	80	16,74	80	37,20
4	70	14,64	-	-

Содержание гипса в гипсовом камне определяют по кристаллизационной воде, а в гипсовоангидритовом камне - по серному ангидриду (SO3). Для производства гипсовых вяжущих должен поставляться только гипсовый камень. В медицине, фарфорово-фаянсовой и керамической промышленности используется только 1-й сорт гипса.

Ресурсы и добыча. Наиболее крупными ресурсами и разведанными запасами гипса обладают США, Россия, Китай, Канада, Иран и Таиланд. Разработка месторождений гипса осуществляется обычно открытым способом, реже шахтным (Новомосковское месторождение в Тульской области и др.). Мировое производство товарного гипса в 1998-2000 гг. составило около 100-110 млн т. Крупнейшими странами-производителями являются США (19 млн т), Таиланд (8,6 млн т), Канада (8,5 млн т), Иран (8,5 млн т) и Китай (8 млн т).

Генетические типы промышленных месторождений. Основными геолого-промышленными типами месторождений гипса и ангидрита являются: осадочные, остаточные и инфильтрационные.

Осадочные месторождения гипса и ангидрита образуются в эвапоритовых бассейнах из истинных растворов в процессе сгущения морской воды в аридных климатических условиях. Это наиболее распространенный и промышленно ценный тип месторождений рассматриваемого минерального сырья. Среди них выделяют сингенетические и эпигенетические месторождения. Первые образуются путем отложения гипса непосредственно из растворов в бассейнах (лагунах, заливах, усыхающих морях и т. д.), вторые - в результате гидратации ангидрита под воздействием нисходящих вод. Переход ангидрита в гипс сопровождается увеличением объема породы на 30 % и более. На больших глубинах (600-1000 м и более) при высоком давлении гипс неустойчив, происходит его дегитратация и переход в ангидрит.

Залежи гипса в сингенетических месторождениях имеют форму линз и пластов мощностью до 20-30 м. Слои гипса часто перемежаются с другими породами и образуют гипсоносные свиты (толщи) мощностью до нескольких сотен метров. Формы эпигенетических залежей осложнены вследствие вздутия и вспучивания сульфатных пород при переходе ангидрита в гипс и вызываемых этими явлениями многочисленных нарушений в залегании пород. Формы рудных тел часто осложнены в результате растворения гипса поверхностными и подземными водами (карстовые явления). Залежи гипса осадочного происхождения достигают многих сотен квадратных километров. Месторождения этого типа известны в Республике Коми, Псковской, Тульской и других областях России, в Донецкой области Украины и в других странах.

Остаточные месторождения типа «гипсовых шляп» возникают в результате накопления гипса и ангидрита как остаточных продуктов при выщелачивании легкорастворимых минералов в соляных залежах. Они имеют ограниченное практическое значение.

Инфильтрационные месторождения образуются как путем метасоматического замещения гипсом карбонатных пород при воздействии на них сернокислых вод, так за счет растворения рассеянного в осадочных породах гипса, переноса его грунтовыми водами и последующего отложения в смеси с песчаными, глинистыми и известковыми частицами в виде гажи, глино-гипса, гипсита и др. Месторождения этого типа невелики и разрабатываются лишь для местных нужд.

Геология месторождений гипса и ангидрита. Крупнейшим в СНГ является Новомосковское месторождение гипса, расположенное в Тульской области. За счет импорта сырья, добываемого на данном месторождении, удовлетворяются потребности Беларуси в гипсе. Приурочено оно к южному склону Московской синеклизы. Стратиграфически гипсоносная толща относится к фаменскому ярусу верхнего девона. Залегает она на сравнительно небольших глубинах, не превышающих 120-150 м. Общая мощность гипсоносной толщи составляет около 70 м. Разрез представлен переслаиванием доломита и гипса, вверху ее выделяется пласт гипса мощностью 20-25 м. Иногда в этом гипсовом пласте появляется слой доломита, разделяющий гипсовый пласт на две части.

На месторождении гипсовый пласт почти повсеместно перекрыт слоем глины мощностью 0,5-2,0 м, который является водоупором и изолирует его от вышележащего водоносного пласта доломита. На девонских доломитах залегают известняки, а также песчано-глинистые породы с прослоями угля (нижний карбон), пески с прослоями глин (мезозой), четвертичные песчано-глинистые аллювиально-делювиальные образования. Общая мощность надгипсоносных отложений составляет 60-130 м.

Продуктивный пласт гипса представлен мелкокристаллическим, изредка волокнистым, светло-серым, реже темно-серым или белым гипсом с тонкими (1-20 мм) прослоями доломита, реже темно-серых глин. Наблюдаются также прослои и линзы доломита мощностью 15-20 см и линзы кремня до 5 см. Ангидрит присутствует в небольшом количестве в виде примеси к гипсу и отдельных включений. Встречаются также скопления целестина как в виде примеси, так и отдельных линз мощностью до 0,6 см.

Рабочая мощность пласта гипса на большей части площади месторождения варьирует от 9,5 до 23 м (преобладает 12-18 м). Подошва его залегает на глубинах от 72 до 143 м от земной поверхности. Содержание CaSO4 . 2 H2O по пробам изменяется от 56,62 до 98,53 %, средневзвешенное по скважинам - 83,42-93,17 % и в среднем по месторождению составляет 88,78 %. Качество гипса высокое - 1-й и 2-й сорта.

Месторождения и проявления гипса в Беларуси. В разрезе платформенного чехла территории Беларуси гипс встречается в виде пластов, слоев, прослоев, прожилков и гнездовидных скоплений. Все известные проявления гипса стратиграфически связаны в основном с отложениями девона и перми.

В 1996-2000 гг. разведано относительно крупное Бриневское месторождение гипса, расположенное в Петриковском районе Гомельской области. Оно находится на западе Припятского прогиба в зоне сочленения Петриковского погребенного выступа и Шестовичской тектонической ступени и приурочено к промежуточному блоку-горсту субширотного простирания. Гипсоносная толща относится к среднефаменскому подъярусу, залегает на глубинах 142,8-460,3 м, имеет мощность 37,2-252,7 м. Сульфатонасыщенность ее составляет в среднем около 40 %.

В разрезе гипсоносной толщи выявлены четыре гипсовых горизонта, пронумерованные сверху вниз (I-IV). Основную промышленную ценность представляют III и IV горизонты. Мощность продуктивных пластов колеблется от 2-3 до 26,4 м. Они характеризуются высоким содержанием гипса (63,85-93,86 % по скважинам и 81,84-89,56 % по подсчетным блокам). Характерны зернистые, пластинчатые и волокнистые структуры, массивные, беспорядочные и брекчиевидные текстуры. Окраска гипса желтая, розовая, белая, серая и коричневато-серая. В разрезе IV горизонта относительно широко распространены гипсоангидритовые и ангидритовые породы. Запасы полезного ископаемого в целом по месторождению составляют: гипса по категории С1 - 177 074 тыс. т, С2 - 163 416 тыс. т, ангидрита по категории С1 - 96 208 тыс. т, С2 - 41 454 тыс. т. Запасы подсчитаны до глубины 300 м от земной поверхности.

Лекция 19. КАРБОНАТНЫЕ ПОРОДЫ

Общие сведения. Карбонатные породы сложены главным образом карбонатами кальция и магния, реже железа и марганца. Они достаточно широко распространены в земной коре, составляя более 15 % ее массы. К ним относятся известняк, мергель, мрамор, травертин, известковая гажа, мел, доломит, жильные карбонатные породы, карбонатиты и др. В составе этих пород, помимо собственно карбонатов, в качестве примеси нередко присутствуют глинистые частицы, кварц, полевые шпаты, хлорит, глауконит, углистое вещество, сульфаты и др. Среди карбонатных пород резко доминируют осадочные. Они формировались в морских, лагунных и озерных условиях хемогенным, кластогенным или органогенным путем. Подчиненное значение имеют породы метаморфогенного (мрамор и др.) и эндогенного генезиса (карбонатиты).

Известняк - осадочная порода, состоящая главным образом из кальцита или кальцитовых скелетных остатков организмов, очень редко из арагонита. Химический состав чистых известняков приближается к теоретическому составу минерала кальцита СаСО3 (56,6 % СаО и 44,0 % СО2). Наиболее частыми примесями в известняках являются: глинистые минералы, доломит, сидерит, опал, халцедон, кварц, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, пирит, марказит, гипс, органическое вещество и др. Название известняков обычно дается в зависимости от особенностей слагающих их компонентов, или структуры (брахиоподовые, оолитовые, комковатые, кристаллические, обломочные и др.). Карбонатные породы с примесью глинистых частиц подразделяются на определенные группы (табл.12).

Доломит - карбонатная порода, сложенная преимущественно минералом доломитом - СaMg(CO3)2. Основными примесями в доломитовой породе являются кальцит, глинистые минералы, опал, халцедон, сидерит, анкерит, кварц, оксиды и гидрооксиды железа и др. В природе доломит встречается в крупно,-мелко- и скрытокристаллических агрегатах. В осадочных формациях доломит слагает пласты, прослои, линзы и тела неправильной формы. В гидротермальных и рудных месторождениях доломит встречается в ассоциации с флюоритом, баритом, сульфидами, а также в измененных основных и ультраосновных породах. Доломит связан переходами с известняком, образуя ряд доломит-кальцит (табл.13).

Мел - белая полусвязная порода, состоящая на 96-99 % из СаСО3. В составе карбонатовой части мела различают три группы компонентов: 1) органические остатки (в основном морские планктонные водоросли - кокколитофориды; 2) кристаллы кальцита с хорошими гранями; 3) порошковатый кальцит.

Таблица 12

Группировка карбонатно-глинистых пород в цементной промышленности стран СНГ

Порода	Массовая доля, %
	СаСО3	СаО
Известняк	100-95	56,0-53,2
Известняк мергелистый	95-90	53,2-50,4
Мергель известковистый	90-75	50,4-42,0
Мергель	75-40	42,0-22,4
Мергель глинистый	40-20	22,4-11,2
Глина мергелистая	20-5	11,2-2,8
Глина	5-0	2,8-0,0

Таблица 13

Группировка известково-доломитовых пород (по С. Г. Вишнякову)

Порода	Массовая доля, %
	Кальцит, СаСО3	Доломит, СаMg(CО3)2
Известняк	95-100	0-5
Доломитистый известняк	75-95	5-25
Доломитовый известняк	50-75	25-50
Известковый доломит	25-50	50-75
Известковистый доломит	5-25	75-95
Доломит	0-5	95-100

Применение в промышленности. Карбонатные породы широко применяются в различных отраслях промышленности. Известняки и мел используются как сырье в промышленности вяжущих веществ для производства портланд-демента, воздушной и гидравлической извести. Особенно ценным сырьем для производства цемента являются так называемые «мергели-натуралы». В металлургии известняки и доломиты находят применение в качестве флосов при выплавке и первичной переработке железа и некоторых цветных металлов. Эти же породы используются в виде щебня или дробленого камня в качестве заполнителя бетона, дорожной щебенки, железнодорожного балласта и грубого фильтра для очистки сточных вод, а в более тонкомолотой форме - в виде известковой подкормки для птиц, для штукатурок, искусственного декоративного песка, наполнителя для побелочного материала. Карбонатные породы применяются в химической, пищевой, бумажной, резиновой, полиграфической и других отраслях промышленности. В сельском хозяйстве мел, доломит и известняк используются для известкования почв.

Технология производства портланд-цемента. Карбонатные породы имеют исключительно широкое применение в технологии производства портланд-цемента. Портланд-цемент впервые был получен в 1824 г. англичанином Эспдином. Первоначально его изготовляли из богатых глиной известняков - «мергелей-натуралов», имеющих близкое к требуемому отношение оксида кальция к кремнезему.

Производство портланд-цемента является многоэтапным. 1. Исходное сырье (известняк и глина, или «мергель-натурал») размалывается и перемешивается. 2. Приготовленная смесь обжигается во вращающейся печи: в интервале температур 100-110 о С удаляется вся гигроскопическая вода; при температуре 600 о С начинает удаляться гидратная и гидроксильная вода; при температуре 800-850 о С начинает разлагаться карбонат кальция СаСО3 = СаО + СО2 и происходит распад алюмосиликатов. Это является началом клинкер-процесса, при котором СаО вступает в реакцию с алюмосиликатами и силикатами с образованием клинкерных минералов. 3. В интервале температур 1300-1500 о С происходит частичное плавление клинкерных минералов с появлением двух-трехкальциевых силикатов и расплава. 4. Последней стадией формирования клинкера является кристаллизация расплава и его реакция с кальциевыми силикатами. Окончательный состав клинкерных минералов образуется при охлаждении расплава до 1000 о С . Клинкер состоит из четырех главных искусственных соединений-минералов: 1) - дикальциевого силиката, - Са2SiO4 (белит); 2) трикальциевого силиката Ca3SiO5 (алит); 3) трикальциевого алюмината Ca3Al2O6; 4) кальциевого алюминоферрита Ca2AlFeO5.

Клинкер с заданным соотношением этих соединений поступает на мельницу, где к нему добавляется до 3 % гипса. В состав цемента также могут вводиться так называемые активные добавки, которые не нарушают его способности твердеть и схватываться, но существенно улучшают прочность и другие полезные свойства цемента.

Общетехнические требования. Требования к качеству карбонатного сырья различные в зависимости от использования его в соответствующем производстве и регламентируются ГОСТами и ведомственными техническими условиями. Известняки, применяемые для доменного производства, должны содержать не более (%): SiO2 4; Al2O3+Fe2O3 3,5; MgO 3,5; P2O5 0,05; SO3 0,35.

Наиболее чистые и свободные от примесей известняки, используемые в химической промышленности для получения соды, хлора, карбида кальция и других продуктов, должны содержать вредных примесей не более (%): Al2O3+Fe2O3 1-3; MgO 0,8-1,5; SiO2 1-3; S 0,05-0,15; P 0,006-0,010.