ПРОМЫШЛЕННЫЕ МИНЕРАЛЫ

Свойства и применение флюорита

Введение небольших количеств флюорита в шихту, загружаемую в сталеплавильные горны, понижает ее температуру плавления, обеспечивает текучесть шлаков и способствует переходу вредных примесей серы и фосфора в шлак. При этом расход флюорита составляет около 6,5 фунта на тонну выплавляемой стали. Плавиковый шпат облегчает также выплавку из руд золота, серебра, меди и свинца. Металлургический флюорит должен содержать не менее 85% CaF2, мало кремнезема и очень мало серы. Используется он в виде кусков, «гравия», искусственных шариков (pellet) или в форме тонкого продукта флотации. В 1957 г. около 44% всего использованного флюорита пошло на металлургические цели.

Второй главный вид использования флюорита — производство фтористоводородной (плавиковой) кислоты (HF). Большие количества этой кислоты используются в следующих целях: I) в алюминиевой промышленности для производства синтетического криолита и фтористого алюминия — соединений, применяющихся в качестве электролитов при восстановлении окисного алюминия (глинозема) до металлического алюминия; 2) в нефтеочистительной промышленности в качестве катализатора при производстве высокооктанового бензина; 3) в нескольких малоемких видах использования, например для гравировки и полировки стекла. Кроме того, фтористоводородная кислота представляет собой главный источник фтора для химической промышленности (Finger, Reed, 1949; Weller et al., 1952, стр. 19—26), в том числе для быстро развивающейся фтороуглеродной химии. Среди многочисленных продуктов, в состав которых вхрдит фтор, можно назвать охлаждающие вещества, инсектициды и некоторые пластмассы.

Химический флюорит, используемый в тонкозернистой форме, должен содержать не менее 98% CaF2. В течение многих лет потребление флюорита в металлургии преобладало над использованием его в производстве фтористоводородной кислоты, однако последний вид потребления при этом неуклонно возрастал и в 1957 г. стал ведущим в потреблении плавикового шпата.

Флюорит используется в производстве непрозрачного и цветного, или «кафедрального», стекла. Кроме того, он входит в состав некоторых эмалей. Требования к керамическому флюориту не стандартизированы, но в большинстве случаев используемые в этих целях его концентраты содержат около 95% CaF2. Керамическая промышленность потребляет около 5% всего производимого флюорита .

Флюоритоносный район Иллинойс — Кентукки

Наиболее крупный флюоритодобывающий район мира расположен в южном Иллинойсе и западной части Кентукки ( 8.2). В этом районе площадью около 700 кв. миль развиты сглаженные холмы и широкие долины, входящие в долину реки Огайо. Абсолютные высотные отметки колеблются от 300 до 800 футов. В южной части района в реку Огайо впадают реки Теннесси и Камберленд. Неровная северная естественная граница района представлена неправильной цепью возвышенностей широтного направления, сложенных устойчивыми к выветриванию кварцевыми песчаниками нижнепенсильванского возраста, погружающимися на север в Иллинойсский бассейн.

Описываемый район сложен горизонтально или почти горизонтально залегающими осадочными породами, возраст которых колеблется от среднедевонского до верхнемиссисип- ского. Девонские отложения обнажаются лишь в пределах одного небольшого участка внутри района. Миссисипские породы представлены известняками ярусов Осейдж и Мерамек общей мощностью 1400 футов и перекрывающими отложениями яруса Честер, которые сложены известняками, глинистыми сланцами и песчаниками общей мощностью 900— 1200 футов. Месторождения флюорита наиболее тесно связаны с верхней частью известняковой толщи, особенно с горизонтами Сент-Луис и Сент-Дженивив. Важную роль в локализации некоторых залежей флюорита играет небольшой розиклерский горизонт кварц&вых пасчаников. Этот песчаниковый горизонт приурочен к верхней части сент-дженивив- ской толщи известняков.

Осадочные породы секутся дайками темно-зеленых слюдистых перидотитов. Мощность этих даек колеблется от нескольких дюймов до 125 футов, а протяженность их достигает 1,5 мили. В большинстве случаев дайки залегают вертикально и имеют северо-западное простирание. Обнажения дайковых пород редки, так как перидотиты в результате выветривания превращены в серпентиниты с хлоритом и карбонатом. Наиболее детальные наблюдения над дайками произведены в подземных горных выработках. Кроме даек, встречены также немногочисленные силлы.

Флюоритоносный район Иллинойс — Кентукки отличается от окружающих территорий наличием большого количества крутопадающих нормальных сбросов. Как видно на карте, приведенной на  8.2, структуру района можно представить в виде «широкого куполообразного поднятия, осложненного мозаикой сбросовых блоков и клиньев» (Currier, 1944). Девонские породы обнажаются в северной части этой главной структуры в пределах структуры более низкого порядка, получившей название поднятие Хикс.

Главные разломы имеют северо-восточное направление и протягиваются на многие мили. Большинство из них представляет собой не единичные трещины, а сбросовые зоны шириной от нескольких футов почти до 200 футов. Многие разрывные нарушения представлены параллельно протягивающимися парами трещин и бесчисленными поперечными разрывами в заключенном между ними блоке пород. В таких нарушениях наряду с преобладающими вертикальными движениями проявлялись в ограниченных масштабах и горизонтальные. Максимальная амплитуда вертикального смещения, по данным различных авторов, 1,3—2 тыс. футов.

Эти сбросы секут дайки перидотита и, следовательно, имеют более молодой возраст. Сбросы также секут пенсильванские породы, но на юго-западе района они проходят под верхнемеловой толщей миссисипского бассейна, не подвергнутой разрывным нарушениям. Зоны тектонических нарушений служили подводящими каналами фторсодержащих растворов, поднимавшихся из глубины, и представляют собой структуры, контролирующие локализацию жильных месторождений. Предполагается, что возраст сбросов, а вероятно, и флюоритовой минерализации — позднепалеозойский. Не ясно, имеется ли генетическая связь между становлением даек, сбросообразо- ванием И минерализацией, или главной причиной ло^ализз- ции оруденения была длительная тектоническая ослабленность района.

Первичное сводообразное поднятие осадочных пластов района генетически связывается с внедрением крупных масс магмы на глубине, а возникновение нормальных сбросов приписывалось последующему опусканию магматической колонны в связи с консолидацией магмы и ее усадкой. Однако Уэллер и Саттон (Weller, Sutton, 1951) связывают возникновение этого поднятия с горизонтальным тектоническим усилием, воздействовавшим на район с юга или юго-востока, при этом дайки внедрялись в трещины растяжения, ориентированные параллельно направлению сжатия. Снятие напряжений сжатия привело к проседанию поднятой толщи, выразившемуся в образовании нормальных сбросов. Каково бы ни было происхождение сбросов, они служили каналами, по которым проникали рудоносные растворы. Позже происходили незначительные постминерализационные подвижки, которые, по мнению Уэллера и Саттона, осуществлялись и в историческое время (нью-мадридское землетрясение 1811 —1812 гг. й менее значительные толчки в более поздний период); эти подвижки сопровождались выветриванием и эрозией пород.

Среди флюоритовых месторождений района Иллинойс — Кентукки намечается три типа. Два из них — жилы выполнения трещин и лластбаые метасоматические тела — имеют первичное происхождение. Третий тип — осадочные месторождения «флюоритового гравия». Два первых типа более интересны.

Жилы выполнения трещин приурочены к вертикальным или очень крутопадающим сбросам в миссисипских известняках. Мощность жил колеблется от размера тонких пленок до 30 футов и более, а протяженность достигает нескольких сот футов. Эти жилы разрабатываются на глубину свыше 800 футов. Большинство жил приурочено к сбросам, амплитуда смещения по которым колеблется от 50 до 500 футов. Очевидно, у тектонических нарушений с меньшей амплитудой смещения не возникали полости таких размеров, в которых могли локализоваться относительно круЛные промышленные флюоритово-рудные тела, тогда как вдоль сбросов с амплитудой смещения более 500 футов возникали глинки трения или зоны брекчирования в прочных породах, которые препятствовали рудоотложению (Weller et al., 1952). Поскольку тектонические поверхности сбросов криволинейны, то в результате взаимного относительного смещения стенок открытые полости перемежаются по нарушениям с участками, где стенки трещины тесно соприкасаются друг с другом.