ПРОМЫШЛЕННЫЕ МИНЕРАЛЫ

Производство и добыча графита

Графит — обычное полезное ископаемое, месторождения которого обнаружены почти во всех странах. Многие месторождения, однако, располагают низкокачественными рудами, с очень высокой стоимостью их добычи и обогащения или слишком удалены от рынков потребления и транспортных артерий.

Добыча графита в Южной Корее резко возрастает, увеличиваясь каждый раз по сравнению с предыдущим годом почти в 2,5 раза. В 1957 г. экспорт антрацита из Южной Кореи был прекращен, но вывоз аморфного графита увеличивался. Не исключена возможность, что значительная часть экспортированного «графита» в действительности была антрацитовым углем. Большая часть южнокорейского экспорта направлялась в Японию. Графит, добываемый в Европе, использовался главным образом для внутренних нужд самих добывающих его стран, хотя небольшие количества его и экспортировались, особенно из ФРГ и Норвегии. Наиболее важные источники графита, потребляемого в США, находятся в Мексике, на Мадагаскаре и Цейлоне. Потребление графита в США в 1957 г. составило 41 тыс. коротких тонн, стоимостью 5 568 000 долл

Графитовая промышленность в США крайне незначительна, и добыча графита возрастает лишь при чрезвычайных обстоятельствах — при резком сокращении или отсутствии его ввоза. Это объясняется как лучшим качеством ввозимого графита, так и более низкой стоимостью его добычи в странах-экспортерах. На цейлонских графитовых рудниках, например, минимальная заработная плата мастера в 1955 г. составляла 81 цент в день, а неквалифицированного рабочего — 55 центов. Добыча графита в США в разное время производилась по крайней мере в 15 штатах, однако лишь единичные месторождения эксплуатировались сколько-нибудь продолжительный период. В 1957 г. аморфный графит добывался подле Кранстона, Род-Айленд, а кристаллический чешуйчатый графит — около Бернета, Техас.

Экспорт графита в США из трех стран объясняется тем, что в каждой из последних добывается особый тип сырья.

Мадагаскар

Наиболее крупные в мире запасы кристаллического чешуйчатого графита сосредоточены на острове Мадагаскар (Shelley, 1916). Весь остров, за исключением западной прибрежной зоны, сложен докембрийскими метаморфическими породами, выступающими на поверхность в пересеченной гористой местности с гипсометрическими отметками преимущественно 4000—4600 футов. Графит установлен в пределах пояса длиной около 400 миль, причем наиболее крупные месторождения располагаются в горах восточной части центральной области Мадагаскара. Климат в графитоносном поясе субтропический, количество среднегодовых осадков колеблется от 40 до 60 дюймов, а температура умеренная. Добыча графита здесь началась после 1907 г.

Графит встречается в виде вкрапленности или прослоев в слюдяных и хлоритовых сланцах и гнейсах. Графитоносные толщи смяты в интенсивные складки и разбиты многочисленными сбросами, в связи с чем залежи графита имеют самые разнообразные, в том числе горизонтальные углы падения. Очень большое значение имеет сильная выветрелость графи- тоносных пород, вследствие чего графитовые руды состоят главным образом из глинистых минералов, графита, слюды и кварца. Графит очень устойчив при выветривании и присутствует в виде блестящих чешуек в выветрелых графитонос- ных породах. Второстепенные минералы руд — гранат, корунд, турмалин, магнетит — свидетельствуют, что графитоносные толщи претерпели первоначально умеренный региональный метаморфизм. Предполагается, что графит возник в результате метаморфизма углистых осадочных пород.

Графит встречается в тонких гибких чешуйках диаметром до '/в дюйма, среднее содержание которых в рудах составляет 10—12%, а в наиболее богатых зонах — 25% и более. Как размеры чешуек, так и содержание графита в мадага- скарских месторождениях выше, чем в любых других месторождениях сопоставимых масштабов. Горные работы на ма- дагаскарских месторождениях осуществляются преимущественно открытым способом. В связи с интенсивным выветриванием графитоносных пород при добыче необходимо лишь ограниченное применение взрывных работ. Добытая руда промывается, сушится, просеивается, развевается и подвергается грохочению с получением в конечном счете концентрата, обогащенного крупными гибкими чешуйками графита с высоким содержанием углерода и свободного от слюды и окислов железа. Из 13 г сырой руды получают в среднем 1 г графитовой чешуйки с содержанием углерода 90% и 1 т графитовой пыли с содержанием углерода 86—90%. Мадага- скарская графитовая чешуйка представляет собой высококачественное тигельное сырье и потребляется большинством промышленно развитых стран. Экспорт графита осуществляется через порт Таматаве.

Цейлон

На Цейлоне, расположенном у южного окончания полуострова Индостан, графит добывается с 1834 г. (Bastin, 1912, Wadia, 1943). Остров Цейлон вытянут в меридиональном направлении примерно на 275 миль и имеет ширину 125 милб. Южная половина центральной части острова характеризуется гористым рельефом с вершинами, достигающими высоты 8 тыс. футов. Графитовые месторождения расположены на западных склонах этих гор на расстоянии 5—10 миль от побережья. Климат района тропический, среднегодовое количество осадков составляет 100 дюймов и более.

Коренные породы юго-западного Цейлона представлены докембрийскими гнейсами, кристаллическими сланцами и метаизвестняками. Эти породы слагают смятую в складки и регионально-метаморфизованную мощную толщу, аналогичную гренвиллской серии Канады. Региональное простирание пород север-северо-западное. Листоватые породы инъецированы кварцевыми жилами, пегматитами, гранитами и пиро- ксенитами.

Чешуйчатый графит встречается в рассеянном состоянии в сланцеватых породах, однако на главных месторождениях графит имеет иные условия нахождения и концентрируется в жилах, линзах, карманах и кавернах выполнения, главным образом в сланцеватых породах, но также и в пегматитах ( 9.1). В большинстве случаев жилы графита залегают согласно с вмещающими породами, но иногда они приурочены и к секущим трещинам. Мощность жил колеблется от немногих дюймов до нескольких футов. Протяженность отдельных жил редко превышает первые десятки футов, но жильные зоны в кристаллических сланцах протягиваются на многие мили. Жилы имеют пережимы и раздувы, нередко расщепляются на серии тонких прожилков; очень часто они ограничены весьма неправильными заль- бандами с отдельными вздутиями и обычно смяты в складки.

Участки мономинерального графита не представляют редкости, но обычно присутствуют многочисленные минеральные примеси, которые рассеяны в жильной массе или слагают полосы в центральных частях жил. Наиболее распространенные примеси: пирит, кварц, кальцит, пироксен и апатит. В несколько меньших количествах присутствуют известково-силикатные минералы — волластонит, тремолит и др. Графитсодержащие пегматиты постепенно переходят в жилы сплошного графита (Wadia, 1943, стр. 17).

Как во внутреннем строении жил, так и в их взаимоотношениях с вмещающими породами не удается найти характерных признаков отложения графита из растворов. Более

основательно представление Вадия (Wadia, 1943, стр. 19), согласно которому наблюдающиеся в настоящее время формы выделения графита возникли в результате инъекций или выполнения пустот (Squirted or molded). Вадия полагает, что жилы возникли в процессе выполнения существовавших пустот под давлением графитом, «находившимся в летучем, жидком или пластическом состоянии».

Бастин (Bastin, 1912, стр. 341) пришел к предварительным выводам о генезисе месторождений, связав графитизацию с поздними стадиями контактного метаморфизма. Эта концепция была принята Кларком (Clark, 1921, стр. 171) и Вадия (Wadia, 1943), предполагавшими, что в результате диссоциации известковистых пород под воздействием гранитной магмы или магматических газов возникал элементарный углерод. При этом высказывалось положение, что если окись кальция в метаизвестняках входила в состав известково-силикатных минералов, то при этом также выделялась двуокись углерода, которая при высоких давлениях и температуре диссоциировала с образованием газообразного, жидкого или твердого углерода.В процессе такого интенсивного контактного метаморфизма известковые силикаты оставались на месте их образования, а углерод был весьма подвижным. В связи с этим в силици- фицированных метаизвестняках графит присутствует в незначительных количествах и преимущественно концентрируется в кристаллических сланцах и гнейсах. Именно к этим типам пород, развитым вблизи метаизвестняков и гранитов, приурочены все крупные системы жил графита.

На Цейлоне существует около дюжины механизированных графитовых рудников; три наиболее крупных функционируют непрерывно. В 1943 г. горные работы на одном руднике достигли глубины 1600 футов, а на другом — 800 футов. В большинстве случаев, 'однако, эксплуатационные работы ведутся в простых карьерах и развиваются по простиранию отдельных жил и карманов в пределах, оправдывающих добычу с поверхности. На отдельных месторождениях изредка проходятся шахты со штреками из них длиной до80—100 футов, но систематическое развитие эксплуатационных работ с разбивкой на блоки почти не осуществляется. Обильные осадки обусловливают сильный приток воды, однако лишь в наиболее крупных рудниках налажены системы водоотлива. Хотя добыча графита на Цейлоне началась более 100 лет назад, до сих пор не наблюдается «сколько-нибудь ощутимого истощения запасов, даже наиболее доступных к выемке» (Wadia, 1943, стр. 15). Запасы графита как по визуальной оценке в действующих карьерах и рудниках, так и по общим геологическим соображениям могут обеспечить развитие эксплуатационных работ еще на многие десятилетия.

Добытая графитовая руда может содержать до 50% посторонних примесей, большая часть которых удаляется ручной сортировкой. В порту Коломбо графит подвергается дополнительному обогащению с применением дробления, грохочения и промывки. Затем он сортируется с учетом требований конкретных потребителей. Цейлон — единственный крупный производитель высококачественного кристаллического комового графита, который экспортируется более чем в дюжину стран, в основном в США, Великобританию и Японию.

Сонора, Мексика

Крупные месторождения аморфного графита разрабатываются с 1895 г. близ города Ла-Колорадо, штат Сонора в западной Мексике (Hess, 1909, 1910). Этот графитоносный район расположен на расстоянии около 180 миль южнее Ногалес, Аризона, и приблизительно в 60 милях от побережья Калифорнийского залива. Район находится на высоте около 1300 футов. Здесь развита лишь скудная пустынная растительность; этот район представляет собой южное продолжение провинции Бассейнов и Хребтов западной части США.

Графит слагает пласты, приуроченные к триасовым песчаникам, которые обнажаются на дневной поверхности в виде холмистых гряд. Эта толща смята в резкие складки и интру- дирована дайками, силлами и мелкими инъекциями белого гранита. В районе имеется не менее семи пластов графита, круто падающих в северном и северо-восточном направлениях. Мощность графитовых пластов колеблется от 1 до 24 футов в участках их раздува, возникших в результате складкообразования; средняя мощность главного пласта составляет 9—10 футов. Пласты имеют раздувы и пережимы, а местами выклиниваются и секутся мелкими поперечными разрывными нарушениями.

Залежи состоят из сплошного агрегата мягкого графита с полуметаллическим серовато-черным блеском. В некоторых пластах имеется тонкая плитчатость. Жилы и выделения чешуйчатого графита отсутствуют. Пластовый характер месторождений, наличие в них линз песчаника и тонкая плитчатость почти не вызывают сомнений в том, что графит возник в результате изменения пластов каменного угля. Этот вывод согласуется и с «присутствием в разных участках, видимо в пределах одного и того же пласта, различных фаз — графита, антрацита, кокса и каменного угля» (Hess, 1910, стр. 20). Предполагается, что метаморфизм углей был вызван интрузией гранитов, которые представлены здесь многочисленными мелкими инъекциями.

Эксплуатационные работы ведутся подземным способом. Сырая добытая руда содержит в среднем 80—85% углерода в форме графита; за счет ручной отборки можно получить материал с содержанием графита до 95%. Сырье отправляется для переработки в Сагино, Мичиган. Сонорские месторождения в связи с очень высоким содержанием в них графита играют важную роль среди наиболее существенных мировых источников графита.

Другие месторождения

Среди типов концентраций графита наиболее распространены скопления рассеянной его вкрапленности в кристаллических сланцах и гнейсах. К этому последнему типу относятся крупные европейские месторождения в ФРГ, Австрии и Чехословакии, в которых добывается как чешуйчатый, так и аморфный графит. Чешуйчатый графит спорадически добывается в Онтарио и Квебеке (Spence, 1920), где он встречается в кристаллических сланцах и метаизвестняках грен- виллской серии (докембрий). Мелкие прожилки, карманы и рассеянная вкрапленность чешуйчатого графита известна в гренвиллских породах на восточном склоне гор Адирондак, штат Нью-Йорк (Ailing, 1917; Bastln, 1910). Чешуйчатый графит добывался (Sanford, Lamb, 1949) из докембрийских гнейсов формации Пикеринг в юго-восточной Пенсильвании (Miller, 1912 а,б). Крупные, но не эксплуатировавшиеся месторождения графита известны в Северной Каролине (Harrington, 1947). В период второй мировой войны чешуйчатый графит тигельного сорта добывался (Pallister, Smith, 1947) в восточной части центральной Алабамы (Brown, 1925; Prouty, 1917). В Техасе, в округе Бернет, в пределах нагорья Льяно, месторождения графита приурочены к докембрийским кристаллическим сланцам формации Паксэддл (Chelf, 1943; Paige, 1911). В литературе имеются описания методов разработки и помола графита техасских месторождений (Needham, 1946). Запасы графита в США и возможности его использования в качестве отечественного сырья чешуйчатого типа кратко рассмотрены Камероном (Cameron, 1956).

Жильные месторождения графита, сопоставимые с цейлонскими (Bastln, 1912), известны близ Диллона, округ Би- верхед в юго-западной Монтане (Ford, 1954; Wlnchell, 1911 а, б). В этом районе развиты докембрийские гнейсы, ме- тадоломиты и пироксениты, интрудированные согласными телами пегматитов. Графитовые жилы мощностью от '/в ДО 2 футов приурочены к метадоломитам. В ассоциирующих с метадоломитами породах присутствует рассеянная вкрапленность чешуйчатого графита. По данным Форда (Ford, 1954), графитовая минерализация здесь моложе регионального метаморфизма и гранитной интрузии; графит приурочен к микротрещинам разрыва и не содержит посторонних включений и продуктов изменения. Видимо, эти концентрации графита относятся к эпитермальному типу и возникли за счет газообразных эманаций, содержащих углерод или углеводороды, в близкоповерхностных условиях при низких давлениях. Диллонские месторождения временами разрабатывались.

Главный тип графита, добывающегося в Южной Корее (Overstreet, 1947), относится к сырью типа пластовых месторождений, образовавшихся за счет метаморфизма каменных углей. Графит Род-Айленда в действительности представляет собой высокосортный метаантрацитовый каменный уголь (Quinn, Glass, 1958). Мелкие пластовые месторождения графита известны в юго-восточной части Нью-Мексико (Lee, 1913).

Запасы графита в США

Для США имело бы большое значение выявление новых крупных жильных и пластовых месторождений графита, что освободило бы страну от зависимости от иностранных источников сырья, особенно Цейлона и Мексики. Известные описания проявлений жильного графита в сложных метаморфических комплексах непосредственно свидетельствуют о потенциальных районах и направлениях поисков и разведок. Обнаружения пластовых месторождений можно ожидать в таких районах, где пласты каменного угля претерпели метаморфизм, особенно контактный. Темный цвет, субметаллический блеск и жирность графита, а также его устойчивость к выветриванию позволяют обнаружить этот минерал даже в том случае, если он присутствует в незначительном количестве. Следовательно, любое проявление нуждается в изучении даже с применением буровых работ, так как только в этом случае возможна достоверная его оценка.

США располагают собственными ресурсами кристаллического чешуйчатого графита. По Паллистеру и Тоенену (Pal- lister, Thoenen, 1948), в Алабаме имеется не менее 11 млн. г выветрелых пород, содержащих около 60 фунтов на тонну извлекаемой графитовой чешуйки всех сортов, т. е. здесь сосредоточены запасы чешуйчатого графиче до 330 тыс. т. Поскольку годовое потребление такого графита в США не превышает 10 тыс. т, эти запасы можно считать весьма значительными. Однако в течение многих лет для производства тиглей, твердых смазочных и набивочных материалов, а также для многих других целей используется в качестве стандартного сырья мадагаскарский чешуйчатый графит (Cameron, 1956). Мадагаскарский графит отличается высокой кристалличностью, жесткостью, однородностью и высоким содержанием углерода, он выдерживает все более жесткие год от года требования потребителей. Потребители с трудом переходят на другие виды сырья, требующие изменений в технологических процессах. Короче говоря, ломать сложившиеся соотношения в области потребления графита весьма трудно. Однако открытие крупных месторождений крупночешуйчатого графита в США или в Северной Америке в целом могло бы радикально изменить эту картину .

ЛИТЕРАТУРА

Ailing Н. L. (1917). The Adirondack graphite deposits, N. Y. State Museum Bull., 199. ;

В as tin E. S. (191Q).' Origin of certain Adirondack graphite deposits, Econ. Geology, Б, 134—157.

Bastln E. S. (1912). Graphite deposits of Ceylon, Econ. Geology, 7, 419—445.

Beverly В., Jr. (1934). Graphite deposits in Los Angeles County, California, Econ. Geology, 29, 346—355.

Brown J. S. (1926). Graphite deposits of Ashland, Alabama, Econ. Geology, 20, 208—248.

Cameron E. N. (1956). The domestic graphite supply problem, Min. Eng., 8, 1020—1023.

Che If C. R. (1943). Graphite in Liano County, Texas, Tex. Bur. Econ. Geology, Min. Res. Survey Circ., 57.

Clark Т. H. (1921). The origin of graphite, Econ. Geology, 16, 167—183.

Ciemmer J. B. et al. (1941). Flotation of weathered graphitic schists for crucible flake, Ala. Geol. Survey Bull., 49.

Ford R. B. (1954). Occurrence and origin of the graphite deposits near Dillon, Montana Econ. Geology, 49, 31—43.

Gwinn G. R. (1943). Graphite — natural and manufactured, U. S. Bur. Mines Inf. Circ., 7266.

Gwinn G. R. (1947). Graphite [or manufacture of crucibles, Amer. Inst. Min. Met. Eng. Trans., 173, 583—586.

H a r r i n g ton J. W. (1947). The origin and importance of the Raleigh graphite, Jour. Geology, 55, 516—521.

Hess F. L. (1909). Graphite mining near La Colorada, Sonora, Mexico, Eng. Mag., 38, 36—48.

Hess F. L. (1910). Graphite mining in Mexico, Saginaw, Mich., United States Graphite Co.

Hornaday W. D. (1912). The Santa Maria graphite mines, Mexico, Min. and Eng. World, 37, 1041—1043.

Lee W. T. (1913). Graphite near Raton, N. M., U. S. Geoi. Survey Bull., 530, 371—374.

Millar W. Т., Sanford R. S. (1949). Investigation of Suffern graphite deposits, Rockland County, New York, U. S. Bur. Mines Rept. Inv., 4438.

Miller B. L. (1912a). Graphite deposits of Pennsylvania, Pa. Topog. and Geol. Survey Rept., o.

Miller B. L. <19(2o). The geology of the graphite deposits of Pennsylvania, Econ. Geology, 7, 762—777.

Needham A. B. (1946). Mining and milling operations of the Southwestern Graphite Co., Burnet County, Texas, U. S. Bur. Mines Inf. Circ., 7339.

Overstreet W. C. (1947). Graphite deposits of southern Korea, Econ. Geology, 42, 424—4235.

Paige S. (1911). Graphite in the Llano-Burnet region, Texas, U. S. Geol. Survey Bull., 450, 77—82.

Pal lister H. D„ Smith R. W. (19471. Alabama flake graphite in World War IT, Amer. Inst. Min. Met. Eng. Trans., 173, 480—490.

Paliister H. D., Thoenen J. R. (1948). Flake-graphite and vanadium investigation in Clay, Coosa, and Chilton counties, Ala., U. S. Bur. Mines Rept. Inv., 4366.

Perry E. S. (1948). Talc, graphite, vermiculite, and asbestos in Montana, Mont. Bur. Mines and Geology Memoir, 27, 13—21.

Р г out у W. F. (1917). Geology and distribution of graphite in Alabama, Ala. Geol. Survey Bull., 19.

Quinn A. W., Glass H. D. (1958). Rank of coal and metamorphis grade of rocks of the Narragansett Basin of Rhode Island, Econ. Geology, 53, 563—576.

Sanford R. S., Lamb F. D. (1949). Investigation of the Benjamin Franklin graphite mine and the Just graphite mine, Chester County, Pa., U. S. Bur. Mines Rept. Inv., 4530.

Shelley J. W. (1916). Graphite in Madagascar, Mining Mag., 14, 324—330.

S pence H. S. (1920). Graphite, Canada Dept. Mines, Mines Branch Bull., 511.

Wadia D. N. (1943). A brief account of the mineralogy of the graphite deposits of Ceylon, a note on the origin of the graphite, Ceylon Dept. Mineralogy, Records, Prof. Paper 1, 15—24.

Winchell A. N. (1911a). A theory for the origin of graphite as exemplified in the graphite deposit near Dillon, Montana, Econ. Geology, 8, 218—230.

Winchell A. N. (19116). Graphite near Dillon, Mont., U. S. Geol. Survey Bull., 470, 528—532.