Нетрадиционное природное сырьё для производства фарфора

Институт комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН, ул. Шолом-Алейхема 4, г. Биробиджан, 679016, e-mail: ,

В связи с истощением или исчерпанием традиционных месторождений полезных ископаемых, а также повышением внимания к экологической тематике повышается актуальность ресурсосбережения, рационального использования природных ресурсов, эффективности их использования и снижения энергозатрат. Всё более активно вовлекаются в экономический оборот имеющиеся природные ресурсы, имеющие широкое распространение, но практически не использующиеся [11].

Минеральное сырьё имеет множество направлений использования. Благодаря накопленным знаниям в области строения вещества и его влияния на физические свойства мы способны не только раскрывать свойства природных материалов, но и получать новые, искусственные материалы с заданными свойствами. Это создаёт условия для использования дешёвого, низкосортного минерального сырья, а также позволяет вовлекать в оборот вторичные ресурсы, в том числе образующиеся при добыче и обогащении полезных ис-

копаемых, экономя дефицитное сырьё, энергию и снижая общие затраты.

Существует несколько подходов по использованию бедного (некондиционного) минерального сырья и улучшения его химического состава и технологических свойств [3, 10, 12, 13]:

• •    Замена части дефицитного сырья отходами, в том числе промышленными и твёрдыми коммунальными, например, использование золы от сжигания отходов сахарного производства (багассы) для замены части исходного минерального сырья.

• •    Комбинирование различных видов природного некондиционного минерального сырья, модифицирование бедного сырья с помощью отходов добычи и обогащения или промышленными отходами.

• •    Комбинирование промышленных отходов, в том числе добычи и обогащения.

Наиболее распространённым является первый и отчасти второй способ, наименее всего последний – третий. Такие подходы позволяют полнее использовать имеющиеся ресурсную базу, применяя вместо дорогого и дефицитного сырья более доступное и дешёвое, или же полностью перейти на местное сырьё. Так, на основе низкосортного минерального сырья, в том числе отходов горнодобывающей промышленности, создаются различные строительные материалы – кирпич и керамические блоки, керамическая плитка, фарфор и фаянс хозяйственно-бытового назначения и др. [5, 10].

Подобные подходы позволяют пересмотреть отношение к широко распространённым на территории Среднеамурской низменности лёссовидным суглинкам для поиска потенциально возможных направлений их использования.

Объект и методы исследований

Среднеамурская низменность – обширная аккумулятивная равнина – протягивается в северо-восточном направлении, центральная её часть занята обширной поймой р. Амур. Площадь Среднеамурской низменности составляет около 92,3 тыс. км2. На российскую часть низменности приходится 59,7% ее площади, китайскую – 40,3%.

Низменность занимает впадину между хребтом Сихотэ-Алинь на востоке, Хингано-Буре-инским на северо-западе и Восточно-Маньчжурскими горами на юге. Протяжённость составляет 670 км, ширина 100–200 км. Поверхность плоская, заболоченная, с абсолютными отметками 40–80 м; местами поднимаются островные кряжи низкогорного облика (хребет Даур, хребты Большие Чурки, Ульдура и Вандан) и конусы потухших вулканов. Низменность сложена речными, озёрными и болотными отложениями. Суммарная мощность кайнозойских отложений Среднеамурской впадины местами превышает 1500 м, из которых на долю четвертичных осадков приходится от 5 до 80, реже более 100 м, среди этих пород выделяются [2, 3, 8]:

• 1.    Стратиграфо-генетический комплекс верхнеплейстоценовых и голоценовых аллювиальных отложений террас и пойм (аQ_III+H) – комплекс распространён в долинах всех рек депрессии. Чаще всего отложения этого комплекса залегают на плиоценовых крупнообломочных породах, песках и не имеют с ними чёткой литологической границы.

• 2.    Стратиграфо-генетический комплекс плейстоценовых эоловых отложений (LvQp) – отложения этого комплекса занимают доминирующее положение в Среднеамурской впадине и представлены в основном глинистыми грунтами – пылеватыми суглинками и глинами. Мощность комплекса не превышает 50 м.

• 3.    Стратиграфо-генетический комплекс плейстоценовых полигенетических отложений – (LnQp) – формирование полигенетического комплекса связано с осаждением эоловой пыли при активном участии процессов и отложений склонового ряда (коллювиальных, делювиальных, пролювиальных, солифлюк-ционных, аллювиальных, элювиальных и других, в том числе парагенетических). Максимальная мощность полигенетических отложений комплекса 49 м.

Лёссы и лёссовидные суглинки как Еевро-пейской, так и азиатской части России содержат 50–70% кварца, 10–20% калий-натриевых полевых шпатов, 5-10% минералов класса карбонатов; характеризуются рядом специфических признаков: палевой, желто-палевой, буровато-палевой окраской, однородным пылевато-суглинистым гранулометрическим составом с преобладанием фракции крупной пыли (диаметром от 0,05 до 0,01мм) [7]. Сравнительный анализ химического состава всех лёссовидных пород Среднеамурской низменности схожий и колеблется в незначительных пределах (табл.) по [3].

В работе использованы следующие методы: анализ литературных данных и источников, сравнительный анализ химического состава лёссовидных пород Среднеамурской низменности и одного из рецептов белого фарфора для изготовления ла-

Таблица

Химический состав лёссовых пород Среднеамурской низменности

Table

Chemical composition of the Middle Amur lowland loess-like rocks

Эоловые деградированные лёссы (LvQp) Полигенетические (LaQp) Аллювиальные (аQIII-Н) водораздельные склоновые SiO2 65,2 61,8 63,5 66,6 TiO2 0,89 1,07 0,95 0,75 Al2O3 16,8 17,8 16,4 15,6 Fe2O3 4,27 7,03 5,79 3,73 MgO 1,06 1,11 1,18 1,21 CaO 0,76 0,68 0,79 1,06 Na2O 1,68 0,77 1,43 2,14 K2O 2,59 2,27 2,64 2,7 K2O/Na2O 1,54 2,95 1,85 1,26 CaO/MgO 0,72 0,61 0,67 0,88 SiO2/Al2O3 3,88 3,47 3,9 4,27 бораторной посуды с последующей оценкой возможного использования лёссовидных пород.

Результаты исследования и их обсуждение

Породы комплекса эоловых отложений (LvQp) занимают доминирующее положение в Среднеамурской впадине. На лёссах и лёссовидных отложениях сформированы следующие типы почв – луговые дерново-глеевые глинистые, лугово-болотные дифференцированные суглинисто-глинистые, лесные дифференцированные суглинисто-глинистые и др., что делает их наиболее ценным видом почв для ведения сельского хозяйства. Многие из таких почвенных массивов распаханы и активно используются в сельском хозяйстве для выращивания пищевых, кормовых и технических культур [1].

Извлекаемые при земляных работах из недр породы этого типа используются для подсыпки земельных участков, создания искусственного почвенно-растительного покрова в целях озеленения на территориях населённых пунктов.

В целом химический состав лёссовидных пород показывает высокую схожесть с химическим составом одного из рецептов белого фарфора для изготовления лабораторной посуды [6], однако имеются и некоторые отличия – повышенное содержание в лёссовидном суглинке красящих ок- сидов: TiO2 в два раза и Fe2O3 более чем в 10 раз; пониженное содержание SiO2 и Al2O3 на 6–7%; содержание CaO и MgO в два раза выше, чем в фарфоре; Na2O в 1,7 меньше, а K2O в 3,4 больше, чем в фарфоре (рис). Следовательно, лёссовидные суглинки региона вполне можно рассматривать как одну из разновидностей фарфорового камня.

Фарфоровый камень – это гидротермально-изменённые, реже средние по химическому составу магматические породы: граниты, риолиты, дациты и их туфы. Тонкозернистость этих пород, низкие содержания красящих оксидов и благоприятный минеральный состав позволяют использовать их без обогащения в качестве основного или корректирующего компонента в составе фарфоровых масс [4, 9].

На территории ЕАО фарфоровое сырьё представлено проявлениями Малый Хинган и Бомбин-ское. Первое находится на территории Облучен-ского района ЕАО в осевой части массива Малый Хинган и представлено вулканогенными породами кислого состава мелового возраста. Породы характеризуются малым содержание красящих окислов. Второе расположено на территории Биробиджанского района, в 50 км южнее г. Биробиджана и представлено вторичными кварцитами с содержанием кварца до 70% и каолинита до 25–35% [4].

Рис. Сравнительный химический состав лёссовых пород и фарфора

Fig. Comparative chemical composition of loess rocks and porcelain

Если оценивать лёссовидные суглинки как разновидность «фарфорового камня», то по суммарному содержанию щелочей (Na2O+K2O) породы щелочные (более 3%). Калиевый модуль (K2O/ Na2O) равен 1,54 – т.е. породы калинатровые и по данному показателю пригодны для изготовления фарфора (табл.) [9].

Исходя из особенностей химического состава широко распространённых эоловых отложений (LvQp) предлагаем рассмотреть следующие, потенциально возможные направления их использования:

• •    В качестве основного компонента и отоща-ющей добавки для керамических масс, в том числе для изготовления грубой строительной керамики (кирпич, керамические блоки и др.).

• •    Как основа фарфоровых масс для производства технических, художественных и сувенирных изделий.

Заключение

Таким образом, сравнительный анализ химического состава лёссовидных суглинков и фарфора позволяет сделать вывод о потенциальной возможности изготовления на основе широко распространённых лёссовидных пород региона цветного фарфора и фарфороподобной продукции, а также в качестве отощающей добавки керамических масс, в том числе для изготовления грубой строительной керамики. Вместе с тем для уточнения реализуемости предложенных вариантов использования лёссовидных пород необходимо провести дополнительные производственные и технологические испытания.