ГЛАВА XIII
РАЗЛИЧНЫЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МИНЕРАЛЫ
ПРИРОДНЫЕ АБРАЗИВЫ
Экономические особенности
Природные абразивы менее важны в коммерческом отношении в Соединенных Штатах, чем искусственные абразивы, но на природных абразивах основана значительная отрасль.
Кремнезем или кварц в своих различных кристаллических формах составляет более трех четвертей тоннажа природных абразивов, используемых в Соединенных Штатах. Это главный ингредиент песка, песчаника, кварцита, кремня, диатомита и трепела. Из песка и песчаника изготавливаются мельничные жернова, точильные камни, бруски, масляные камни и оселки. Песок, песчаник и кварцит также измельчаются и используются в пескоструйных аппаратах, наждачной бумаге и для других абразивных целей. Кремень составляет мелющие шары и футеровку трубных мельниц, а также измельчается для абразивов. Диатомовая (инфузорная) земля используется в качестве полирующего агента, а также как фильтрующий материал, абсорбент и для теплоизоляции. Трепел (и гнилой камень) используются в полировальных порошках и чистящем мыле, а также для фильтрующих блоков и многих других целей.
Другими важными абразивами являются наждак и корунд, гранат, пемза, алмазная пыль и борт, а также полевой шпат.
Импорт абразивных материалов в Соединенные Штаты составляет около одной трети стоимости материалов, произведенных на месте. Хотя все различные абразивы представлены в этом импорте, Соединенные Штаты зависят от иностранных источников для удовлетворения важных частей своих потребностей только в наждаке и корунде, гранате, пемзе, алмазной пыли и борте, а также мелющих шарах.
Наждак и корунд используются в различных формах для шлифовки и полировки твердых материалов — стали, стекла, камня и т. д. Основными иностранными источниками наждака были Турция (Смирна) и Греция (Наксос), где запасы велики, а производство дешево. Производство корунда поступало из Канады, Южной Африки, Мадагаскара и Индии. Отечественное производство наждака ведется в основном в Нью-Йорке и Вирджинии, а корунд поступает из Северной Каролины. Отечественных запасов недостаточно для удовлетворения потребностей, и они не могут заменить иностранный материал для полировки тонкого стекла и других специальных целей. Сокращение импорта во время войны значительно стимулировало развитие искусственных абразивов и их замену наждаку и корунду.
Гранат используется главным образом в виде гранатовой бумаги для обработки кожи, дерева и латуни. Гранат производится в основном в Соединенных Штатах и Испании. Соединенные Штаты — единственная страна, использующая большие количества этого минерала, и импортирует большую часть испанской продукции. Отечественные поставки поступают в основном из Нью-Йорка, Нью-Гэмпшира и Северной Каролины.
Пемза используется для тонкой отделки и полировки лакированных и эмалированных поверхностей, а также в чистящих порошках. Главным мировым источником пемзы являются Липарские острова, Италия. Существуют большие отечественные запасы материала несколько более низкого качества (вулканический пепел) в регионе Великих равнин, а также высококачественные материалы в Калифорнии и Аризоне. В условиях войны эти запасы использовались, но обычно высококачественную итальянскую пемзу можно доставить на американские рынки дешевле.
Алмазная пыль используется для резки драгоценных камней и других очень твердых материалов, а борт или карбонадо (черные алмазы) — для алмазного бурения при разведке. Большая часть черных алмазов поступает из Бразилии, а алмазная пыль — из Южной Африки, Бразилии, Борнео и Индии.
Кремневые или кремневые гальки для трубных мельниц поставляются в основном с обширных месторождений на французском и датском побережьях. Отечественное производство было небольшим, состоящим главным образом из кремневой гальки с пляжей Калифорнии и искусственных галек, изготовленных из риолита в Неваде и кварцита в Айове. Военный опыт продемонстрировал возможность использования отечественных поставок в большей пропорции, но качество таково, что в нормальное время эти поставки не будут конкурировать с импортом.
Полевой шпат в качестве абразива используется главным образом в чистящем мыле и средствах для мытья окон. Отечественных запасов достаточно. Основное использование полевого шпата — в керамической промышленности, и этот минерал более подробно обсуждается в главе об обычных породах (стр. 86).
Для большого количества абразивов, производимых из кремнезема, помимо кремневой гальки, отечественных источников производства достаточно. Кремнистые породы доступны почти везде. Однако для конкретных целей породы, обладающие точными комбинациями качеств, которые делают их наиболее подходящими, во многих случаях четко локализованы. Мельничные жернова и точильные камни, используемые для помола зерна, красочных руд, цементного сырья, удобрений и т. д., производятся главным образом в Нью-Йорке и Вирджинии; отчасти из-за торговых предубеждений и традиций около трети американских потребностей импортируется из Франции, Бельгии и Германии. Точильные и шлифовальные камни, используемые для заточки инструментов, помола древесной массы и т. д., поступают в основном из Огайо и в меньшей степени из Мичигана и Западной Вирджинии; около 5 процентов потребления импортируется из Канады и Великобритании. Оселки, масляные камни и точильные бруски производятся в основном из породы под названием «новакулит» в Арканзасе, а также в Индиане, Огайо и Новой Англии; импорт незначителен. Кремневая футеровка для трубных мельниц ранее импортировалась из Бельгии, но американские продукты, разработанные во время войны в Пенсильвании, Теннесси и Айове, представляются вполне удовлетворительными заменителями. Диатомит производится в Калифорнии, Неваде, Коннектикуте и Мэриленде, а трепел и гнилой камень — в Иллинойсе, Миссури и Оклахоме; отечественных источников достаточно для всех нужд, но из-за вопросов обратной перевозки и стоимости железнодорожного транспорта имел место некоторый импорт из Англии и Германии.
Геологические особенности
Геологические особенности кремнезема (кварца), полевого шпата и алмазов достаточно указаны в других местах (Глава II; стр. 84, 196, 86, 291-292).
Диатомит состоит из остатков мельчайших водных растений. Он может быть рыхлым и порошкообразным или связным, как мел. Он имеет осадочное происхождение, накопившись первоначально на дне прудов, озер и в море.
Трепел и гнилой камень — это легкие, пористые кремнистые породы, которые образовались в результате выщелачивания известковых материалов из различных кремнистых известняков или известковых кремней в процессе выветривания.
Мелющие гальки происходят от эрозии известняковых или меловых формаций, которые содержат конкреции чрезвычайно мелкозернистого и плотного кремня. Под действием речных и морских волн они окатываются и полируются. Основными источниками являются морские пляжи.
Корунд как абразив — это минерал с таким названием, состоящий из безводного оксида алюминия. Наждак — это тесная механическая смесь корунда, магнетита и иногда шпинели. Корунд является продуктом контактового метаморфизма, а также результатом прямой кристаллизации из расплавленной магмы. Канадский корунд встречается как компонент сиенита и нефелинового сиенита в Нижнем Онтарио. В Северной Каролине и Джорджии корунд встречается в жилоподобных телах на контакте перидотита с гнейсами и сланцами, а также частично в самом перидотите. В Нью-Йорке месторождения наждака представляют собой сегрегации оксидов алюминия и железа в норите (основной изверженной породе). Наждак Греции и Турции встречается в виде линз или карманов в кристаллических известняках и является результатом контактового метаморфизма интрузивными гранитами.
Гранаты образуются главным образом в результате контактового метаморфизма и обычно встречаются либо в сланцах и гнейсах, либо в мраморе. Основные американские месторождения относятся к этому типу. Будучи тяжелыми и устойчивыми к выветриванию, они также концентрируются в россыпях. Сообщается, что испанские гранаты получают промывкой песков некоторых рек.
Пемза — это затвердевшая горная пена, образовавшаяся при выходе газов из расплавленных изверженных пород на поверхности. Она часто тесно связана с вулканическим пеплом, который также используется для абразивных целей.
В целом геологические процессы, участвующие в формировании абразивов, охватывают почти весь диапазон от первичных магматических процессов до поверхностных изменений и осадконакопления.
АСБЕСТ
Экономические особенности
Основными видами использования асбеста являются высоконапорные уплотнения в тепловых двигателях, тепловая и электрическая изоляция, огнезащита и накладки тормозных лент.
Крупнейшими производителями асбеста являются Канада (Квебек) и, в значительно меньшей степени, Россия. Интересы Соединенных Штатов имеют финансовый контроль над примерно четвертью канадского производства, и практически весь экспорт Канады идет в Соединенные Штаты. Россия экспортирует почти всю свою продукцию в Германию, Австрию, Соединенное Королевство, Бельгию и Нидерланды. До войны объем добычи в значительной степени контролировался германским синдикатом. В последнее время значительное производство появилось в Южной Африке, продукция которой закупается Англией и Соединенными Штатами, а небольшие количества производятся в Италии, на Кипре и в Австралии.
Соединенные Штаты были крупным импортером асбеста из Канады и некоторых других источников. Отечественное производство относительно незначительно, и экспорт зависит главным образом от избытка импорта. Джорджия является основным местным источником. Аризона и Калифорния также являются производителями, их продукт более высокого качества. Соединенные Штаты являются крупнейшим производителем асбестовых товаров, и экспорт идет почти во все части мира.
Пока обильный канадский материал доступен на разумных условиях, Соединенные Штаты находятся примерно в таком же положении, как если бы они были независимы. Некоторые канадские предложения об ограничении во время войны привели к изучению других поставок и показали, что несколько месторождений, таких как в России и Африке, могут конкурировать с канадским асбестом.
Геологические особенности
Асбест состоит в основном из минералов силиката магния — хризотила, антофиллита и крокидолита. Термин «асбест» охватывает все волокнистые минералы с некоторой прочностью на разрыв, которые являются плохими проводниками и могут использоваться для теплозащиты. Подобно тальку, они происходят главным образом из изменения оливина, пироксена и амфибола — или чаще из серпентина, который сам является результатом изменения этих минералов. Хризотил является наиболее распространенным, и из-за длины, тонкости и гибкости его волокон, позволяющих прясть его в асбестовые веревки и ткани, он является наиболее ценным. Волокна антофиллита, с другой стороны, короткие, грубые и хрупкие, и могут использоваться только для низкосортных целей. Крокидолит или голубой асбест похож на хризотил, но несколько уступает по огнеупорным качествам.
Асбестовые месторождения встречаются главным образом в виде прожилков в серпентиновой породе, которая сама является изменением какой-то более ранней породы, такой как перидотит. Они явно сформировались в трещинах и разломах посредством воды, но являются ли эти воды горячими или холодными, не очевидно. Прожилки иногда интерпретировались как заполнения трещин сокращения, но более вероятно, что они обусловлены перекристаллизацией серпентина, протекающей изнутри от трещин. В Квебеке хризотил-асбест (который частично является прядильного, а частично непрядильного сорта) образует нерегулярные жилы такого рода в серпентине, причем волокно составляет от 2 до 6 процентов породы.
В Джорджии асбест, который является антофиллитом, встречается в линзовидных массах в перидотите, ассоциированном с гнейсом. Предполагается, что он образовался в результате изменения оливина и пироксена в изверженных породах. В Аризоне хризотил встречается в жилах в кремнистом известняке, ассоциированном с диабазовыми интрузиями. Здесь считается, что он является продуктом изменения диопсида (известково-магнезиального пироксена) в контактово-метаморфической силикатной зоне.
Крокидолит добывается в промышленных масштабах только в Капской колонии, Южная Африка. Месторождения встречаются в тонких осадочных слоях, перемежающихся с яшмами и железистыми породами. Их происхождение детально не разработано.
Месторождения России, Трансвааля, Родезии и Австралии представляют собой высококачественный хризотил, вероятно, сходный по происхождению с месторождениями Квебека. Асбест Италии и Кипра — это антофиллит, более похожий на материал из Джорджии.
БАРИТ (ТЯЖЕЛЫЙ ШПАТ)
Экономические особенности
Барит используется главным образом в качестве материала для красок. Для этой цели он применяется как в молотом виде, так и при производстве литопона — широко используемой белой краски, состоящей из сульфата бария и сульфида цинка. Молотый барит также используется в определенных видах резиновых изделий и при изготовлении тяжелой глянцевой бумаги. Меньшие количества идут на производство химикатов бария, которые используются при приготовлении перекиси водорода, умягчении воды, дублении кожи и в широком спектре других применений.
Германия является основным мировым производителем барита и обладает большими запасами высокосортного сырья. Великобритания также имеет обширные месторождения и производит, возможно, одну четверть от объема Германии. Франция, Италия, Бельгия, Австро-Венгрия и Испания производят меньшие, но значимые количества.
До войны Соединенные Штаты импортировали из Германии почти половину барита, потребляемого в этой стране, и производили остальное. В условиях военных потребностей были развиты адекватные отечественные поставки, которые покрыли почти весь значительно возросший спрос. Производство велось в четырнадцати штатах, крупными производителями были Джорджия, Миссури и Теннесси. Во время войны также произошло важное перемещение баритопотребляющих отраслей на Средний Запад, чтобы более легко и дешево использовать отечественный продукт. По этой причине не ожидается, что германский барит будет играть такую же важную роль, как раньше, на американских рынках, — хотя его, несомненно, можно доставить на атлантическое побережье гораздо дешевле, чем отечественный барит, который требует длительных железнодорожных перевозок из южных штатов и штатов Среднего Запада.
Геологические особенности
Минерал барит — это тяжелый белый сульфат бария, часто называемый «баритом» или «тяжелым шпатом». Витерит, карбонат бария, — гораздо более редкий минерал, но встречается вместе с баритом в некоторых жилах.
Все магматические породы содержат по крайней мере следы бария, который, вероятно, присутствует в силикатах, и эти малые количества являются конечным источником более концентрированных месторождений. Сам барит не встречается в качестве первичного компонента магматических пород или пегматитов, но, по-видимому, всегда образуется путем осаждения из водных растворов. Он является обычным жильным минералом во многих месторождениях металлических сульфидов, как сформированных в связи с магматической активностью, так и независимых от нее, однако в этих случаях он имеет незначительную коммерческую ценность или не имеет ее вовсе.
Основные месторождения барита встречаются в осадочных породах, особенно в известняках и доломитах. В этих породах он встречается в виде жил и линз, очень похожих по своей природе на месторождения свинца и цинка в долине Миссисипи (стр. 211 и след.), и, подобно им, вероятно, отложенных холодными растворами, которые собирали небольшие количества материала из перекрывающих или вмещающих пород. Месторождения Миссури находятся в известняках в районе недалеко от крупного свинцового района юго-восточного Миссури и отличаются от свинцовых месторождений скорее относительными пропорциями, чем видом минералов; жилы состоят главным образом из барита с небольшими количествами кремнезема, сульфида железа, галенита и сфалерита. Месторождения южных Аппалачей встречаются в виде линз в известняках и сланцах.
Барит мало подвержен поверхностному выветриванию и имеет тенденцию оставаться на месте, в то время как более растворимые минералы сопутствующей породы растворяются и выносятся. Однако происходит ограниченное растворение и переотложение барита, что приводит к его сегрегации в виде конкреций в остаточных глинах. Большая часть фактически добываемого барита поступает из этих остаточных месторождений, которые обязаны своим нынешним положением и ценностью катаморфическим процессам. Сопутствующая глина и оксид железа удаляются путем промывки и механического обогащения.
Некоторые исследователи месторождений долины Миссисипи крайне неохотно принимают идею о том, что руды образуются поверхностными водами обычных температур, и склонны апеллировать к нагретым водам из гипотетического подстилающего магматического источника. Тот факт, что барит является характерным минералом многих магматических жил, и тот факт, что в этом же общем регионе он встречается в месторождениях флюорита Кентукки-Иллинойса — где магматический источник общепризнан, — наряду с сомнениями в теоретической способности метеорных вод переносить минералы, обнаруженные в баритовых месторождениях, привели некоторых авторов к тому, чтобы приписать этим баритовым месторождениям магматическое происхождение. Магматическая теория не была опровергнута; но в целом баланс доказательств, по-видимому, убедительно указывает на то, что баритовые месторождения, как и свинцово-цинковые руды, которые по своей природе по существу такие же, хотя и различаются по пропорциям минералов, были сконцентрированы из прилегающих отложений обычными поверхностными водами.
БУРА
Экономические особенности
Боросодержащие минералы используются почти исключительно в производстве буры и борной кислоты. Почти треть буры, потребляемой в Соединенных Штатах, используется в производстве эмалей или фарфороподобных покрытий для таких предметов, как ванны, кухонные раковины и кухонная утварь. Другие виды использования буры или борной кислоты включают применение в качестве флюса при плавке и очистке драгоценных металлов, при разложении хромита, в производстве стекла, в качестве консерванта, антисептика и чистящего средства. Последние разработки показывают, что металл бор может играть важную роль в металлургии различных металлов. Он использовался при изготовлении очень чистых медных отливок для электротехнических целей, в алюминиевых бронзах и при закалке алюминиевых отливок; также было экспериментально показано, что сплав ферробор действует на сталь несколько подобно феррованадию.