Месторождения остаточных каолинов в районе Спрус-Пайн

Месторождения глин, образовавшихся при выветривании полевошпатовых пород, встречаются редко, и только немногие месторождения, представленные высококачественными каолинами, имеют промышленное значение. Месторождения каолинов этого типа расположены вблизи Спрус-Пайн в горах Блу- Маунтинс на западе центральной части штата Северная Каролина (Sand, 1956; Parker, 1946).

Месторождения каолина в этом р-айоне возникли при химическом выветривании небольших неправильных штоков гранитных пород — аляскитов, внедрившихся в докембрийские гнейсы и кристаллические сланцы. Эти штоки имеют размеры в поперечнике от немногих сотен ярдов до 1—2 милей. Аляс- киты — крупнокристаллические и очень однородные по составу породы. Они состоят из олигоклаза (50%), микроклина (25%), кварца (25%) и небольшого количества мусковита. Железо- магнезиальные минералы, за исключением незначительной примеси биотита, в этих породах отсутствуют.

Разработка месторождений глин с прослоями обводненного песка

Месторождения каолина расположены в пониженных участках слабо поднятой и размытой поверхности вдоль рек Норт-Тое и Саут-Тое, притоков реки Теннесси, текущих в северо-западном направлении. Образование каолина происходило после формирования эрозионной поверхности, вероятно, в третичное время (Sand, 1956). В некоторых частях этого района, особенно вдоль приподнятых речных террас, каолины, встречаются на глубине до 100 футов, но большая часть разрабатываемых залежей каолина расположена на глубине менее 50 футов. Каолины сложены каолинитом и родственным ему минералом — галлуазитом с примесью частично разложенного полевого шпата, неизмененного кварца и мусковита. Включения сланцев и гнейсов, встречающиеся в материнских аляскитах и сохраняющиеся в залежах каолинов, представляют собой пустые породы. . .

Вскрыша на месторождениях имеет мощность от 1 до 10 футов. Она представлена речными отложениями или остаточной почвой. Вскрыша удаляется драглайнами или экскаваторами. Каолин разрабатывается экскаваторами и доставляется на фабрики на самосвалах или ленточным конвейером. Некоторые месторождения разрабатываются при помощи гидромониторов; глинисто-водная взвесь («шликер») поднимается ковшовым элеватором в желоба, по которым она переправляется на обогатительную фабрику.

Крупные включения пустых пород избегают при разработке, а мелкие включения извлекаются вместе с вскрышей.

Каолиновое сырье обогащается по довольно сложной схеме, включающей дробление, отмучивание, просеивание, отстаивание и флотацию. Важным побочным продуктом обогащения является тонкозернистая слюда. Каолин используется главным образом в качестве фарфоровой глины. Рассматриваемые месторождения представляют собой потенциальные источники алюминия, так как в отмученном каолине содержится в среднем 37% и более глинозема и менее 1% окислов железа. Паркер (Parker, 1946) сообщил, что запасы каолина в этом районе составляют 3—7 млн. т.

Глины, образовавшиеся при изменении пирокластических пород

О пирокластическом характере пород, за счет которых образовались бентониты, можно судить по наличию в этих глинах более или менее измененных характерных осколков стекла (shard). Сравнение химических составов этих глин и исходных пород показывает, что при образовании глин кремнезем и щелочи частично удалены из исходных пород, а вода добавлена. Для бентонитов также характерно широкое горизонтальное распространение отдельных пластов, как это наблюдалось бы в случае выпадения вулканического пепла. Полевые наблюдения позволяют предполагать, что в этом случае в мелководные озера или моря выпадал в изобилии вулканический пепел. Пепловые частицы, переносившиеся по воздуху вместе с вулканическими газами, вероятно, подвергались действию этих газов, и пепел таким образом подготавливался для быстрого разложения при попадании его в воду. В некоторых месторождениях бентониты содержат много «песка», и они, видимо, лишь частично образовались за счет вулканического материала.

Вулканический пепел, вероятно, выпадал сначала на сушу, откуда он потом сносился- в близлежащие водоемы совместно с некоторыми количествами терригенного материала. Практическую ценность имеют только месторо-1 ждения меловых и третичных бентонитов, хотя известны месторождения бентонитов более древнего возраста, в частности ордовикских. Главные месторождения этого полезного ископаемого расположены в западной части США на территории от штата Дакота до штата Нью-Мексико и далее к западу до штата Калифорния, а также в юго-восточной части США в пределах Береговой равнины. Неразбухающие или адсорбирующие бентониты более распространены, чем разбухающие бентониты.

Месторождения бентонита в районе северной части Блэк-Хилс

Разработка месторождений. Большая часть разбухающих бентонитов добывается на двух месторождениях, расположенных на склонах поднятия Блэк-Хилс. Одно из них находится на юго-западной стороне этого поднятия между городами Ньюкасл и Муркрофт в северо-восточной части штата Вайоминг. Другое более крупное месторождение располагается на северном крыле этого поднятия, к северо-западу от Белл-Фурша, в штате Южная Дакота ( 5.6). В плане бентонитовая толща занимает около 980 кв. миль и встречается как на равнине, так и в нижних частях склонов гор в северо-восточной части штата Вайоминг, юго-восточной части штата Монтана и западной части штата Южная Дакота.

В структурном отношении северная часть района Блэк- Хилс представляет собой широкое антиклинальное поднятие, погружающееся в север-северо-западном направлении. Многочисленные второстепенные антиклинали и синклинали вытянуты примерно параллельно главной структуре, и благодаря этой складчатости бентонитовые пласты многократно выходят на поверхность. На крупномасштабной карте этого района, приведенной Кнехтелом и Паттерсоном (Knechtel, Patterson, 1966), хорошо видны мелкие структурные особенности и большая неравномерность обнажений бентонитовых пластов, обусловленная размывом.

В глинистых сланцах формации Маури (самые верхи нижнего мела) и перекрывающей ее формации Белл-Фурш (ба-Фурш также темного цвета, но мягкие, содержат примесь из- вестковистого материала и железисто-карбонатные конкреции. Эти две формации составляют часть группы Бентон (получившей свое название от Форт-Бентон в штате Монтана), а название бентонит произошло от этого стратиграфического термина.

Мощность бентонитовых пластов колеблется от '/2 дюйма до 8 футов и более; пять пластов имеют среднюю мощность по меньшей мере 3 фута. Сланцы, вмещающие бентониты, неустойчивы к эрозии, и поэтому они обычно перекрываются третичными и четвертичными галечниками и песками или почвой и растительным покровом. В участках, расположенных непосредственно ниже каждого пласта бентонита, сланцы имеют повышенную прочность и содержат больше кремнезема, чем обычно, вследствие обогащения их кремнеземом из водных растворов, которые просачивались вниз во время превращения вулканического пепла в бентонит. Вследствие этого, а так- -же в связи с тем, что бентонит несколько более устойчив к эрозии, чем вмещающие сланцы, пласты бентонита на склонах холмов обычно выделяются в виде низких округлых выступов.

Монтмориллонит — главный, и вероятно единственный, глинистый минерал бентонитов. Обычно встречающиеся примеси большей частью представлены слюдой, полевым шпатом, кварцем, гипсом, растворимыми солями и осколками вулканического стекла. Свежие бентониты — это или плотная восковидная глина с ровным изломом, или слабо сцементированный зернистый материал, похожий на крупчатку (corn- meal). В основном бентониты имеют сероватую или желтовато-кремовую окраску. Во время дождливой погоды бентонит насыщается водой, разбухает и образует желатинообразную массу. При высыхании он уменьшается в объеме, растрескивается и в нем образуются характерные однородные узоры из угловатых обломков глины.

Разработка месторождений с прослоями обводненного песка. На месторождениях разрабатывается главным образом пласт бентонита Клей-Спер или «промышленный пласт», залегающий почти в самой верхней части формации сланцев Маури. Этот пласт встречается во всех разрезах; его мощность колеблется от немногих дюймов до 7 футов, составляя в среднем 2— 4 фута. Бентониты пласта Клей-Спер содержат незначительную примесь неглинистых минералов и обладают хорошей способностью к разбуханию и образованию коллоидных взвесей. Этот пласт резко контактирует с нижелёжащими темными кремнистыми породами мощностью 2—8 дюймов, которые вниз постепенно переходят в типичные кремнеземистые сланцы формации Маури. Бентониты Клей-Спер в нижней части пласта в тех участках, где пласт имеет наибольшую мощность, представлены светлоокрашенными глинами мощностью 2,5—4 фута, выше которых залегают темно-серые глины мощностью около 1 фута.

Последние постепенно сменяются вверх темными кремнеземистыми сланцами типа сланцев формации Маури мощностью до 6 футов, которые, как считают, венчают эту формацию. В тех участках, где мощность бентонитового пласта.Клей-Спер невелика, он перекрывается непосредственно мягкими мергелистыми сланцами формации Белл-Фурш. Следовательно, в этих местах формацию сланцев Маури венчает пласт бентонитов.

Бентонитовый пласт Клей-Спер прослеживается не только в районе Блэк-Хилс, но также далее к юГу в районе Ньюкасл — Муркрофт и в районе Хардин, в южной части штата Монтана, примерно в 150 милях северо-восточнее района Блэк-Хилс, где имеются крупнейшие запасы бентонитового сырья (Knechtel, Patterson, 1956). Формации сланцев Маури и Белл-Фурш явно морского происхождения, что подтверждается находками в них ископаемых организмов и стратиграфическими данными. Предполагается, что слои вулканического пепла, из которого образовались бентониты Клей-Спер и др., также отлагались в морской среде.

Добыча бентонитов может производиться только в сухую погоду. Бентониты разрабатываются путем обычных открытых горных работ. Максимальный коэффициент вскрыши в 1956 г. составлял 4 (4 фута вскрыши к 1 футу мощности бентонита). Добытые бентониты из карьера транспортируются по узкоколейной дороге или в крупных самосвалах на перерабатывающую фабрику. В течение лета добывается до 225 тыс. т сырья. Переработка заключается в сушке сырья, дроблении и помоле до необходимых размеров. Готовый продукт отгружается в бумажных мешках и используется для буровых растворов или как связующий компонент в литейных песках.

Месторождения бентонитов Сандерс—Дефайанс в штате Аризона

Важный источник бентонитов, способных к активации, находится в северо-восточной части штата Аризона на юго-западном крыле плато Дефайанс (Kiersch, Keller, 1955). Месторождения расположены вблизи города Сандерс, находящегося на пересечении автострады 66 и железной дороги Санта- Фе примерно на полпути между Холбруком, штат Аризона, и Галлепом, штат Нью-Мексико. Район месторождений дренируется рекой Рио-Пуэрко (притоком реки Литл-Колорадо), текущей в западном направлении.

Разработка месторождений глин. Залежи бентонита приурочены к формации Бидахочи (плиоцен) континентального происхождения, которая несогласно перекрывает формацию Чайнл (триас) и другие более древние формации. Формация Бидахочи имеет ограниченное распространение, приурочиваясь к району истоков реки Литл-Колорадо ( 5.8). Эта формация состоит из трех толщ. Нижняя толща представлена главным образом озерными отложениями—аргиллитами и мелкозернистыми глинистыми песчаниками, которые занимают пониженные участки в рельефе. Средняя, или вулканогенная, толща состоит из базальтовых пород мощностью до 100 футов в западной части района, выделяющихся на поверхности в виде гряд или уступов, и ла- титового вулканического пепла, измененного в бентонит в восточной части района. Верхняя толща сложена главным образом речными песчаниками, светлоокрашенными, косослои- стыми, средне- и мелкозернистыми, глинистыми. Породы этой толщи образуют на склонах ступенчатые формы.

Осадки формации, вероятно, отложились в реках, текущих в юго-западном направлении, которые дрениров'али плато Де- файанс и горы Часка, расположенные далее к северу. Плато Зуни на востоке и плато Могольон на западе также возможно поставляли материал в бассейн осадконакопления Бидахочи.

В результате ларамийской складчатости образовался очень пологий шельфовый склон шириной около 5 миль, ограниченный с восточной стороны плато Дефайанс, а с западной — бассейном Бидахочи. Нижняя толща формации Бидахочи накапливалась главным образом в глубоководном бассейне и частично в области шельфа. Затем в области шельфа произошел внутриформационный размыв, что привело к образованию речных русел и углублений. Материнский пепловый материал бентонитов выпадал на эту неровную поверхность и частично сносился в карманы и углубления. Эти залежи бентонита перекрываются верхней песчаниковой толщей формации Бидахочи.

Залежи высококачественных глин обычно имеют мощность в среднем 3—5 футов, а буровой скважиной была подсечена 9-футовая толща бентонитов. Залежи глин частично размыты в результате более поздней эрозии, а в настоящее время рассечены каньонами.

Адсорбирующие глины этих месторождений имеют белую, розовую и темно-серую окраску. В некоторых русловых отложениях они явно косослоистые, а в линзовидных залежах имеют массивное сложение. Для глины характерен грубый раковистый излом.

Основной глинистый минерал этих бентонитов— кальциевый монтмориллонит. Во всех залежах бентонитов встречается немного прослоев песка и алеврита, но в промышленных залежах они составляют менее 4%. Отмечаются постепенные переходы от гомогенных чистых монтмо- риллонитовых глин до песчаниковидных мучнистых глинистых туфов.

По мнению Кирша и Келлера (Kiersch, Keller, 1955), материнским материалом бентонитов был однородный существенно стекловатый туф, а его девитрификация и гидролиз с образованием глины происходили в пресноводных бассейнах.

Добыча глин производится в открытых карьерах после удаления вскрыши. Эти бентониты представляют собой высокосортные адсорбирующие глины, которые после активации применяются в качестве катализаторов при очистке нефти и адсорбентов. Используются они в районе Лос-Анжелоса и в долине Миссисипи.