Флюорит. Характеристика, властивості, поширення

Плавиковий шпат відомий також як флюорит (CaF₂), є одним із найпоширеніших мінералів, що активно використовується у різних галузях промисловості. Його назва походить від латинського слова “fluere”, що означає “текти”, оскільки цей мінерал знижує температуру плавлення металів, допомагаючи їм переходити у рідкий стан. Плавиковий шпат знайшов широке застосування не тільки у металургії, але й у хімічній промисловості, оптиці та електроніці.

Флюорит входить до переліку корисних копалин загальнодержавного значення затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 12 грудня 1994 р. № 827., як сировина флюсова, хімічна, оптична і п’єзооптична.

Характеристика

Оновним промисловим мінералом фтору є флюорит(CaА₂), проте фтор входить також до складу кріоліту (Na₃[AlF₆]), фторапатиту (Ca₅(PO₄)₃F) бастнезиту (Ce,Le)[CO₃]F), віліоміту (NF). Крім того, фтор входить до складу флогопіту, топазу, турмаліну та вулканічного скла.

Розрізняють такі різновиди:

флюорит звичайний;
флюорит ітріїстий, ітрофлюорит (містить до 14% YF₃);
флюорит оптичний (безбарвний та прозорий);
флюорит радіїстий (радіоактивний);
флюорит церіїстий, церофлюорит (містить до 15% Y₂O₃ та Ce₂O₃);
ратовкіт (щільний, прихованокристалічний або землистий різновид осадового походження);
хлорофан (при нагріванні флуоресціює зеленим кольором).

Колір флюориту буває досить різноманітним. Зазвичай він фіолетового, зеленого, блакитного, рожево-жовтого кольору різних відтінків та інтенсивності. Сингонія мінералу кубічна, форма кристалів — куби або октаедри. Характерні двійники проростання. Часто утворює щільні або зернисті маси, радіально-променисті агрегати.

До основних фізичних властивостей флюориту відносять:

температура плавлення вище 1360 °С;
твердість (за шкалою Мооса) – 4;
густина — 3,18 г/см³;
забарвлює полум’я в червоний колір;
у воді практично нерозчинний, при розчиненні у соляній кислоті повністю розкладається з виділенням плавикової кислоти (HF) та сірководню;
при взаємодії з ультрафіолетовими променями починає світитись;
при нагріванні змінює щільність кольору і світиться в темряві;
доволі крихкий, при ударі розсипається на шматочки.

У природі зустрічається в асоціаціях з кварцом, халцедоном, адуляром, кальцитом, баритом, стибнітом та кіновар’ю. Як акцесорний мінерал зустрічається в гранітах, гранітних пегматитах, сієнітах, навколо фумарол, у карбонатитах та лужних інтрузивах.

Виділяють власне флюоритові руди ( вміст CaF₂ більше 30%) і комплексні ( вміст CaF₂ менше 30%).

За мінеральним складом серед власне флюоритових руд виділяють:

кварц-флюоритові;
карбонатно-флюоритові;
силікатно-флюоритові (слюдисто- та польовошпат-флюоритові);
барит-флюоритові;
топаз-флюоритові.

За мінеральним складом комплексні руди поділяються на:

Родовища флюоритових руд

Більшість промислових флюоритових руд входить до складу гідротермальних, ґрейзенових та карбонатитових родовищ. Відомі також родовища у пегматитах, гідротермально-осадові та залишкові. Усі родовища, окрім залишкових, ендогенні. За вмістом CaF₂ розрізняють руди: багаті — більше 50%, середні — 35–50%, рядові — до 35%. За величиною запасів родовища флюориту поділяють на: дрібні — 0,5–2 млн т, середні — 2–5 млн т, великі — 5–10 млн т та надвеликі — більше 10 млн т.

Гідротермальні родовища флюориту пов’язані з континентальними вулканічними поясами та рифтами. Високотемпературні гідротермальні родовища (грейзенова та грейзено-скарнова рідкісноземельно-флюоритова формація) розташовані в зонах контакту гранітів з вмісними породами. Практичний інтерес становлять родовища, що виникають за наявності карбонатних товщ. Граніти перетворюються у грейзени, а вапняки у скарни. Для таких родовищ характерна асоціація флюориту із світлими слюдами, турмаліном, каситеритом, топазом, кріолітом та іншими високотемпературними мінералами, дуже рідко зустрічаються кварц та кальцит. Флюоритова мінералізація концентрується у скарнах, наприклад родовище Пост-Рівер на Алясці, флюоритові руди Сущано-Пержанської зони на УЩ. Потенційне значення як джерело фтору мають родовища кріолітових польовошпатових апогранітів. Такі родовища відомі у Нігерії, Ґренландії.

Середньотемпературні гідротермальні родовища (флюорит-барит-поліметалічна, флюорит-бертрандитова, флюорит-рідкісноземельна формації) розташовані поблизу материнських гранітних масивів, зазвичай у осадових породах. Представлені як жилами, так і метасоматичними тілами різних розмірів. За мінеральним складом руди полімінеральні, до їх складу входять флюорит, кварц, барит, кальцит, галеніт, сфалерит, халькопірит та ін. У родовищах, що залягають у карбонатних породах, проявлений гідротермальний метасоматоз. Наприклад родовища Абаготуйське (Забайкалля), Аурахматське (Казахстан), Покрово-Кириївське (Донецька область).

Низькотемпературні гідротермальні родовища (поліметалічно-барит-флюоритова і сурм’яно-ртутно-флюоритова формації) зазвичай зустрічаються серед основних, часто у карбонатних породах при відсутності або слабкому прояві магматизму (телетермальні, амагматичні родовища). Рудні тіла залягають у карбонатних породах, іноді у пісковиках з карбонатним цементом. Відомі пластові метасоматичні тіла та жильні утворення. Основними мінералами є флюорит, кальцит, галеніт, сфалерит, халькопірит, марказит, барит, кіновар, антимоніт, бітуми. Серед родовищ відомі Хайдарканське (Киргистан) та Бахтинське родовища (Вінницька область).

Карбонатитові родовища (формація флюорит-рідкісноземельних карбонатитів) розташовані на щитах, платформах та в областях закінченої складчастості. Вони складені комплексними флюорит-рідкісноземельними рудами, у яких основними компонентами є фторкарбонати рідкісних земель (синхізит, бастнезит, паризит), а флюорит є супутнім мінералом. Рудні тіла представлені пласто‑, трубо- та лінзоподібними тілами. Такі родовища є комплексними і слугують джерелами не тільки флюориту, а й рідкісних земель, заліза, поліметалів та бариту.

Пегматитові родовища (формація флюоритоносних камерних пегматитів) поширено доволі обмежено. Поклади представлені ізометричними і трубоподібними тілами. Пегматитові тіла у порожнинах виповнені кристалами оптичного флюориту, моріону, раухтопазу, гірського кришталю. Вмісними породами є граніти (родовища Казахстану).

Крім згаданих вище типів родовищ, флюорит зустрічається у вулканогенно-осадових (родовище П’янчино в Італії), в інфільтраційних (родовища Сардинії), залишкових уламкових (Центральний масив у Франції, родовища у штатах Кентуккі та Іллінойс) родовищах та родовищах кір вивітрювання.

Родовища в Україні

В Україні родовища флюориту відомі у зоні зчленування УЩ з ДДЗ (Покрово-Кириївське родовище, Докучаєвський, Каракубський, Новотроїцький прояви (Донецька область)), на Поділлі (Бахтинське родовище, Новоселківський, Сказинецький, Посухівський, Перекоринський, Ізраїльський, Могилів-Подільський, Мільківський прояви (Вінницька область)), в Сущано-Пержанській зоні (Центральний прояв) (Житомирська область), у Кіровоградській зоні (Бобринецький, Компанієвський, Первозванівський прояви (Кіровоградська область)) та Приазов’ї (Константинопольський прояв).

Покрово-Кириївське родовище розташоване у зоні зчленування Донбасу та Приазовського мегаблоку , у Волноваській зоні, представлена трьома рудними тілами: Головним, Північним та Південним. Головне тіло лінзовидної форми, довжиною 240 м, шириною 70–180 м, потужністю 4,4–70 м. Виділяється два типи руд: корінні, пов’язані з вапняками турнейського ярусу та делювіально-пролювіальні дезінтегровані руди. Виділяються руди багаті карбонатно-флюоритові, що не потребують збагачення (CaF₂ — 73–83%), рядові карбонатно-флюоритові (CaF₂ — 38–71 %) і карбонат-польовошпат-флюоритові (CaF₂ — 54,3%). Родовище відноситься до середньотемпературного гідротермально-метасоматичного типу. Запаси за категорією C₁ складають 1927 т руди, C₂ — 300 тис. т руди. Наразі не розробляється.

Бахтинське родовище розташоване у межах Бахтинської депресії. Флюоритовий поклад пов’язаний із товщею пісковиків, представлений субгоризонтальними покладами серповидної та ізометричної форми довжиною 4–9,4 км, шириною 1–3,5 км, глибина залягання від 21,3 до 118,5 м. Поклади складаються з 20 рудних тіл середньою потужністю 0,75–1,45 м, розташованих одне над одним. Руди флюорит-карбонатного типу, виділяються пластово-вкраплені та прожилкові різновиди. Руди бідні, комплексні, без шкідливих домішок, вміст флюориту 11–41 % (в середньому 17,1–20,6 %). Запаси руди за категорією С₁ складають 4257,5 тис. т (СаF₂ – 589,7), С₂ – 13710,3 (СаF₂ – 1920,8), ресурси категорії Р₁ – 10,8 млн т.

Центральний прояв локалізований серед метасоматитів Сущано-Пержанської зони. Вміщуючі породи — біотит-польовошпатові та польовошпатові метасоматити, мікроклініти, до яких приурочена фтор-цирконій-рідкісноземельна акцесорна мінералізація. Основними мінералами є флюорит, циркон, циртоліт, бастнезит, паризит, монацит, ксенотим. Флюоритова мінералізація утворилась при грейзенізації пержанських гранітів. Рудні тіла пласто- та лінзоподібної форми, потужністю від перших см до 25 м. Вміст флюориту варіює від перших відсотків до 53,8%, середній вміст 28%. У флюоритових рудах концентруються рідкісноземельні елементи, переважно ітрієвої групи.

Галузі використання

Основним споживачем флюориту є хімічна промисловість. Елементарний фтор застосовується для органічного синтезу та ядерної фізики. З його застосуванням виготовляється ядерне паливо, розділяється уран на ізотопи ²³⁸U та ²³⁵U. Сполуки фтору з киснем або галогенами — сильні оксидатори, використовуються при спалюванні палива ракет та реактивних двигунів. Для флюориту, що використовується у хімічній промисловості, існують наступні вимоги щодо якості: вміст CaF₂ не менше 95% і не більше 1% SiO₂ та CaO, домішок барію, свинцю та сірки не має бути.

У чорній металургії плавиковий шпат застосовують як флюс при виплавці сталі мартенівським способом, а також деяких феросплавів у електропечах та при ливарному виробництві. У чорній металургії затосовується плавиковий шпат із вмістом CaF₂ від 75 до 92 % (залежно від якості сталі та феросплавів) і сірки не більше 0,2–1,5 %. Флюорит має бути у шматках величиною більше 3 мм (10–15 мм).

У невеликих кількостях флюорит використовують для виготовлення цементу, при виробництві непрозорого матового скла та емалі. Для виготовлення скла та емалі використовується марка флюориту Ф‑85. Вміст оксиду заліза — 0,06–0,12 %, CaСО₃ не більше 2,5%. Для цементної промисловості використовують руди із вмістом CaF₂ 55–45%.

Чисті прозорі кристали флюориту застосовують як оптичну сировину (для виготовлення лінз для об’єктивів мікроскопів, призм для стектрографів, пластин для короткохвильових приладів). Для оптичного флюориту найвищі вимоги у промисловості. За розміром кристалів або їх уламків вони мають бути не менше 10 мм у поперечнику і в них повинні бути відсутні тріщини та включення інших мінералів. Оскільки у природі оптичний флюорит зустрічається доволі рідко, то останннім часом для цих потреб застосовують синтетичні кристали.

Фторовані полімери, такі як тефлон, використовуються в техніці й медицині завдяки стійкості до кислот і лугів. Фторопласти застосовують для виготовлення насосів, а фторкаучуки відомі своєю термостійкістю. Фторвмісні мастильні речовини, протиракові препарати та ліки від алкоголізму також виготовляють із використанням фтору. Фторування води та зубних паст допомагає запобігти карієсу. У ракетному паливі, хімічних лазерах і холодильниках використовують фреони та інші фторвмісні сполуки. Фтористий водень служить каталізатором у хімічних реакціях, а фтористий натрій — для обробки деревини та виготовлення кислотостійких матеріалів.

Отже, плавиковий шпат (флюорит) є важливим мінералом, що широко використовується в металургії, хімічній промисловості, оптиці та електроніці завдяки своїм унікальним властивостям, таким як здатність знижувати температуру плавлення металів і світитися під дією ультрафіолетових променів. Він має різні промислові різновиди та родовища, які можуть бути комплексними та містити рідкісні елементи. Україна володіє значними запасами флюориту, що робить цей мінерал стратегічно важливим для економіки країни. Ефективна розробка родовищ флюориту потребує раціонального підходу та інноваційних методів видобутку.