Кварц: міне­рал із тися­чею облич

Кварц — один із най­за­гад­ко­ві­ших і водно­час най­по­ши­ре­ні­ших міне­ра­лів на Зем­лі. Його кри­ста­ли сяга­ють гли­бин гір­ських порід, а пилок його зно­сять ріки на тися­чі кіло­ме­трів. Про­зо­рий гір­ський кри­шталь, загад­ко­вий аме­тист, ніжний роже­вий кварц чи непро­зо­рий квар­цит — усі вони є про­я­ва­ми одно­го й того ж міне­ра­лу, основ­но­го буді­вель­но­го мате­рі­а­лу зем­ної кори. Про­те кварц — це не лише кра­са при­ро­ди. Він має стра­те­гі­чне зна­че­н­ня для бага­тьох галу­зей про­ми­сло­во­сті, і в Укра­ї­ні його від­не­се­но до пере­лі­ку кори­сних копа­лин загаль­но­дер­жав­но­го зна­че­н­ня. Його засто­су­ва­н­ня охо­плює все — від скла й опти­ки до будів­ни­цтва та мета­лур­гії.

Кварц вхо­дить до пере­лі­ку кори­сних копа­лин загаль­но­дер­жав­но­го зна­че­н­ня, затвер­дже­но­го поста­но­вою Кабі­не­ту Міні­стрів Укра­ї­ни від 12 гру­дня 1994 р. № 827, як сиро­ви­на абра­зив­на та опти­чна й п’єзооптична.

Походження та морфологія

Кварц утво­рю­є­ться за дуже різних гео­ло­гі­чних умов — у гли­би­нах магма­ти­чних тіл, у тер­мі­чних дже­ре­лах, у трі­щи­нах мета­мор­фі­чних порід, навіть у мор­ських осад­ках. Він має над­зви­чай­но ста­біль­ну стру­кту­ру: це кри­ста­лі­чний діо­ксид крем­нію, що про­яв­ля­є­ться у вигля­ді шести­гран­них призм або масив­них агре­га­тів.

Його колір­на палі­тра зале­жить від вклю­чень інших еле­мен­тів або дії при­ро­дно­го опро­мі­не­н­ня: фіо­ле­то­вий — у аме­ти­сті, роже­вий — у роже­во­му квар­ці, дим­ча­стий — у рау­хто­па­зі. Про­те най­біль­шу цін­ність для про­ми­сло­во­сті має без­барв­ний або білий квар­цо­вий пісок.

Фізико-механічні властивості

Кварц від­зна­ча­є­ться ком­бі­на­ці­єю фізи­чної твер­до­сті, тер­мо­стій­ко­сті та хімі­чної інер­тно­сті. Його твер­дість ста­но­вить 7 за шка­лою Моо­са, що робить міне­рал одним із най­стій­кі­ших до подря­пин і меха­ні­чно­го впли­ву. Злам у квар­цу рако­ви­стий, поверх­ня при зла­мі часто має скля­ний блиск. Спай­ність від­су­тня, що обумов­лює нерів­но­мір­не роз­трі­ску­ва­н­ня при дефор­ма­ці­ях.

Густи­на квар­цу скла­дає при­бли­зно 2,65 г/см³. При нагрі­ван­ні до тем­пе­ра­ту­ри понад 573 °C від­бу­ва­є­ться фазо­вий пере­хід з α‑кварцу у β‑кварц із незна­чною змі­ною об’є­му. Тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­н­ня — близь­ко 1713 °C. Кварц є чудо­вим ізо­ля­то­ром, не про­во­дить еле­ктри­чний струм, однак має п’є­зо­еле­ктри­чні вла­сти­во­сті, що дозво­ляє вико­ри­сто­ву­ва­ти його в гене­ра­то­рах та резо­на­то­рах. У при­ро­ді кри­ста­ли квар­цу мають шести­гран­ну при­зма­ти­чну фор­му із піра­мі­даль­ним завер­ше­н­ням.

Застосування кварцу

Зав­дя­ки сво­їм фізи­ко-хімі­чним вла­сти­во­стям, кварц є неза­мін­ним у бага­тьох сфе­рах. Найма­со­ві­ше його вико­ри­сто­ву­ють у скля­ній про­ми­сло­во­сті. Квар­цо­вий пісок з висо­ким вмі­стом SiO₂ і міні­маль­ни­ми домі­шка­ми є базо­вим ком­по­нен­том для виро­бни­цтва вікон­но­го, тар­но­го, лабо­ра­тор­но­го, опти­чно­го та спе­ці­аль­но­го скла. Для цих цілей вико­ри­сто­ву­ю­ться піски з висо­кою одно­рі­дні­стю та тер­мо­стій­кі­стю.

У мета­лур­гії кварц вико­нує фун­кцію флю­су: він спри­яє очи­щен­ню роз­плав­ле­но­го мета­лу від шкі­дли­вих домі­шок. Осо­бли­во важли­ве його засто­су­ва­н­ня у домен­ній спра­ві та у виро­бни­цтві феро­спла­вів. Крім того, квар­цо­ві піски вико­ри­сто­ву­ю­ться у фор­му­валь­них сумі­шах у ливар­но­му виро­бни­цтві, де забез­пе­чу­ють точність і тер­мо­стій­кість ливар­них форм.

Вогне­трив­кі вла­сти­во­сті квар­ци­тів роблять їх при­да­тни­ми для футе­ру­ва­н­ня печей і тепло­вих агре­га­тів. У кера­мі­чній про­ми­сло­во­сті кварц дода­є­ться до мас для виго­тов­ле­н­ня фар­фо­ру та фаян­су, забез­пе­чу­ю­чи меха­ні­чну міцність та тер­мо­стій­кість виро­бів.

Зав­дя­ки п’є­зо­еле­ктри­чним вла­сти­во­стям кварц засто­со­ву­є­ться в еле­ктро­ні­ці — у квар­цо­вих гене­ра­то­рах, резо­на­то­рах, датчи­ках. Його кри­ста­ли вико­ри­сто­ву­ю­ться в годин­ни­ках, ком­п’ю­те­рах, засо­бах зв’язку. Висо­ко­які­сний опти­чний кварц також неза­мін­ний у лазер­ній та при­ла­до­бу­дів­ній техні­ці.

Крім того, квар­ци­ти, осо­бли­во кольо­ро­ві, мають вели­ке зна­че­н­ня у будів­ни­цтві як деко­ра­тив­но-оздо­блю­валь­ні мате­рі­а­ли. Їх вико­ри­сто­ву­ють для обли­цю­ва­н­ня фаса­дів, моще­н­ня площ, виго­тов­ле­н­ня пли­тки, під­ві­конь, схо­дів та інших архі­те­ктур­них еле­мен­тів.

Родовища кварцу в Україні

П’єзоелекрична сиро­ви­на

П’єзоелекрична сиро­ви­на зали­ша­є­ться акту­аль­ною і сьо­го­дні, хоча в суча­сній техні­ці все часті­ше вико­ри­сто­ву­ю­ться син­те­ти­чні кри­ста­ли. При­ро­дний кварц, при­да­тний для п’єзоелектричних цілей, про­дов­жує мати попит у при­ла­до­бу­ду­ван­ні, меди­чній техні­ці та мікро­еле­ктро­ні­ці. Крім зна­ме­ни­то­го Волин­сько­го родо­ви­ща (Овру­цький район), пер­спе­ктив­ни­ми є також Дашев­ське (Жито­мир­ська область), Інгуль­ське (Кіро­во­град­ська область), Гутян­ське і Коро­сти­шів­ське родо­ви­ща, де вияв­ле­ні квар­цо­ві жили, при­да­тні для отри­ма­н­ня які­сно­го п’єзокварцу. Укра­їн­ський при­ро­дний кварц, зокре­ма без­де­фе­ктний гір­ський кри­шталь, у свій час забез­пе­чу­вав потре­би не лише обо­рон­ної галу­зі, але й радіо­еле­ктро­ні­ки та годин­ни­ко­вої про­ми­сло­во­сті. Сьо­го­дні ці ресур­си зно­ву роз­гля­да­ю­ться як стра­те­гі­чні, у зв’язку з гло­баль­ним зро­ста­н­ням інте­ре­су до вла­сної міне­раль­но-сиро­вин­ної без­пе­ки.

Квар­цо­ва сиро­ви­на для скля­ної про­ми­сло­во­сті

Жиль­ний кварц в Укра­ї­ні най­більш поши­ре­ний у межах Укра­їн­сько­го щита (УЩ) та Дон­ба­су. Основ­ним дже­ре­лом які­сної квар­цо­вої сиро­ви­ни є Волин­ське родо­ви­ще камер­них пегма­ти­тів, де зустрі­ча­ю­ться як дрі­бні, так і гігант­ські кри­ста­ли квар­цу (до 2–3 м і масою понад 10 тонн), зосе­ре­дже­ні у зано­ри­шах. Крім Воли­ні, зна­чна кіль­кість квар­цо­вих жил вияв­ле­на у межах УЩ — Лен­чин­ський, Арсе­нів­ський, Скля­на Гора, Апо­сто­лів­ський про­я­ви, а також у Доне­цько­му басей­ні. Серед них Скля­на Гора хара­кте­ри­зу­є­ться вели­кою поту­жні­стю (до 50 м) і про­тя­жні­стю (до 500 м), кварц тут сві­тло-сірий, масив­ний, з вклю­че­н­ня­ми польо­вих шпа­тів, тур­ма­лі­ну та муско­ві­ту.

Важли­вим різно­ви­дом квар­цо­вої сиро­ви­ни є квар­цо­вий пісок. В Укра­ї­ні відо­мо 29 родо­вищ скля­ної сиро­ви­ни із загаль­ни­ми запа­са­ми 253 млн т. Основ­ні родо­ви­ща — Авді­їв­ське та Ново­ми­хай­лів­ське на на Донеч­чи­ні, Гуса­рів­ське, Ново­се­лів­ське, Бере­сто­вень­ків­ське на Хар­ків­щи­ні, Вели­ко­глі­бо­ви­цьке, Воло­шин­ське на на Львів­щи­ні , Папір­нян­ське на Чер­ні­гів­щи­ні.

Голов­ні ета­пи фор­му­ва­н­ня квар­цо­вих пісків охо­плю­ють палео­ге­но­ву, олі­го­цен-міо­це­но­ву і плі­о­цен-четвер­тин­ну епо­хи. Буча­цька серія палео­ге­ну пред­став­ле­на кон­ти­нен­таль­ни­ми і мор­ськи­ми від­кла­да­ми з висо­ким вмі­стом SiO₂ (до 99,4 %) і вико­ри­сто­ву­є­ться для фор­му­валь­них і скля­них цілей. Піски хар­ків­ської серії мають дрі­бно­зер­ни­сту мор­ську при­ро­ду, бага­ті на гла­у­ко­ніт, але при виві­трю­ван­ні пере­тво­рю­ю­ться на квар­цо­ві.

Пол­тав­ська серія олі­го­цен-міо­це­но­вої епо­хи широ­ко роз­ви­не­на на пів­ні­чно­му схо­ді кра­ї­ни. Тут родо­ви­ща пред­став­ле­ні квар­цо­ви­ми дрі­бно­зер­ни­сти­ми піска­ми, добре сор­то­ва­ни­ми, з вмі­стом SiO₂ до 99,1 %. Авді­їв­ське родо­ви­ще (основ­не дже­ре­ло скло­вар­но­го піску) має про­ми­сло­ве зна­че­н­ня і хара­кте­ри­зу­є­ться висо­ким вмі­стом фра­кцій 0,25–0,1 мм (до 99,46 %).

У При­чор­но­мор­ській запа­ди­ні, вклю­ча­ю­чи Крим, відо­мі родо­ви­ща сар­мат­сько­го, мео­ти­чно­го, куяль­ни­цько­го і пон­ти­чно­го яру­сів, які пред­став­ле­ні квар­цо­ви­ми дрі­бно­зер­ни­сти­ми піска­ми з вмі­стом SiO₂ до 99 %. У Пере­д­кар­пат­ті піски ополь­сько­го гори­зон­ту мають висо­ку якість і при­да­тні для скля­но­го виро­бни­цтва без зба­га­че­н­ня. Вели­ко­глі­бо­ви­цьке родо­ви­ще на Львів­щи­ні – один з про­від­них поста­чаль­ни­ків квар­цо­во­го піску, з вмі­стом SiO₂ до 99,7 %, при­да­тний для виго­тов­ле­н­ня вікон­но­го скла, фор­му­валь­них і буді­вель­них мате­рі­а­лів.

Квар­цо­ві піски для вогне­трив­ко­го виро­бни­цтва

Квар­цо­ві піски віді­гра­ють важли­ву роль у виро­бни­цтві дина­со­вих вогне­три­вів. З метою покра­ще­н­ня їхніх фізи­ко-хімі­чних вла­сти­во­стей до шихти дода­ють моно­мі­не­раль­ні квар­цо­ві піски у кіль­ко­сті 5–7 %. Най­ча­сті­ше для цьо­го вико­ри­сто­ву­ю­ться піски з Кра­сно­го­рів­сько­го та Різни­ків­сько­го родо­вищ, роз­та­шо­ва­них у Доне­цькій обла­сті.

Кра­сно­го­рів­ське родо­ви­ще хара­кте­ри­зу­є­ться заля­га­н­ням квар­цо­вих пісків пол­тав­ської сві­ти нео­ге­ну. Поту­жність про­ду­ктив­ної тов­щі коли­ва­є­ться від 2,4 до 16,3 м, у сере­дньо­му — 8,1 м. Поту­жність покрив­них від­кла­дів також ста­но­вить 8,1 м. Піски мають висо­кий вміст крем­не­зе­му — від 95,0 до 99,8 %, при незна­чно­му вмі­сті домі­шок: Al₂O₃ — 0,2–4,18 %, Fe₂O₃ — 0,05–0,4 %, MgO — до 0,38 %, CaO — 0,8 %, лужні окси­ди Na₂O+K₂O — 0,08–1,99 %, SO₃ — 0,05–0,1 %. Балан­со­ві запа­си родо­ви­ща (кате­го­рії В+С1) скла­да­ють 4 млн тонн. Родо­ви­ще екс­плу­а­ту­є­ться з 1946 року, піски широ­ко засто­со­ву­ю­ться у виро­бни­цтві дина­со­вих вогне­три­вів та мер­те­лів.

Різни­ків­ське родо­ви­ще , за гео­ло­гі­чною будо­вою, поді­бне до Кра­сно­го­рів­сько­го. Його запа­си ста­нов­лять 2,8 млн т (В+С1), а роз­роб­ку здій­снює ВАТ «Сивір­ський ком­бі­нат». Піски вико­ри­сто­ву­ю­ться у виро­бни­цтві дина­со­вих вогне­три­вів, тепло­ізо­ля­цій­них вкла­ди­шів, мулі­т­окрем­не­зе­ми­сто­го воло­кна та лег­ко­ва­го­вих вогне­трив­ких виро­бів.

Загаль­ний обсяг запа­сів вогне­трив­ких квар­цо­вих пісків Кра­сно­го­рів­сько­го і Різни­ків­сько­го родо­вищ скла­дає 6,8 млн т, однак видо­бу­ток у 2002 році ста­но­вив лише 5 тис. т. Екс­порт квар­цо­вих пісків для вогне­трив­ко­го виро­бни­цтва з Укра­ї­ни зали­ша­є­ться незна­чним (зокре­ма до Росії).

Для роз­ши­ре­н­ня міне­раль­но-сиро­вин­ної бази роз­гля­да­є­ться можли­вість роз­від­ки та осво­є­н­ня Сава­стя­нів­ської пло­щі в межах Доне­цької обла­сті, де про­гно­зні ресур­си квар­цо­вої сиро­ви­ни оці­ню­ю­ться на рів­ні 26 млн т. Пер­спе­ктив­ним є також вико­ри­ста­н­ня висо­ко­які­сних квар­цо­вих пісків, які видо­бу­ва­ю­ться як супу­тній ком­по­нент на Мали­шів­сько­му роз­си­пно­му родо­ви­щі.

Родо­ви­ща фор­му­валь­них квар­цо­вих пісків Укра­ї­ни

Укра­ї­на має поту­жну міне­раль­но-сиро­вин­ну базу фор­му­валь­них пісків, що охо­плює різні гео­стру­ктур­ні регіо­ни: Дон­бас, Дні­пров­сько-Доне­цьку запа­ди­ну (ДДЗ), Укра­їн­ський щит (УЩ), Воли­но-Поділь­ську пли­ту, При­чор­но­мор­ську запа­ди­ну та Крим. Основ­ні про­ду­ктив­ні тов­щі пов’язані з від­кла­да­ми буча­цької, хар­ків­ської, пол­тав­ської світ, сар­мат­сько­го і пон­ти­чно­го яру­сів, у деяких випад­ках – з четвер­тин­ни­ми утво­ре­н­ня­ми.

Дер­жав­ним балан­сом вра­хо­ва­но 14 родо­вищ фор­му­валь­них пісків та 6 ком­пле­ксних із загаль­ни­ми запа­са­ми 905 млн т (А+В+С1) і 195 млн т (С2). Видо­бу­ток у 2002 році ста­но­вив 8 тис. т. Най­біль­ші кон­цен­тра­ції запа­сів зосе­ре­дже­ні у Дні­про­пе­тров­ській та Доне­цькій обла­стях Про­гно­зні ресур­си оці­ню­ю­ться у 12,5 млрд т. Крім того, є 4 заба­лан­со­вих родо­ви­ща: Гні­дин­ське, Кашпе­рів­ське, Липен­ське, Ста­ро­ві­рів­ське.

Серед най­більш зна­чу­щих родо­вищ вар­то виокре­ми­ти:

• Гуса­рів­ське родо­ви­ще , що роз­та­шо­ва­не в Хар­ків­ській обла­сті хара­кте­ри­зу­є­ться квар­цо­ви­ми гру­бо­зер­ни­сти­ми піска­ми висо­кої яко­сті. Піски нале­жать до марок ДО, Т045, Т0315А, тов­щи­на про­ду­ктив­но­го шару — 7,5–31,7 м.
• Бан­ти­шів­ське родо­ви­ще в Хар­ків­ській обла­сті містить гла­у­ко­ні­то­ві, квар­цо­ві й гли­ни­сті піски хар­ків­ської та буча­цької світ. Від­зна­ча­є­ться висо­ким вмі­стом основ­ної фра­кції (до 96,6 %), про­гно­зні ресур­си – 102 млн т.
• Часов-Ярське родо­ви­ще (Дон­бас) — вклю­чає пісні та напів­жир­ні фор­му­валь­ні піски з вмі­стом квар­цу до 93 %, вогне­трив­кість до 1690°С, хара­кте­ри­зу­є­ться також при­су­тні­стю міне­ра­лів як іль­ме­ніт, рутил, дистен, тур­ма­лін.

У ДДЗ відо­мі родо­ви­ща Ново­се­лів­ське, Авді­їв­ське, Часів-Ярське та інші, де піски пол­тав­ської серії мають пере­ва­жно квар­цо­вий склад, мор­ське похо­дже­н­ня, добре сор­то­ва­ні, з від­но­сно висо­ким вмі­стом SiO₂ (до 90 %).

На тери­то­рії Укра­їн­сько­го щита роз­мі­ще­ні такі родо­ви­ща як Мали­шів­ське (261,9 млн т), Орлов­ське (26,4 млн т), Таром­ське (8 млн т), що мають про­ми­сло­ве зна­че­н­ня та вико­ри­сто­ву­ю­ться для виго­тов­ле­н­ня фор­му­валь­них, а також вогне­трив­ких виро­бів.

На Воли­но-Поділь­ській пли­ті відо­мі родо­ви­ща Воло­щин­ське та Яци­нів­ське , при­уро­че­ні до піща­них товщ верх­ньо­го тор­то­ну. В Дон­ба­сі – Шабель­ків­ське, Арте­мів­ське, Гуса­рів­ське тощо.