Висо­ко­гли­но­зе­ми­ста сиро­ви­на, пред­став­ле­на таки­ми міне­ра­ла­ми, як силі­ма­ніт (Al₂SiO₅), кіа­ніт (дистен) (Al₂SiO₅) та анда­лу­зит (Al₂SiO₅), є полі­мор­фни­ми моди­фі­ка­ці­я­ми одно­го й того ж хімі­чно­го скла­ду – алю­мо­си­лі­ка­ту. Зав­дя­ки сво­їм уні­каль­ним фізи­ко-хімі­чним вла­сти­во­стям, ці міне­ра­ли зна­хо­дять широ­ке засто­су­ва­н­ня у виро­бни­цтві висо­ко­які­сних вогне­три­вів, лужно-кисло­трив­ких мате­рі­а­лів, мета­ло­ке­ра­мі­ки та інших інже­нер­них галу­зях.

Силі­ма­ніт та кіа­ніт вхо­дять до пере­лі­ку кори­сних копа­лин загаль­но­дер­жав­но­го зна­че­н­ня затвер­дже­но­го поста­но­вою Кабі­не­ту Міні­стрів Укра­ї­ни від 12 гру­дня 1994 р. № 827, як сиро­ви­на вогне­трив­ка.

Хімічні властивості

Міне­ра­ли силі­ма­ні­то­вої гру­пи хара­кте­ри­зу­ю­ться одна­ко­вим хімі­чним скла­дом (Al₂SiO₅), але різною кри­ста­лі­чною стру­кту­рою, яка визна­чає їх фізи­чні вла­сти­во­сті. Основ­ний еле­мент – алю­мі­ній (Al), який забез­пе­чує висо­ку вогне­трив­кість та стій­кість до агре­сив­них хімі­чних сере­до­вищ. Типо­ві домі­шки: Fe₂O₃, TiO₂, MgO, K₂O, Na₂O.

Фізичні властивості

• Силі­ма­ніт: має гол­ча­сту або при­зма­ти­чну стру­кту­ру кри­ста­лів, твер­дість за шка­лою Моо­са – 6,5–7,0, густи­на – 3,23–3,24 г/см³, тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­н­ня – близь­ко 1 540 °C.
• Кіа­ніт: утво­рює тон­ко­при­зма­ти­чні кри­ста­ли або зер­на, твер­дість – 4,5–5,0 у напрям­ку спай­но­сті та 6,5–7,0 у пер­пен­ди­ку­ляр­но­му напрям­ку, густи­на – 3,53–3,65 г/см³, тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­н­ня – 1 650 °C.
• Анда­лу­зит: часто зустрі­ча­є­ться у вигля­ді коро­тко­при­зма­ти­чних кри­ста­лів, твер­дість – 6,5–7,5, густи­на – 3,1–3,2 г/см³, тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­н­ня – близь­ко 1 400 °C.

Міне­ра­ли демон­стру­ють висо­ку тер­мі­чну ста­біль­ність, низь­кий кое­фі­ці­єнт тепло­во­го роз­ши­ре­н­ня та добру стій­кість до меха­ні­чних і хімі­чних наван­та­жень, що робить їх неза­мін­ни­ми у виро­бни­цтві вогне­три­вів і мета­ло­ке­ра­мі­ки.

Генезис силіманіту, кіаніту і андалузиту

Силі­ма­ніт, дистен та анда­лу­зит утво­рю­ю­ться пере­ва­жно у мета­мор­фі­чних поро­дах під дією висо­ких тем­пе­ра­тур і тисків. Гео­ло­гі­чні умо­ви спри­я­ють утво­рен­ню цих міне­ра­лів у мета­мор­фі­чних слан­цях, гней­сах, квар­ци­тах, а також у кон­та­кто­во-мета­мор­фі­чних зонах побли­зу гра­ні­тних інтру­зій Їх фор­му­ва­н­ня обумов­ле­не пере­тво­ре­н­ням гли­ни­стих або алю­мі­ні­є­вих порід у зонах мета­мор­фі­зму сере­дньо­го і висо­ко­го сту­пе­ня.

• Силі­ма­ніт – фор­му­є­ться при висо­ких тем­пе­ра­ту­рах і сере­дніх тисках.
• Кіа­ніт – утво­рю­є­ться при висо­ких тисках і від­но­сно низь­ких тем­пе­ра­ту­рах.
• Анда­лу­зит – кри­ста­лі­зу­є­ться при низь­ких тисках і помір­них тем­пе­ра­ту­рах.

Поширення на території України

Основ­ні про­я­ви цієї сиро­ви­ни в Укра­ї­ні пов’язані з докем­брій­ськи­ми мета­мор­фі­чни­ми поро­да­ми слан­ців і гней­сів у різних гео­ло­гі­чних зонах, таких як Побуж­жя, Приазов’я, Кри­во­різь­ко-Кре­мен­чу­цька зона, а також овру­чська серія Волин­сько­го бло­ку.

За дани­ми Дер­жав­но­го балан­су, запа­си кіа­ні­ту та силі­ма­ні­ту зосе­ре­дже­ні в ком­пле­ксних роз­си­пних родо­ви­щах, таких як Мали­шев­ське (екс­плу­а­ту­є­ться) та Вов­чан­ське, а також у двох техно­ген­них родо­ви­щах: Бал­ка Кру­та (Дні­про­пе­тров­ська область) і Тара­сів­ське (Київ­ська область). Загаль­ні балан­со­ві запа­си цих міне­ра­лів за кате­го­рі­я­ми А+В+С1 скла­да­ють 2 037,7 тис. тонн. У 2019 році видо­бу­ток дистен-силі­ма­ні­то­во­го кон­цен­тра­ту ста­но­вив 89,8 тис. тонн.

У Приазов’ї пер­спе­ктив­ни­ми є про­я­ви анда­лу­зи­ту на Гуляй­піль­сько­му залі­зо­ру­дно­му родо­ви­щі та силі­ма­ні­ту на Дра­гун­сько­му корунд-силі­ма­ні­то­во­му родо­ви­щі, а також на Пав­лів­сько­му, Сер­гі­їв­сько­му, Ново­укра­їн­сько­му, Кор­са­цько­му, Куксун­гур­сько­му та Марі­у­поль­сько­му залі­зо­ру­дних родо­ви­щах. Дра­гун­ське родо­ви­ще має про­ду­ктив­ний гори­зонт тов­щи­ною 150–300 м і про­тя­жні­стю 15 км. Тут заля­га­ють пла­сти, про­шар­ки та лін­зи (0,2–15 м) силі­ма­ні­то­вих гней­сів і слан­ців, часто з корун­дом, шпі­не­л­лю, біо­ти­том та інши­ми міне­ра­ла­ми. Вміст силі­ма­ні­ту в поро­дах варі­ю­є­ться від 1 % до 45 %, з сере­днім зна­че­н­ням 10–14 %. Про­гно­зні ресур­си до гли­би­ни 200 м скла­да­ють 61 тис. тонн силі­ма­ні­ту із сере­днім вмі­стом 10–12 % та 728 тис. тонн корун­ду з вмі­стом 1 %.

У Кіро­во­град­ській обла­сті пер­спе­ктив­ни­ми є Капі­та­нів­ський і Соло­мі­їв­ський про­я­ви. Капі­та­нів­ський хара­кте­ри­зу­є­ться тов­щею гра­нат-силі­ма­ніт-кор­ді­є­ри­то­вих гней­сів і слан­ців (тов­щи­на 150–200 м, дов­жи­на до 1,5 км), вміст силі­ма­ні­ту у поро­дах ста­но­вить 1,2–4,4 %. Соло­мі­їв­ський про­яв містить шари силі­ма­ні­тов­мі­сних порід тов­щи­ною 1–13 м і дов­жи­ною до 1 км, із вмі­стом силі­ма­ні­ту 4,7–34,7 %.

На Жито­мир­щи­ні вико­гли­но­зе­ми­ста сиро­ви­на наяв­на в межах Пер­жан­сько­го родо­ви­ща, що при­уро­че­не до дисте­но­вих квар­ци­тів палео­про­те­ро­зою, містить кру­ті пла­сто­ві покла­ди про­тя­жні­стю до 1 700 м і тов­щи­ною 35–40 м. Сере­дній вміст дисте­ну ста­но­вить 19,5 %. Про­гно­зні ресур­си оці­ню­ю­ться у 26,9 млн тонн. Поби­чан­ський про­яв, роз­та­шо­ва­ний у цій зоні, має ана­ло­гі­чні хара­кте­ри­сти­ки, про­гно­зні ресур­си тут ста­нов­лять 66 млн тонн дисте­но­вої руди.

Роз­си­пні кон­цен­тра­ції силі­ма­ні­ту та дисте­ну вияв­ле­ні у таких родо­ви­щах, як Мали­шев­ське, Вов­чан­ське, Зеле­но­яр­ське, Тара­сів­ське, Сели­щан­ське та Пра­в­обе­ре­жне. Рудні поля роз­та­шо­ва­ні в пол­тав­ських і сар­мат­ських тов­щах в межах Жито­мир­ської та Дні­про­пе­тров­ської обла­стей. Основ­ні міне­ра­ли цих роз­си­пів: іль­ме­ніт, рутил, цир­кон, силі­ма­ніт, дистен, гра­нат, став­ро­літ, анда­лу­зит, тур­ма­лін, корунд тощо. Сере­дній вміст силі­ма­ні­ту та дисте­ну у важ­кій фра­кції пісків ста­но­вить 13–74 % зале­жно від місця заля­га­н­ня.

Родовища і рудопрояви високоглиноземистої сировини

Дра­гун­ське родо­ви­ще роз­та­шо­ва­не в межах тем­рю­цької сві­ти. Про­ду­ктив­ний гори­зонт, зав­тов­шки 150–300 м (у сере­дньо­му 220 м) і про­тя­жні­стю 15 км, пред­став­ле­ний пачка­ми, пла­ста­ми, про­шар­ка­ми та лін­за­ми силі­ма­ні­то­вих, силі­ма­ніт-біо­ти­то­вих, силі­ма­ніт-гра­нат-біо­ти­то­вих, силі­ма­ніт-кор­ді­є­рит-біо­ти­то­вих і шпі­нель-силі­ма­ніт-біо­ти­то­вих порід, що містять корунд, а також гней­са­ми і слан­ця­ми серед покла­дів мігма­ти­тів та пор­фі­ро­по­ді­бних гра­ні­тів. Вміст силі­ма­ні­ту варі­ю­є­ться від 1 до 45 % і в сере­дньо­му ста­но­вить 10–14 %. Він утво­рює гол­ча­сті та при­зма­ти­чні кри­ста­ли, зер­на, сно­по­по­ді­бні, про­ме­ни­сті й спу­та­но-воло­кни­сті агре­га­ти, а також вклю­че­н­ня в польо­ві шпа­ти і тон­кі зро­ще­н­ня з біо­ти­том. Дов­жи­на окре­мих кри­ста­лів дося­гає 15 мм. Вміст корун­ду ста­но­вить від 6 до 16 %, у сере­дньо­му 1–5 %. Висо­ко­гли­но­зе­ми­сті поро­ди містять 25–30 %, поде­ку­ди до 38 % Al₂O₃. Про­гно­зні ресур­си до гли­би­ни 200 м за кате­го­рі­єю Р3 оці­ню­ю­ться у 61 тис. т силі­ма­ні­ту (при сере­дньо­му вмі­сті 10–12 %), 728 тис. т корун­ду (Р2, із сере­днім вмі­стом 1 %) та понад 2 млн т попу­тно­го абра­зив­но­го гра­на­ту.

На Мали­шев­сько­му родо­ви­щі щорі­чно видо­бу­ва­є­ться 20–30 тис. тонн дистен-силі­ма­ні­то­во­го кон­цен­тра­ту, який від­по­від­ає сві­то­вим стан­дар­там за хімі­чним скла­дом: Al₂O₃ – 57 %, TiO₂ – 1,5 %, Fe₂O₃ – 0,8 %. Верх­ньо­дні­пров­ський ГМК видо­бу­ває з роз­си­пів кон­цен­тра­ти іль­ме­ні­ту, рути­лу, цир­ко­ну, силі­ма­ні­ту, дисте­ну та інших міне­ра­лів.

Смир­нов­ський про­яв має хара­кте­ри­сти­ки, поді­бні до Дра­гун­сько­го родо­ви­ща, але в ньо­му від­су­тні корун­до­ві поро­ди. Про­гно­зні ресур­си силі­ма­ні­ту за кате­го­рі­єю Р3 до гли­би­ни 200 м оці­ню­ю­ться у 16 млн т при сере­дньо­му вмі­сті 20 %.

На Марі­у­поль­сько­му родо­ви­щі вияв­ле­но пачки поту­жні­стю до 28 м, що містять пла­сти зав­тов­шки 2–12,5 м. Поро­ди пред­став­ле­ні силі­ма­ніт-гра­нат-біо­ти­то­ви­ми, корунд-шпі­нель-силі­ма­ніт-гра­на­то­ви­ми, корунд-біо­тит-силі­ма­ні­то­ви­ми та корунд-силі­ма­ніт-шпі­не­ле­ви­ми гней­са­ми і слан­ця­ми. Вміст силі­ма­ні­ту дося­гає 35 %, корун­ду – до 10 %. Про­гно­зні ресур­си силі­ма­ні­ту (Р3) на гли­би­ну до 200 м ста­нов­лять 34,1 тис. т, корун­ду – 1,6 тис. т.

Капі­та­нів­ський про­яв пред­став­ле­ний тов­щею гра­нат-силі­ма­ніт-кор­ді­є­ри­то­вих і гра­нат-силі­ма­ні­то­вих гней­сів і слан­ців зав­тов­шки 150–200 м і дов­жи­ною до 1,5 км. Вміст силі­ма­ні­ту у поро­дах ста­но­вить 1,2–4,4 %.

Соло­мі­їв­ський про­яв хара­кте­ри­зу­є­ться наяв­ні­стю силі­ма­ні­тов­мі­сних гней­сів і слан­ців, що фор­му­ють шари зав­тов­шки 1–13 м і про­тя­жні­стю до 1 км, з вмі­стом силі­ма­ні­ту в межах 4,7–34,7 %.

Пер­жан­ське родо­ви­ще при­уро­че­не до дисте­но­вих квар­ци­тів палео­про­те­ро­зой­сько­го віку. Рудні тіла мають вигляд кру­то­спа­дних пла­сто­вих покла­дів, що про­стя­га­ю­ться до 1700 м при тов­щи­ні 35–40 м, з окре­ми­ми лін­за­ми до 15 м. Вміст дисте­ну в сере­дньо­му ста­но­вить 19,5 %, слю­ди – 10 %, анда­лу­зи­ту – 1 %, а суку­пний вміст гема­ти­ту, іль­ме­ні­ту та магне­ти­ту – 4 %. Сере­дній хімі­чний склад дисте­но­вих квар­ци­тів: SiO₂ – 70,8 %, TiO₂ – 0,52 %, Al₂O₃ – 20,8 %, Fe₂O₃ – 0,71 %, MnO – 0,02 %, MgO – 0,11 %, CaO – 0,58 %, K₂O – 0,08 %, Na₂O – 0,26 %, P₂O₅ – 0,05 %. Запа­си дисте­но­вих руд до гли­би­ни 87,5 м за кате­го­рі­єю С2 оці­ню­ю­ться у 9,5 млн т, заба­лан­со­ві – 21,9 млн т, про­гно­зні ресур­си – 26,9 млн т (Гур­ський та ін., 2006). Під час зба­га­че­н­ня руд вихід дисте­но­во­го кон­цен­тра­ту ста­но­вить 8–90,5 %.

Поби­чан­ський про­яв за сво­ї­ми хара­кте­ри­сти­ка­ми поді­бний до Пер­жан­сько­го родо­ви­ща, а про­гно­зні ресур­си дисте­но­вої руди тут сяга­ють 66 млн т.

Застосування високоглиноземистої сировини

Висо­ко­гли­но­зе­ми­ста сиро­ви­на, пред­став­ле­на силі­ма­ні­том, дисте­ном і анда­лу­зи­том, має широ­кий спектр вико­ри­ста­н­ня зав­дя­ки сво­їм уні­каль­ним фізи­ко-хімі­чним вла­сти­во­стям. Одні­єю з голов­них сфер засто­су­ва­н­ня є виро­бни­цтво вогне­три­вів. Ці міне­ра­ли слу­гу­ють осно­вою для виго­тов­ле­н­ня мате­рі­а­лів із висо­ким вмі­стом Al₂O₃, які демон­стру­ють висо­ку тер­мо­стій­кість і стій­кість до хімі­чно агре­сив­них сере­до­вищ. Вони вико­ри­сто­ву­ю­ться для футе­ру­ва­н­ня мета­лур­гій­них, цемен­тних і скло­вар­них печей, а також у хімі­чній про­ми­сло­во­сті для ство­ре­н­ня лужно-кисло­трив­ких реакто­рів.

Силі­ма­ні­то­ва й анда­лу­зи­то­ва сиро­ви­на віді­грає важли­ву роль у кера­мі­чній про­ми­сло­во­сті, зокре­ма у виро­бни­цтві висо­ко­тем­пе­ра­тур­ної кера­мі­ки, яка вико­ри­сто­ву­є­ться для техні­чних потреб, таких як ізо­ля­то­ри, фор­сун­ки та інші дета­лі, що пра­цю­ють в умо­вах висо­ких тем­пе­ра­тур. У сфе­рі абра­зи­вів ці міне­ра­ли зна­хо­дять засто­су­ва­н­ня поряд із грана­том і корун­дом, забез­пе­чу­ю­чи ефе­ктив­ність шлі­фу­ва­н­ня, полі­ру­ва­н­ня та різа­н­ня мета­лів і скла.

Мета­ло­ке­ра­мі­ка також є зна­чною обла­стю вико­ри­ста­н­ня цієї сиро­ви­ни. Ком­по­зи­ти на осно­ві силі­ма­ні­ту вико­ри­сто­ву­ю­ться в аеро­ко­смі­чній, авто­мо­біль­ній і маши­но­бу­дів­ній про­ми­сло­во­сті зав­дя­ки їх висо­кій тер­мо­стій­ко­сті та міцно­сті. Крім того, дистен і анда­лу­зит актив­но засто­со­ву­ю­ться в хімі­чній про­ми­сло­во­сті для ство­ре­н­ня ката­лі­ти­чних мате­рі­а­лів і філь­тру­валь­них еле­мен­тів.

У будів­ни­цтві висо­ко­гли­но­зе­ми­ста сиро­ви­на вико­ри­сто­ву­є­ться для виго­тов­ле­н­ня спе­ці­аль­них цемен­тів і бето­нів, які збе­рі­га­ють свої вла­сти­во­сті в умо­вах висо­ких тем­пе­ра­тур і агре­сив­них сере­до­вищ. Також ці мате­рі­а­ли важли­ві для енер­ге­ти­чно­го секто­ра, де вони слу­гу­ють для футе­ру­ва­н­ня тепло­енер­ге­ти­чних уста­но­вок, зокре­ма котлів і печей на еле­ктро­стан­ці­ях.

Таким чином, силі­ма­ніт, дистен і анда­лу­зит є неза­мін­ни­ми у бага­тьох галу­зях про­ми­сло­во­сті. Їх вико­ри­ста­н­ня забез­пе­чує ство­ре­н­ня висо­ко­які­сної про­ду­кції, що має стра­те­гі­чне зна­че­н­ня як для вну­трі­шньо­го рин­ку Укра­ї­ни, так і для роз­ви­тку екс­порт­но­го потен­ці­а­лу кра­ї­ни.