Колеманит

Колеманит применяется в производстве стекла, керамики, эмалей в качестве боросодержащего микроудобрения в фармацевтической промышленности в качестве антисептика в качестве сырья для получения бора, борной кислоты и других соединений бора.

Колеманит – это минерал класса боратов, относящийся к водным боратам кальция. Колеманит является однокомпонентным веществом с основным компонентом колеманитом (дикальций гексаборат пентагидрат) и имеет структурную формулу Ca₂B₆O₁₁ * 5H₂O.

Колеманит в естественном состоянии может быть представлен в самых разных формах соответственно природным условиям его образования. В частности, колеманит в форме отдельных гранул и больших аморфных масс встречается среди залежей минералов, образовавшихся в результате испарения поверхностных вод. А внутри жеод (пустот горных пород) и жил колеманит образует агрегаты кристаллов с плоскими сторонами и четкими гранями внутри полости. Кристаллы колеманита бывают бесцветными, однако обычно имеют беловатую окраску.

В природных условиях места залежей колеманита редко бывают большими. Колеманит образуется в зонах с высокой среднегодовой температурой воздуха, где происходит интенсивное испарение поверхностных вод. Когда вода, насыщенная химическими элементами, в особенности бором, испаряется, то растет концентрация химических составляющих в оставшейся жидкости. При полном испарении воды поверхность земли покрывается слоем минералов, имеющим, в большинстве своем, вид обычной земли. Часть влаги, до того, как испарится, уходит в осадочные породы, и, похоже, что она, насыщенная бором, способствует образованию колеманита. Это объясняет, почему колеманит обнаруживается в осадочных породах, а не на поверхности.

Колеманит был открыт в Долине Смерти (США), и именно здесь началась его разработка магнатом Уильямом Телля Колеманом. Открыл колеманит и классифицировал его как новый минерал в 1884 году Дж. Т. Эванс из Академии наук Калифорнии. Свое название колеманит получил в честь владельца рудников, на которых он был обнаружен. Так как колеманит добывался в неочищенном виде, а для его очистки требовалось удалять пустую породу посредством тепловой обработки, то со временем связанные с этим процессов сложности привели владельца к банкротству, и добыча колеманита в Долине Смерти была прекращена. Со временем были найдены новые образования колеманита, и его добыча возродилась. По оценкам специалистов в настоящее время наибольшие разведанные запасы колеманита находятся в Турции и составляют более 25 млрд. тонн. Кроме этого крупные залежи колеманита найдены в пустыне Чили, Аргентине, Казахстане.

Основными технологическими стадиями производства колеманита являются: добыча руды на руднике открытых горных работ, усреднение по химическому составу, очистка от минеральных и глинистых примесей, многостадийное дробление и измельчение, сушка, классификация, усреднение и упаковка. Такая технология позволяет получать колеманит стабильного заданного химического и гранулометрического состава.

Состав колеманита молотого:

Вплоть до открытия кернита в 1926 году колеманит являлся основным источником бора. И хотя новый минерал составляет ощутимую конкуренцию, колеманит удерживает существенную часть рынка бора. Наряду с тинкалом колеманит является самым потребляемым промышленностью в коммерческих целях минералом бора. Учитывая высокую эффективность колеманит, неоднократно предпринимались попытки производить синтетический колеманита (борат кальция) для промышленности, однако колеманит, получаемый в результате химических реакций, является аморфным нестабильным веществом и уступает колеманиту, сформированному природой, по комплексу технологических свойств.

Ученых привлекает способность колеманита накапливать электрический заряд при изменении температуры. Это свойство, известное как пироэлектричество, связано со структурой кристаллической решетки минералов и теоретически не может проявляться у минералов с моноклинной сингонией. Колеманит является исключением из правила. Предполагается, что структура всех боратов гораздо более схожа с пьезоэлектрическими силикатами, чем с карбонатами.

Производители стекла и стеклообразных материалов используют колеманит, прежде всего за его аномально низкую температурную летучесть. Если при использовании борной кислоты в качестве шихтового материала угар B₂O₃ составляет 24%, то замена борной кислоты на колеманит снижает угар до 3,5% и менее. В некоторых случаях при использовании колеманита корректировка на угар даже не производится. Кроме того, полезным для стекольной отрасли является наличие в колеманите наряду с B₂O₃ и других полезных компонентов, таких как CaO, SiO₂, MgO, а также отсутствие склонности колеманита к слеживанию и «зависанию» в бункерах.

В металлургии свойство колеманита придавать шлакам свойства «жидкоподвижности» позволяет улучшить очистку жидкого металла от вредных примесей, таких как сера, и производить экономное легирование. Также широко используется свойство колеманита предотвращать саморазрушение высокоосновных шлаков, например, установок «печь-ковш».

В производстве минеральных удобрений активно используется такое свойство колеманита как медленная «отдача» бора в почву, что позволяет производить твердые удобрения пролонгированного действия.

Колеманит обладает еще множеством полезных свойств, и в мире уже разрабатываются технологии с использованием колеманита в таких областях как выпуск базальтового волокна, производство строительных керамических материалов (облицовочный кирпич, пеностекло), пропантов для нефтегазовой промышленности и других сферах.