Кварцит

Кварцит — это метаморфическая горная порода, состоящая преимущественно из зёрен кварца, сцементированных кварцевым же цементом. Образуется в результате регионального или контактового метаморфизма кварцевых песчаников и некоторых других кремнистых осадочных пород. Характеризуется высокой твёрдостью (7 по шкале Мооса), прочностью, химической стойкостью и разнообразием окрасок, обусловленных примесями. Широко используется в строительстве, производстве огнеупоров, абразивных материалов и в качестве декоративного камня.

История и происхождение названия

Название породы происходит от немецкого Quarzit, что является производным от слова Quarz (кварц) и суффикса, указывающего на принадлежность к породе. Термин вошёл в геологическую литературу в начале XIX века. В русскоязычной традиции термин «кварцит» закрепился благодаря трудам геологов, исследовавших древние толщи Восточно-Европейской платформы и Урала.

Образование кварцитов связано с процессами метаморфизма — перекристаллизации песчаников под воздействием высоких температур (от 200 до 800 °C) и давлений (от 1 до 10 кбар). В ходе этого процесса поры и цемент между зёрнами кварца исчезают, а сами зёрна срастаются друг с другом, образуя плотную монолитную структуру. В отличие от песчаника, который легко рассыпается под воздействием воды и выветривания, кварцит обладает исключительной устойчивостью.

Классификация

Кварциты классифицируют по нескольким признакам: генезису, текстурно-структурным особенностям, минеральному составу и окраске.

По генезису

• Региональные кварциты: образуются на больших глубинах в зонах складчатости и регионального метаморфизма. Характерны для докембрийских щитов (Балтийский, Украинский, Алданский). Отличаются равномернозернистой структурой и высокой степенью перекристаллизации.
• Контактовые (термальные) кварциты: возникают в зоне контакта магматических тел (интрузий) с кварцевыми песчаниками. Часто имеют зональное строение и могут содержать примеси других минералов, привнесённых горячими растворами.

По текстурно-структурным особенностям

• Массивные кварциты: однородные, без видимой слоистости. Наиболее прочные.
• Сланцеватые кварциты: обладают параллельной текстурой, обусловленной ориентировкой вытянутых зёрен кварца или примесей слюды. Легче раскалываются вдоль плоскостей сланцеватости.
• Пятнистые и полосчатые кварциты: имеют неоднородную окраску, обусловленную неравномерным распределением примесей (оксидов железа, марганца, графита).

По минеральному составу и окраске

• Чистые кварциты: содержат 95–99 % кварца. Обычно белые, серые, светло-жёлтые.
• Железистые кварциты (джеспилиты): содержат значительную примесь оксидов железа (гематита, магнетита). Окрашены в красные, бурые, чёрные цвета. Являются важной рудой железа.
• Слюдистые кварциты: содержат примесь мусковита или биотита. Имеют блестящие чешуйки на поверхности.
• Графитовые кварциты: окрашены в серый или чёрный цвет из-за включений графита.

Физико-механические свойства

Кварцит обладает уникальным набором свойств, определяющих его практическую ценность:

• Твёрдость: 7 по шкале Мооса (царапает стекло, не царапается сталью).
• Плотность: 2,6–2,8 г/см³.
• Предел прочности на сжатие: 200–400 МПа (для сравнения, у гранита — 100–250 МПа).
• Водопоглощение: чрезвычайно низкое — 0,1–0,5 % по массе. Благодаря этому кварцит практически не впитывает воду и не разрушается при замерзании.
• Морозостойкость: более 300 циклов замораживания-оттаивания.
• Огнеупорность: выдерживает температуры до 1700–1770 °C без разрушения.
• Химическая стойкость: устойчив к действию кислот и щелочей (кроме плавиковой кислоты).
• Радиоактивность: как правило, низкая (менее 370 Бк/кг), что позволяет использовать его в жилом строительстве.

Месторождения и добыча

Крупнейшие месторождения кварцитов приурочены к древним докембрийским щитам и складчатым поясам. В России основные запасы сосредоточены:

• Карелия и Кольский полуостров: месторождения Шокшинское (известное малиновым кварцитом), Пудожгорское, Чупинское.
• Урал: месторождения в Челябинской области (Кыштымское, Каслинское) и Башкортостане.
• Сибирь: месторождения в Красноярском крае, Иркутской области, на Алтае (например, месторождение кварцитов для производства ферросплавов).

За рубежом значительные месторождения известны в Бразилии, Индии, ЮАР, Норвегии, Швеции, Финляндии, США.

Добыча ведётся преимущественно открытым способом (карьеры). Для получения блоков (для облицовки) применяют алмазно-канатные пилы и буровзрывные работы с использованием невзрывчатых разрушающих составов для сохранения целостности камня. Для производства щебня и дроблёных материалов (кварцитовый песок) породу дробят и сортируют.

Применение

Благодаря своим свойствам кварцит находит широкое применение в различных отраслях промышленности и строительства.

В строительстве и архитектуре

• Облицовочный камень: используется для облицовки цоколей, фасадов зданий, колонн, набережных. Наиболее известен шокшинский малиновый кварцит, применявшийся при строительстве мавзолея В. И. Ленина, станций метро «Площадь Революции» и «Маяковская» в Москве.
• Бутовый камень и щебень: применяется для устройства фундаментов, дорожных покрытий, балластного слоя железнодорожных путей, в производстве бетона.
• Ландшафтный дизайн: используется для мощения дорожек, создания альпийских горок, подпорных стенок.
• Производство памятников и ритуальных изделий: благодаря долговечности и устойчивости к атмосферным воздействиям.

В промышленности

• Металлургия: кварцит является основным флюсом (плавнем) при выплавке чугуна и стали — он связывает пустую породу и способствует образованию шлака. Также используется для футеровки (внутренней облицовки) сталеплавильных печей, коксовых батарей и доменных печей (динасовый кирпич).
• Химическая промышленность: применяется для производства кремния, ферросилиция, карбида кремния, абразивных материалов (шлифовальные круги, наждачная бумага).
• Стекольная и керамическая промышленность: чистые кварциты (с содержанием SiO₂ > 99 %) используются для производства кварцевого стекла, оптического стекла, высококачественной керамики.
• Электронная промышленность: кварцит служит сырьём для получения кварцевых резонаторов, пьезоэлектрических элементов.

В ювелирном деле

Некоторые разновидности кварцита, обладающие красивой окраской и текстурой (например, авантюрин — кварцит с включениями слюды или гематита, дающими мерцание), используются как поделочные камни для изготовления бус, браслетов, шкатулок, статуэток.

Интересные факты

• Шокшинский малиновый кварцит (Карелия) использовался при строительстве саркофага Наполеона Бонапарта в Доме инвалидов в Париже.
• Кварцит является одной из самых твёрдых и износостойких горных пород, поэтому его часто используют для изготовления ступеней лестниц и полов в местах с высокой проходимостью (вокзалы, аэропорты).
• В древности кварцит использовался для изготовления каменных орудий труда (рубила, скребки) и оружия (наконечники стрел, топоры) из-за его способности давать острые, не тупящиеся края.
• Некоторые разновидности кварцита, содержащие органические примеси, могут обладать запахом сероводорода при раскалывании.

Источники

1. Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра, 1978.
2. Петрографический кодекс России. Магматические, метаморфические, осадочные образования. — СПб.: ВСЕГЕИ, 2009.
3. Справочник по строительным материалам / Под ред. А. С. Болдырева. — М.: Стройиздат, 1985.
4. Минерально-сырьевая база России: Кварциты и кварцитопесчаники. — М.: ВИМС, 2012.
5. Лазаренко Е. К. Курс минералогии. — М.: Высшая школа, 1971.