В США и др. промышленно развитых странах структура потребления этих пород иная. Они большей частью используются для фильтрования, чистки и сепарации различных жидкостей, а также в качестве всевозможных наполнителей.
При оценке качества диатомитов, трепелов и опок как цементного сырья определяют их химический состав и гидравлическую активность. Массовая доля SiO2 в породе должна быть более 80%, CaO - менее 2%, Al2O3 - до 8%. Гидравлическая активность, как количество поглощенной СаО за 30 суток, должна быть не ниже 150 мг/г.
Помимо диатомитов, трепелов и опок в качестве активных добавок в цемент могут использоваться вулканические породы опал-кристобалитового ряда: пуццоланы - слабо сцементированные вулканические пески и пепел и трассы - те же, но уже уплотненные образования. Они также содержат в своем составе активный кремнезем; их гидравлическая активность при тех же условиях должна превышать 50 мг/г. В цементной промышленности США именно пуццоланы и трассы используются в качестве активных добавок к портланд-цементному клинкеру.
Главным геолого-промышленным типом месторождений диатомитов, трепелов и опок в нашей стане являются согласные, выдержанные по простиранию пластовые залежи широкого площадного распространения мощностью в метры-десятки метров среди терригенных и терригенно-карбонатных образований мезо-кайнозойского возраста. Такие месторождения, в частности, развиты среди палеоценовых образований Поволжья (Инзенское, Алексеевское, Атемарское, Вольское), Центральных областей (Зикеевское и др.), а также среди эоценовых толщ Зауралья (Камышловское, Ирбитское и др.).
16.4. Сульфатные породы
Ангидрит CaSO4 и гипс CaSO4.2H2O являются широко распространенными сульфатами, образующими кристаллические гранулярные либо волокнистые агрегаты. Более редкими разновидностями гипса являются тонкозернистый просвечивающий агрегат - алебастр и тонковолокнистый агрегат с шелковистым блеском - селенит. Оба минерала белые и светло-серые; по сравнению с гипсом ангидрит часто имеет голубоватый оттенок, заметно более высокую твердость (3-3,5) и больший удельный вес (2,93 по сравнению с 2,3 г/см3 у гипса).
Основная масса этих минералов входит в состав одноименных мономинеральных горных пород, содержащих также примеси карбонатов, галита, кварца, глинистых и других минералов. Гипс, кроме того, совместно с песчаным, алевритистым, глинистым и известковым материалом образует своеобразные породы (гажу), содержащие иногда значительное количество гальки и гравия.
При нагревании до температуры 120-180њС гипс теряет часть своей воды и переходит в полугидрат CaSO4.0,5H2O или полуводный гипс. Этот продукт, называемый часто строительным гипсом, при смешивании с водой образует высокопрочное вяжущее вещество, быстро схватывающееся и твердеющее. Его широко используют для штукатурных и отделочных работ, изготовления всевозможных строительных конструкций, а также в качестве формовочного материала и медицинского гипса.
Обжиг ангидрита и гипса при температурах 800-1000њС приводит к частичной диссоциации CaSO4 с образованием небольшого количества (до 3%) свободной жженой извести СаО. Это так называемый кальцинированный или эстрих-гипс; он медленно соединяется с водой, превращаясь в вяжущую массу, широко используемую в строительстве для производства плиточных и бесшовных полов, лестничных ступеней, искусственного мрамора.
В цементной промышленности при производстве портланд-цемента гипс добавляется (до 3%) в естественном виде для регулирования сроков схватывания бетона. Он используется также для получения гидравлического гипсошлакового цемента, представляющего тонко измельченную смесь высушенного гранулированного доменного шлака (80-85%), гипса и портланд-цементного клинкера; этот цемент весьма эффективен при подземном и подводном строительстве в агрессивных сульфатных средах. Наконец, существует ангидритовый цемент, получаемый обжигом природного гипса при температурах 600-700њС с последующим тонким помолом вместе с различными активизирующими добавками.
В настоящее время около 90% добываемых гипса и ангидрита используется в качестве сырья для производства гипсовых вяжущих веществ и цемента. Из других областей применения этих минералов следует упомянуть производство серной кислоты, некоторых азотных удобрений, гипсования засоленных почв, в качестве облицовочного материала (алебастр) и поделочного камня (селенит и алебастр).
Мировая добыча гипса и ангидрита в последней четверти минувшего столетия составляла свыше 70 млн т/год; лидирующие страны - США (около 11 млн т/год) и Канада (свыше 7 млн т/год). Помимо природных гипса и ангидрита, сульфат кальция получают в виде отходов при производстве фосфорной кислоты из фосфатных пород. Если учесть, что производство 1 т кислоты сопровождается получением приблизительно 4,5 т фосфогипса, то современному мировому годовому уровню производства - свыше 20 млн т H2PO4 соответствует более 90 млн т этого продукта, что значительно превышает вышеуказанный мировой уровень добычи природного сырья.
В забоях карьеров и подземных горных выработок гипсовый и гипс-ангидритовый камень добывается преимущественно в виде кускового материала; его потери при прокаливании до температуры 600њС должны быть не менее 19 и не более 21%. Товарный гипсовый камень, используемый для производства вяжущих веществ, подразделяется на 4 сорта по минимально допустимым массовым долям CaSO4.0,5H2O (%): 95, 90, 80 и 70, а гипс-ангидритовый камень - на 3 сорта: 95, 90 и 80. Гипсовый камень используется как для производства гипсовых вяжущих материалов, так и цемента, в то время как гипс-ангидритовый - только цемента. При этом цементное производство использует фракцию камня 0-60 мм, а производство гипсовых вяжущих веществ - более крупную фракцию 60-300 мм.
Хотя гипс и ангидрит могут образовываться в различных гипогенных и гипергенных условиях, наиболее значительные их концентрации связаны с обстановками аридного осадконакопления в изолированных соленосных лагунах и водных бассейнах, обогащенных сернокислым кальцием. В начальные стадии испарения эти минералы первыми выпадают в осадок, формируя основание мощных соляных толщ. Нередко пласты гипса в этих осадочных эвапоритовых толщах являются вторичными, как результат гидратации ангидрита.
Соответственно главным геолого - промышленным типом месторождений гипса и ангидрита являются линзовидные и пластовые залежи мощностью в метры-десятки метров и протяженностью от сотен метров до десятков км, залегающие в толщах карбонатных и терригенных пород, представленных известняками, доломитами, глинами и мергелями. К этому типу принадлежат крупнейшие месторождения США, Канады, Франции, ФРГ, Великобритании и других стран. В России он представлен многочисленными месторождениями Европейского Центра, Севера и Поволжья, Восточной Сибири, включая такие крупные как Залаирское кембрийского возраста в Иркутской области, Новомосковское девонского возраста в Тульской области, Звозское нижнепермского возраста в Архангельской области.
Новороссийские месторождения цементного сырья
Эти месторождения локализованы в полосе вдоль северо-восточного побережья Черного моря близ г. Новороссийска. Это - Новороссийские I, П, III, IV, Атакайское и другие месторождения глинисто-карбонатных пород, а также Баканское месторождение опок нижнепалеогенового возраста, расположенное северо-восточнее Новороссийска.
Геологически месторождения глинисто-карбонатных морских осадочных пород связаны с мощной (свыше 1 км) флишевой толщей верхнемелового возраста, слагающей крылья крупной Маркотхской антиклинали, вытянутой в северо-западном направлении параллельно берегу моря более чем на 50 км. Антиклиналь имеет изоклинальное строение, опрокинута на юго-запад с падением обоих крыльев на северо-восток под углами 25-70?; она осложнена складками более высоких порядков, сбросами и надвигами с амплитудами смещения пород в десятки метров.
Среди образований верхнемеловой толщи установлены (стратиграфически снизу вверх) туронские (нижненатухаевская подсвита), коньякские (верхненатухаевская подсвита), сантонские (гениохская свита) и кампанские (ахеянская свита) отложения; все они характеризуются переслаиванием карбонатных и глинистых пород, представленных практически всем рядом от почти чистых известняков через известковистые и глинистые мергели до слабо известковистых глин. В этом переслаивании участвуют также подчиненные прослои песчаников, алевролитов, песчанистых известняков, кремнистых известняков и мергелей. Мощность индивидуальных слоев карбонатных пород колеблется от 2 до 60 см (редко до 1 м), а глинистых - от 0,5 до 4 см.
При опробовании эти породы по содержанию CaCO3 разделяются на <высокие> (более 83%) известняки, <натуралы> (75-83%) - мергели и известковистые мергели, <низкие> мергели, среди которых различают <романчики> (60-75%), <трескуны> (39-60%), <дикари> - песчанистые известняки и <подмазки> - известковистые глины (до 39%). К <высоким> известнякам относится большая часть разреза нижне - и верхненатухаевской подсвит, нижнегениохская и нижний (фукоидный) горизонт верхнегениохской подсвиты. Мергели <натуралы> господствуют в верхнем (суджикском) горизонте верхнегениохской подсвиты. Породы ахеянской свиты и среднего горизонта верхнегениохской подсвиты относятся преимущественно к <низким> мергелям, <Высокие> известняки рассматриваются как карбонатная, а <низкие> мергели - как глинистая составляющие цементной шихты.
На индивидуальных месторождениях, эксплуатируемых карьерами, вскрывается та или иная часть (сотни метров) продуктивного разреза флишевой толщи. С учетом содержания главных компонентов добываемого сырья (табл. 29) производится его шихтовка.
Таблица 29. Состав (мас.%) и свойства цементного сырья Новороссийских месторождений. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Месторождения | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Новороссийское I | Новороссийское II | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CaCO3 | 77,29-88,43 | 77,60-90,30 | 69,70-80,68 | 54,69-75,14 | 40,73-73,07 | 70,67-73,81 | 60,12-80,30 | 80,70-87,66 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SiO2 | 7,42-12,64 | 5,76-16,52 | 13,57-21,53 | 17,66-34,64 | 20,44-48,89 | 19,8-20,85 | 12,93-34,78 | 7,06-12,98 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Al2O3 | 1,31-3,81 | 1,11-3,76 | 2,37-3,76 | 3,73-5,46 | 2,66-5,57 | 3,13-4,17 | 1,83-6,91 | 1,86-2,75 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fe2O3 | 0,82-1,72 | 0,52-1,28 | 0,96-1,20 | 1,21-1,67 | 0,97-7,87 | 1,39-1,80 | 0,78-4,00 | 0,79-1,13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Силикатный модуль | 2,70-2,90 | 1,75-4,76 | 3,11-4,40 | 3,57-4,63 | 4,27-7,87 | 3,64-4,45 | 2,29-7,10 | 2,6-3,3 Мощность вскрышных пород, представленных четвертичными аллювиальными, делювиальными и элювиальными образованиями, с учетом почвенно-растительного слоя составляет 0,2-1,5 м. Ежегодная суммарная добыча цементного сырья на Новороссийских месторождениях в первой половине 80-х гг. минувшего столетия составляла около 8 млн т. Вольские месторождения цементного сырья Вольские месторождения мела, глины и опоки с суммарными разведанными запасами соответственно 445, 91 и 73 млн т находятся в Среднем Поволжье (Саратовская область) близ г. Вольска и разрабатываются пятью карьерами. В геологическом строении района месторождений принимают участие горизонтально залегающие осадочные морские отложения нижнего и верхнего мела, палеогена (сызранский ярус) и четвертичные. В основании разреза находятся серые песчанистые глины аптского яруса (6,1-22,4), перекрытые пластом опоковидного песчаника (0,9-4,0 м); выше залегают черные жирные глины альбского яруса (7,7-17,5 м). Верхнемеловые отложения начинаются с мергелистого мела туронского яруса (4-12 м) со слоем иноцерамового мергеля в основании (1,5-4,0 м); далее вверх по разрезу следуют туронский мергелистый мел (4-12 м), коньякско-сантонский брекчиевый мел (2,5-4,0 м), кампанский, так называемый промежуточный, мел (12-19 м) и маастрихтский белый мягкий мел (до 60 м). На размытой поверхности маастрихтского мела залегают нижне - и верхнесызранские темно-серые и черные глинистые опоки (1,6-56,0 м), перекрытые четвертичными суглинками (до 10,6 м) с почвенно-растительным слоем.
Большая часть этого разреза является продуктивной: нижнемеловая, включая и слой опоковидного песчаника, - на глинистое сырье, верхнемеловая (без слоя иноцерамового мергеля в основании) - на карбонатное сырье, палеогеновая - на высококремнистое сырье. К вскрышным породам кроме делювиальных четвертичных суглинков с почвенно-растительным слоем относят также и верхние 10 м сильно песчанистых верхнесызранских опок. Химический состав и некоторые свойства глинистого и карбонатного сырья приведены в табл. 30. Гидравлическая активность высококремнистого сырья (опоки) составляет в среднем на 1 г около 300 мг CaO за 15 титрований. Добытое в карьерах сырье перерабатывается на цементных заводах АООТ <Вольскцемент> по классической схеме; общая мощность предприятия 3 млн т цемента в год. Алексеевское месторождение опок и мела как цементного сырья Месторождение находится в Мордовии в 5 км к северо-востоку от ж/д станции Чамзинка. Оно связано с вытянутой на 12,5 км в северо-восточном направлении полосой выходов на дневную поверхность меловых и палеогеновых отложений. Системой оврагов эта полоса продуктивных пород расчленена на несколько участков, одним из которых является Южный. Этот участок площадью в 1,7 км2 занимает водораздел рек Суры и Нуи. В основании геологического разреза находятся глины кампанского яруса, выше которых залегает мергелистый мел маастрихтского яруса и далее нижнесызранские (палеоген) опоки с почвенно-растительным слоем (0,3-0,4 м) на поверхности. Мергелистый мел является карбонатным сырьем, пригодным для производства цемента. Мощность слагаемой им толщи составляет на Южном участке 18-20 м; нижняя ее часть (до 2,3 м) обогащена глауконитом. Контакт толщи с вышезалегающими опоками подчеркивается появлением коричневых глин, выполняющих неровности в кровле меловых пород. Химический состав мергелистого мела следующий (мас.%): SiO2 5,34-12,45; Al2O3 1,44-3,82; Fe2O3 0,61-1,31; CaO 45,3-50,5; MgO 0,42-1,04; SO3 0,0-0,13; P2O5 0,27; п. п.п. 37,50-40,17; силикатный модуль 1.60-4.56 (ср. 2,58); глиноземный модуль 1,60-5,27 (ср. 2,74). Мощная толща опок, перекрывающая меловые породы, составляет главную часть промышленно-значимого разреза месторождения. Опоки Южного участка характеризуются таким составом (мас.%): SiO2 72,0-83,93; Al2O3 3,85-10,54; Fe2O3 3,31-5,79; CaO 0,63-3,62; MgO 0,73-1,54; K2O+Na2O до 0,26; SO3 до 0,26; P2O5 0,12; п. п.п. 2,55-6,0; силикатный модуль 4.65-8.81 (ср. 7,37); глиноземный модуль 0,7-2,45 (ср. 1,76). Гидравлическая активность колеблется от 148,74 до 392,15 мг/г. Новомосковское месторождение гипса Одно из самых крупных в нашей стране Новомосковское месторождение гипса находится в 3-4 км севернее г. Новомосковска Тульской области, занимая площадь более 32 км2. Оно приурочено к южному крылу Московской синеклизы и связано с гипсоносной толщей данковского горизонта фаменского яруса верхнего девона. Эта толща повторяет общую структуру крыла синклинали, полого погружаясь на север вместе с ниже - и вышезалегающими образованиями. Гипсоносная толща подстилается кавернозными известняками, доломитами и мергелями; она имеет мощность около 70 м и характеризуется сложным строением; ее нижняя часть представляет чередование доломитовых и гипсовых слоев, а верхняя - пласт гипса мощностью 20-25 м. Иногда этот пласт разделяется слоем доломита надвое; его внутреннее строение на отдельных участках осложнено маломощными прослоями глин. Почти на всей площади месторождения гипсовый пласт перекрыт слоем глин 0,5-2 м, изолирующим его от вышезалегающих водоносных доломитов. Выше по разрезу над гипсоносной толщей залегают верхнедевонские доломиты, доломитизированные известняки и мергели мощностью около 35 м. Верхнедевонские образования перекрыты нижнекаменноугольными известняками, песчано-глинистыми породами с прослоями угля, мезозойскими песчаниками и глинами, четвертичными песчано-глинистыми аллювиально-делювиальными отложениями. Мощность перекрывающих гипсоносную пачку пород варьирует от 60 до 130 м, что обусловлено главным образом неровным рельефом поверхности. Промышленным является мощный гипсовый пласт в верхней части гипсоносной толщи, сложенный мелкокристаллическим, реже волокнистым гипсом белого, светло-серого, иногда темно-серого цвета; присутствующие в нем редкие прослойки доломита и темно-серых илоподобных глин имеют мощность от 1 до 20 мм. Кроме того, в составе пласта появляются единичные более мощные линзы доломита (15-20 см) и кремня (до 5 см), а также линзовидные скопления целестина. Рабочая мощность пласта на основной части месторождения составляет 12-18 м, а его подошва находится на глубинах 72-142 м от поверхности. Среднее содержание CaSO4.2H2O в промышленном пласте по отдельным скважинам варьирует от 83,42 до 93,17%, а по месторождению в целом - составляет 88,78%. Качество добываемого сырья отвечает требованиям, предъявляемым к гипсовому камню 1 и 2 сортов. Разработка пласта ведется подземным способом. По разведанным запасам Новомосковское месторождение является крупнейшим в стране. Генезис месторождения - осадочный, связанный с изолированным отмирающим морским бассейном. |
Глава 17. Керамическое сырье (каолины, глины, керамические пегматиты, граниты, фарфоровые камни и другие породы).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |
Основные порталы (построено редакторами)