книги из ГПНТБ / Сивоконь, В. И. Каолин

карьеров в ряде случаев составляет 60—80 м (Положений, Просяновский, Новоселицкий). Вскрышные породы отрабатываются одним или несколькими уступами высотой 8—12 м с помощью одно- и многоковшовых экскаваторов. Зачистка кровли каолинов осуществляется бульдозерами. Высота добычных уступов в зави­ симости от мощности полезной толщи и других условий колеблет­ ся от 2 до 12 м, количество их—от 1—2 до 4—5, причем иногда для устойчивости бортов карьера нарезаются подуступы. Карьеры эксплуатируются круглый год, в суровые зимы для предваритель­ ного рыхления забоев применяются буровзрывные работы. Как правило, первичные каолины на большую часть мощности обвод­ нены, но водопритоки незначительны и откачка подземных вод не представляет трудности. Подземная добыча каолинов может быть признана необходимой при условии высокого качества као­ линов, если нельзя применить открытые работы из-за малой мощ­ ности полезной толщи (Глуховское месторождение).

Вторичные каолины после добычи, как правило, поступают по­ требителю без переработки. Первичные в" основном подвергаются обогащению, так как в большинстве отраслей промышленности применяется только обогащенный каолин.

ПРИМЕНЕНИЕ КАОЛИНОВ И СВЕДЕНИЯ ПО ЭКОНОМИКЕ

Первичные каолины в необогащенном виде используются в ос­ новном для производства полукислых огнеупоров. Потребители обогащенного каолина многочисленны: главные — бумажная, ке­ рамическая и химическая отрасли промышленности. В производ­ стве бумаги каолин применяется как наполнитель, обеспечиваю­ щий белизну и прочность, и идет для покрытий. В керамике он является обязательной составной частью фаянсовых и фарфоро­ вых масс, обеспечивая изделиям высокую белизну и способность сохранять после обжига приданную форму, прочность, водостой­ кость, а в некоторых изделиях и кислотостойкость.

В химической промышленности каолин в основном использует­ ся как наполнитель при' изготовлении резины и кабеля. В мень­ шем объеме его применяют в производстве ультрамарина и ряда других красок, пластмасс и клеенки, искусственных кож и тканей, карандашей и ядохимикатов; крупный перспективный потреби­ тель— производство хлористого и сернокислого алюминия. Галлуазитсодержащие разности каолина идут для получения синте­ тического каучука. В последние годы большие количества каоли­ на употребляются для получения силумина (сплав 87% А1 и 13% Si) и некоторых видов технических стекол для придания им проч­ ности. Обогащенный каолин используется в производстве шамота, в парфюмерии и радиотехнике. Есть данные о возможности полу­

11

чения из каолина в процессе электроплавки ферросилиция, элек­ трокорунда и самоцветных камней, а также синтетических шла­ ков для очистки сталей. Вторичные каолины идут в основном для производства огнеупоров и в небольших количествах для произ­ водства электрокерамических и керамических изделий.

В соответствии с этим и требования к качеству каолинов раз­ нообразны. Бумажная и парфюмерная отрасли промышленности ограничивают количество песчаных примесей (остатки на ситах 02 и 009 мм). В производстве высоких сортов бумаги лимитиру­ ются содержание СаО, частиц более 20 мм и активная щелоч­ ность. Качество каолина для бумажной промышленности опреде­ ляется содержанием белого цвета и устанавливается по лейкометру не ниже 70% (не ниже 75% по фотометру). Керамическая промышленность ограничивает содержание красящих окислов Fe20 3 и ТЮ2, влияющих на внешний вид изделий; содержание S03, вызывающего пузыри на изделиях; лимитируются также со­ держание СаО, сужающего интервал спекания,'величина актив­ ной щелочности pH (не более 9,5%), усадка при 105—110° (не более 2—4%) и порог структурообразования, определяющие фор­ мовочные и структурно-механические свойства керамических масс. Большая усадка может вызвать деформацию изделий при сушке, а повышенная активная щелочность и низкий порог струк­ турообразования обусловливают нежелательное явление зыбко­ сти масс. Содержание песчаных примесей ограничено в основном теми же пределами, что и в бумажной промышленности. Для про­ изводства изоляторов важна механическая прочность каолина, высушенного при 110°, так как прочность на изгиб менее 12 кгс/см2 вызывает деформацию крупногабаритных изоляторов.

Такие отрасли промышленности, как резино-кабельная, пар­ фюмерная, ультрамариновая, производство силумина, искусствен­ ной кожи, ДДТ, также ограничивают содержание Fe20 3, S03 и механических примесей. Некоторые отрасли предъявляют требо­ вания к содержанию А120 3 (ультрамарин, силумин, огнеупоры). Резино-кабельная отрасль ограничивает содержания водораство­ римых солей и соединений Мл, Си и ионов С1~ и S04~.

Каолин для бумажной и керамической 'промышленности по­ ставляется с влажностью не более 20%, а для химической 1% (турбовский каолин 2%). Огнеупорной промышленностью, кроме содержания Al20 3+T i02 (не менее 36—39%) и Fe20 3 (не более 1,5—2%) на прокаленное вещество, установлен предел огнеупор­ ности— не менее 1730° в обогащенном и не менее 1690°— в као­ лине-сырце. Качество еленинского и кыштымского обогащенных каолинов оценивается по ГОСТ 3314—63 и 4193—63. Наиболее жестки требования ГОСТ 6138—61 на просяновский каолин выс­ шего сорта для керамики и бумаги: Fe20 3 + T102 — не более 0,8% (при ТЮ2 не более 0,4%), содержание белого цвета — не менее 90%. Каолин, удовлетворяющий этим условиям, как правило, от­ вечает требованиям всех отраслей промышленности. Имеется

12

ГОСТ 12500—67 на каолин обогащенный для производства пести­

цидов.

До настоящего времени потребность в обогащенном каолине удовлетворяется не полностью: дефицит составляет 200 тыс. т. В 1972 г. произведено около 1300 тыс. т обогащенного каолина, до­ быто более 3000 тыс. т каолина-сырца и более 2000 тыс. т вторич­ ного каолина. Примерно 300 тыс. т первичного каолина использо­ вано для полукислых и около 200 тыс. т — для шамотных огнеупо-' ров; остальной обогащенный каолин поступил предприятиям бу­ мажной, керамической, химической и других отраслей.

Существующие комбинаты не в состоянии покрыть потреб­ ность в каолинах даже при намеченной их реконструкции. В свя­ зи с этим планом развития каолиновой промышленности намеча­ ется ввести в действие ряд новых предприятий, для которых про­ изводились и производятся геологоразведочные работы.

Особое место занимают щелочные первичные каолины, разра­ ботка которых еще не начата. Необходимость их введения в экс­ плуатацию диктуется острым дефицитом в микроклине, потреб­ ность в котором уже сейчас превышает 100 тыс. т в год.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

На основании «Методических указаний по проведению отдель­ ных этапов геологоразведочных работ» (1961 г.) в процессе изу­ чения месторождений полезных ископаемых выделяются три крупных' этапа *: геологическая съемка, поиски и разведка. Каж­ дый из этих этапов подразделяется на стадии. Последователь­ ность разведочных работ необходимо сохранять, чтобы выявить лучшие по качеству и геолого-экономическим условиям месторож­ дения, а также чтобы избежать нецелесообразных затрат.

На производство региональной геологической съемки имеются инструкции и методические указания. В процессе поисковых ра­ бот на каолины используются геологические карты масштаба не мельче 1:200 000. При изучении месторождений каолинов выде­

ление признаков каолиноносности района, обнаружение каолино­ вых месторождений и получение данных, позволяющихвыбрать участки для предварительной разведки. Запасы каолинов на ос­ новании работ первой и второй стадий оцениваются как прогноз­

* В «Методических указаниях» эти периоды, именуются этапами, однако с переходом на новую систему планирования под этапами понимаются составные части стадий работ. Эти этапы следует строго отличать от этапов «Методиче ских указаний».

13

ные (без категории). На основании детальных поисков подсчиты­ ваются запасы по категории Сг.

Второй этап — разведка месторождений—-состоит из: 1) пред­ варительной, 2) детальной, 3) эксплуатационной разведки. Раз­ ведка проводится с целью получения данных для промышленной оценки месторождений каолинов. На стадии предварительной разведки данные должны обеспечить возможность составления технико-экономического доклада (ТЭД), а на стадии детальной разведки — проекта эксплуатации месторождения. Эксплуатаци­ онная разведка проводится для уточнения горнотехнических усло­ вий и качества сырья отдельных эксплуатационных блоков. Запа­ сы каолинов на стадии предварительной разведки должны быть подготовлены по категории Ci (в отдельных случаях на неболь­ шой части месторождения по категории В), а на стадии деталь­ ной разведки — по категории В в количествах, требуемых ГКЗ и обеспечивающих в совокупности с запасами по категории Ci про­ мышленное предприятие на амортизационный срок.

Составление проектно-сметной документации на разведочные работы по каолинам производится в соответствии с действующей «Инструкцией о порядке планирования, проектирования и финан­ сирования геологоразведочных работ» (1969 г.).

ПОИСКОВЫЕ РАБОТЫ

ПРЕДПОЛЕВЫЕ КАМЕРАЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Основные поисковые признаки выявления месторождений каолинов

Многолетней практикой разведок на каолины выработаны определенные предпосылки, или поисковые признаки, используе­ мые для выявления каолиновых месторождений.

Для первичных каолинов основными признаками являются: 1) наличие древних пенепленов, на которых развиты древние ко­ ры выветривания преимущественно мезозойского возраста (струк­ турно-стратиграфический признак); 2) приуроченность месторож­ дений главным образом к крыльям древних антиклинальных структур (в зонах их сочленения с синклинориями), характери­ зующихся развитием докаолиновой разломной тектоники (текто­ нический признак); 3) связь высококачественных первичных као­ линов с гранитоидными лейкократовыми породами, главным об­ разом микроклиновыми и плагиоклазовыми гранитами и связан­ ными с ними аплито-пегматоидными и мигматитовыми образова­ ниями; желательна частая перемежаемость гранитоидных пород по площади, облегчающая процесс отбеливания по контактам (петрографический признак); 4) преимущественная приурочен­ ность каолиновых залежей к районам, не затронутым эрозион-

14

ной, аллювиальной, флювиогляциальной деятельностью (геомор­ фологический признак); 5) условия умеренно-теплого гумидного

климата (климатический признак).

Для вторичных каолинов благоприятны следующие условия образования: 1) наличие внутриплатформенных, внутрищитовых и прилегающих к щитам впадин, выполненных континентальными осадками, иногда с бурыми углями (структурный признак); 2) наличие древних каолиновых кор выветривания около указан­ ных впадин или наличие продуктов переотложения этих кор — каолин-кварцевых песков (литолого-формационный признак); 3) приуроченность залежей вторичных каолинов к юрской, нижне­ меловой, палеогеновой и неогеновой эпохам (стратиграфический

признак).

Кроме перечисленных выше признаков существуют и другие: наличие естественных и искусственных обнажений каолинов, раз­ рабатываемых местным населением выработок (карьеров, шур­ фов, дудок); описание каолинов по керну скважин, проходивших­ ся в данном районе с другими целями. К числу прямых призна­ ков следует относить также применение местным населением као­ линов для побелки домов, продажу «валюшек» каолина на рынке и т. д.

Составление прогнозных карт

Основой успешного проведения геологопоисковых работ на каолин являются геолого-литологические карты, отражающие мощности каолинов и покрывающих отложений, а для первичных каолинов отражающие еще и петрографический состав материн­ ских пород и основные тектонические нарушения. Эти карты сос­

различных стратиграфических горизонтов и изопахит коры вывет­ ривания. Если для территории намечаемых поисков уже есть про­ гнозная карта, то ее необходимо использовать вместе с данными по опорным выработкам, на основании которых она составлялась. При создании карты кроме геологической съемки используются данные выработок разведочных работ на другие виды сырья, при которых вскрывались каолинсодержащие горизонты. Прогнозные

ипрогнозную карту. На карту фактического материала выносят­ ся все выработки и обнажения, вскрывшие каолины, их мощности

имощности покрывающих пород, а также «пустые» выработки,

оконтуривающие площадь развития каолинов. Карта сопровожда­ ется каталогом выработок и обнажений, куда заносятся данные о гипсометрии кровли и подошвы каолинов, их вещественном составе и литологическая характеристика, а для первичных као­

х-

линов еще и сведения о составе материнских пород. В каталоге указывается год проходки выработки, организация, по заданию которой она пройдена, и номер фондового и'сточника, откуда вы­ писываются данные. Краткая характеристика каолинов должна отражать тип каолина (первичный бесщелочной или щелочной, переотложенный), цвет, основные минеральные примеси и текстуру (слоистая, полосчатая, гнейсовидная и т. д.). Эти материа­ лы при сопоставлении с общей геологической обстановкой пред­ варительно позволяют судить о качестве каолинов. В каталоге также кратко отмечается состав вскрышных пород.

РЕКОГНОСЦИРОВОЧНО-ПОИСКОВЫЕ РАБОТЫ

В задачу этих работ входит выявление месторождений каоли­ нов, проверка прогнозных карт, установление размеров залежей

ипредварительная оценка качества сырья. Месторождения као­ линов приурочены в основном к закрытым районам, где выходы

иобнажения коренных пород довольно редки и не дают представ­ ления о полной их мощности и качестве. Поэтому основным мето­ дом, позволяющим достаточно полно вскрыть разрез полезной толщи и оценить ее качество, является геологический метод, за­ ключающийся в обследовании и опробовании обнажений, бурении скважин и проходке расчисток. Выявленные выходы каолинов являются опорными при разбивке сети поисковых выработок. Для установления мощности вскрышных пород и предварительно­ го оконтуривания крупных тектонических зон, а также площадей развития коры выветривания гранитоидов среди основных пород как вспомогательные могут применяться геофизические методы поисков (ВЭЗ, гравиметрия, магнитометрия и др.), но без буре­ ния они не решают задач поисковых работ.

Заложение скважин производится с учетом рельефа местно­ сти, а при поисках первичных каолинов еще учитываются элемен­ ты залегания коренных пород и их состав. Профили вкрест круп­ ных балок и котловин вскрывают изменчивость мощности нано­ сов, а иногда и изменчивость мощности полезной толщи лучше,

чем квадратная сеть. Если эти элементы являются секущими к залеганию коренных пород, то качество каолинов и форма зале­ жи, по данным профильного бурения, могут оказаться изученны­ ми недостаточно полно. В таких случаях предпочтительна квад­ ратная или другая равномерная сеть, или профили вкрест прости­ рания коренных пород. Местопождения, связанные с линейной корой выветривания, а также с аллювиальными отложениями, наиболее полно вскрываются профилями вкрест тектонических зон или древних долин, к которым они приурочены.

Густота сети рекогносцировочно-поисковых скважин в поофилях и между ними должна учитывать масштабы залежи. Очень крупные и крупные залежи каолинов площадного типа, а также залежи, приуроченные к отложениям крупных озерных бассейнов,

16

вскрываются по квадратной или ромбической сети от 800X800 м и до 1200X1200 м. Мелкие залежи линейного типа могут оконту-

резе. Если имеющиеся до заложения поисковой сети данные не позволяют определить ее форму в плане и разрезе, то можно ре­ комендовать проходку нескольких выработок по двум взаимно­ перпендикулярным линиям (крестом), пересекающимся в точке с известной мощностью. Обе линии продолжают по четырем на­ правлениям до получения нулевого контура. Иногда для опреде­ ления размера залежи скважины проходятся по лучевой системе: каждая положительная выработка по четырем лучам, располо­ женным вкрест, оконтуривается четырьмя скважинами, каждая из которых должна быть оконтурена, если она вскрыла каолин. При оконтуривании месторождения первичных каолинов профи­ лями' для более полного перекрытия общего геологического раз­ реза скважины в данном профиле целесообразно закладывать по­ средине между выработками в соседних ‘Профилях (частокол).

Выработки рекогносцировочно-поисковой стадии должны вскрывать полный геологический разрез месторождения, включая образования, подстилающие каолин. На залежах первичных као­ линов выработки следует доводить до материнских пород с опро­ бованием всех зон профиля выветривания и определением их сос­ тава. Учитывая, что месторождения каолинов, имеющие промыш­ ленную ценность, залегают ' на небольших глубинах, наиболее часто для бурения применяются самоходные буровые установки с глубиной бурения до 100—150 м и рабочим диаметром наконеч­ ников 130—100 мм, позволяющих получать керн ненарушенной структуры. Применение наконечников меньших диаметров ухуд­ шает выход керна, а ввод в работу наконечников, нарушающих структуру каолинов и допускающих привнос в них боковых пород (шнек), следует считать недопустимым. Вскрышные осадки про­ ходятся или с естественной глинистой промывкой, если в их сос­ таве преобладают глинистые породы, или с глинистым раствором, если во вскрыше имеются значительные прослои песков. Полез­ ная толща проходится на естественной глинистой промывке или «всухую» во избежание привноса в каолин сторонних примесей. Поднятый керн обязательно очищается перед укладкой в керно­ вые ящики от поверхностной корки. Выход керна менее 80% яв­ ляется браком, так как не обеспечивает надежного определения

i -У''..уЧч‘<« • г -tie*

> ' .Ч :<. С€

стадию работ подробно документируются и опробуются бороздо­

с использованием топографических карт района составляются то­ пографические планы масштабов 1:5000—1:25 000 в зависимо­ сти от величины месторождения.

Параллельно с проходкой поисковых скважин ведется опера­ тивный учет получаемых данных с нанесением их на полевые схе­ мы и разрезы. Оперативный учет необходим для получения об­

ных залежах может потребоваться проходка дополнительных вы­ работок.

Оценка перспектив района поисков и отдельных его участков производится с учетом данных о мощности и качестве полезной толщи, горнотехнических условиях ее залегания, гидрогеологии месторождений и факторов, обусловливающих эффективное веде­ ние добычных работ: наличие железных и автомобильных дорог, энергетических и водных ресурсов (в особенности при необходи­ мости обогащения), возможность найма рабочей силы, близость потребляющих предприятий и т. д.

В настоящее время разрабатываются объекты с глубиной за­ легания полезной толщи до 60—70 м и соотношением объемов вскрышных пород и полезного ископаемого 1 : 1—2: 1 (первичные каолины) и 4: 1—8: 1 (вторичные каолины). Для каолинов высо­ кого качества это соотношение может быть значительно увеличе­ но, при низком качестве сырья его следует уменьшить, что можно доказать простыми расчетами по аналогии с действующими пред­ приятиями.

По результатам рекогносцировочно-поисковых работ составля­ ется отчет, где дается оценка выявленных залежей путем сравне­ ния их между собой и с ранее разведанными и разрабатываемы­ ми месторождениями данного типа. Выделяются перспективные объекты, рекомендуемые для дальнейшего изучения. Выявленные запасы каолинов оцениваются как прогнозные. На основании ра­ бот этой стадии составляется геологическая карта района в мас­ штабе 1: 25 000—1: 5000 и разрезы к ней. Переход к следующей стадии работ (детальным поискам) без составления отчета допу­ скается по согласованию с промышленностью после представле­ ния достаточно подробной информации.

ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ (ДЕТАЛЬНЫЕ ПОИСКИ}

Детальные поиски производятся на объектах, получивших по­ ложительную оценку при рекогносцировочно-поисковых работах. Цель детальных поисков — выбор месторождения каолинов для предварительной разведки и отбраковка участков, не имеющих

18

промышленной ценности. Работы этой стадии состоят из деталь­ ной геологической съемки, проходки выработок и их опробова­ ния, гидрогеологических и геофизических исследований. Основ­ ной задачей работ является уточнение геологической карты рай­ она, проходка и опробование выработок по сети, обеспечивающей подсчет запасов каолинов покатегории С2. Густота сети опреде­ ляется в каждом конкретном случае, исходя из особенностей гео­ логического строения изучаемых залежей по аналогии с извест­ ными разведанными месторождениями. Все выработки должны быть пройдены до материнских пород, инструментально привяза­ ны и нанесены на топографическую основу масштабов 1 : 10000— 1: 5000. По этим выработкам надо получить материалы о качест­ ве каолинов (для первичных каолинов — выход концентрата, со­ держание красителей, для вторичных — огнеупорность и содер­ жание АЬОз), а по единичным выработкам полные данные, по­ зволяющие определить типы и сорта каолинов.

В результате детальных поисков должен быть установлен про­

зе. На основании данных поисково-разведочных работ геологиче­ ская организация выпускает отчет, а промышленная организация для выделенных в отчете перспективных участков составляет тех-, нические условия, по которым устанавливаются: минимальная мощность полезной толщи, максимальная мощность вскрышных пород, пустых прослоев, включаемых в полезную толщу, а также соотношение вскрыши и полезной толщи, длина сортового интер­ вала, требования к качеству каолинов и сопутствующих полезных ископаемых, требования к гидрогеологическим условиям, потреб­ ные запасы и их обоснование.

Технические условия (техническое ‘задание), утвержденные главным ■управлением отрасли, потребляющей каолин, есть осно­ вание для проведения на перспективных участках^ предваритель­ ной разведки.

РАЗВЕДОЧНЫЕ РАБОТЫ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ РАЗВЕДКА !

В задачу этой разведки входит получение геолого-гидрогеоло­ гической характеристики объекта, а также качественной и техно­ логической оценки сырья в объеме, достаточном для составления ТЭД о целесообразности промышленного освоения залежи. Эта задача решается путем сгущения сети разведочных выработок, их опробования, а также изучения качества и технологических свойств каолинов и гидрогеологических условий месторождения.

Плотность сети предварительной разведки, как и на стадии детальных поисков, определяется по аналогии с разведанными и эксплуатируемыми объектами, с учетом особенностей данной за­

лежи. В табл. 2 приведены рекомендуемые плотности сети выра­ боток для различных типов месторождений по данным многолет­ него опыта разведок.

ния основных структур вдвое гуще против указанной в таблице.

Такая плотность сети обосновывается лишь при детальной разведке, однако основная часть выработок для подсчета запасов по промышленным категориям проходится в стадию предвари­ тельной разведки. Это обязывает исполнителей работ подходить

20