книги из ГПНТБ / Григорович, М. Б. Минеральное сырье для промышленности строительных материалов и его оценка при геологоразведочных работах

блочное™ горных пород был принят показатель их удельной тре­ щиноватости UTр, который характеризует среднюю длину трещин, приходящихся на 1 м2 исследуемого участка, и определяется по формуле:

мрамора) или газовых горелок (гранит). Блоки полученные в опытном карьере, должны

125

полученных при опытной добыче, должна быть распилена на бли­ жайшем камнераспнловочном заводе для определения выхода плит стандартных размеров в расчете на 1 м3 блока. Всего должно быть распилено не менее 8—10 м3 блоков. Это поможет решить следую­ щие задачи: определение пилимости камня, способности к шли­ фовке и полировке, выхода плит после распиловки, фрезеровки и шлифовки. При этом необходимо определять и документировать после каждой операции плиты стандартного размера, подсчитывать количество и суммарную площадь плит из всей партии блоков и рассчитывать выход плит в м2 из 1 м3 блоков. Отдельно учитыва­ ются плиты нестандартного размера, так как они также могут

найти себе применение.

Правильное определение выхода плит стандартных размеров имеет решающее значение для промышленной оценки месторожде­ ния. В большинстве случаев именно плиты, а не блоки являются конечной продукцией камнеобрабатывающего предприятия. Бывают случаи, что при удовлетворительном выходе блоков месторождение приходится браковать из-за наличия микротрещиноватости, при распиловке блока на плиты выход их получается крайне низкий. При разработке месторождения для получения облицовочного камня всегда получается значительное количество отходов, так как выход блоков редко превышает 20—30%. В связи с тем что эти отходы также могут быть использованы в промышленности, при составлении проекта работ необходимо уточнить вопрос о на­ личии реальных потребителей на них и предусмотреть соответст­ вующие испытания.

При разведке месторождений строительного камня на щебень большое значение имеет изучение степени однородности разведы­ ваемого массива или толщи, выделение выветрелых зон, пластов пониженной прочности, слабых пород.

В массиве интрузивных пород, так же как при разведке на об­ лицовочный камень, необходимо опробованием установить глубину зоны поверхностного выветривания и возможность использования для получения щебня камня, находящегося в этой зоне. Важно также выявить наличие внутренних зон разлома, влияние которых может проявиться понижением прочностных показателей и сте­ пенью изменения некоторых минералов (главным образом, поле­ вых шпатов), наблюдаемого под микроскопом. Опробование место­ рождения, сложенного неоднородными по физико-механическим показателям пластами осадочных или эффузивных пород, является довольно сложным, требует послойного опробования, с выделением пластов различной прочности.

При разведке месторождения камня на щебень для бетона пробы отбираются: а) для получения характеристики основных пет­ рографических и физико-механических свойств камня и их выдер­ жанности; б) для получения дополнительной характеристики камня, необходимой для оценки возможности и экономической це­ лесообразности его применения в намечаемой области.

126

Методика опробования в основном аналогична описанной выше для облицовочного камня. Следует отметить, что применяемая в настоящее время методика разведки и опробования осадочных месторождений строительного камня, сложенного породами раз­ личной прочности, в ряде случаев не дает точной характеристики содержания в разрезе прочных и слабых разностей.

По подсчетам ВНИИжелезобетон, между данными разведки и опробования карьеров на ряде разрабатываемых месторождений

При оценке камня месторождения, на базе которого будет проектироваться дробильно-сортировочный завод, правильное ус­ тановление средней прочности имеет большое значение для опре­ деления параметров будущего предприятия (выход щебня, необхо­ димость обогащения). Причиной завышений средневзвешенной прочности неоднородной толщи осадочных (главным образом кар­ бонатных) пород может являться неполный учет (по данным бурения) содержания слабых пород.

Занижение содержания в литологической колонке разведыва­ емого месторождения слабых разностей происходит за счет непол­ ного извлечения керна, из-за преимущественного истирания более мягких или хрупких пород, что приводит к повышению относитель­ ного процента содержания крепких пород.

Для получения более правильных данных о содержании в раз­ резе слабых разностей по керну скважин М. А. Бухман (Ураль­ ское геол. управление) предлагает следующую методику: произво­ дить взвешивание и отнесение веса слабых разностей к общему расчетному 100% весу керна. Этот вес может быть получен умно­ жением площади поперечного сечения керна на всю длину прой­ денного интервала и на средний объемный вес породы. Разница между расчетным весом керна и фактическим и покажет содержа­ ние слабых разностей, которые не сохранились при бурении.

Способ основан на том, что слабые разности истираются и ухо­ дят в шлам, а более крепкие сохраняются в виде кусков. Это по­ зволяет получить общую картину, характеризующую содержание слабых разностей в разрезе скважины.

127

С целью получения более точных данных о качестве камня ВНИИжелезобетон разработана методика опробования месторож­ дения карбонатных пород, разведываемого с помощью буровых скважин. Методика предусматривает применение дополнительного опробования керна: полевого и лабораторного.

Полевое опробование производится с помощью индикатора прочности камня ВНИИжелезобетоиа (конструкция В. К. Тим­ ченко). Задачей этого опробования является получение данных о прочности пород и их распределении по разрезу и по простира­ нию слоев. При полевом определении из каждого слоя известня­ ков отбирают 10 кусков щебня, которые подвергаются испытанию на определение прочности.

В табл. 65 в качестве примера приведены результаты испыта­

В результате этих определений строится кривая распределения прочностных показателей, устанавливается средняя прочность по­ роды в скважине и содержание в ней слабых разностей.

Дополнительное лабораторное опробование производится по части скважин, подвергнутых полевому опробованию.

Количество скважин, подвергаемых дополнительному лабора­ торному опробованию, определяется в зависимости от степени из­ менчивости пород и может меняться от 2 до 10 на месторождение. По дополнительно опробуемым скважинам определяется содержа­ ние слабых разностей и средневзвешенная прочность остальной части породы по дробимости в цилиндре. Слабые разности карбо­ натных пород выделяют и замеряют при документации керна.

128

устанавливаемым в соответствии с .намечаемым проектом разра­ ботки месторождения (число и высота уступов). Иногда в связи с намечаемым комплексным использованием камня производится отбор специальных проб.

Определение выхода из горной массы блоков стандартных раз­ меров является необходимой частью процесса изучения и оценки месторождения пильного камня. Это определение производится

вопытном карьере или, при глубоком залегании полезной толщи,

вштольне или в шурфе с рассечками: Выемка блоков произво­ дится вручную с помощью пил или малогабаритными машинами различных конструкций.

Для добычи блоков применяется также обуривание по намечен­ ным контурам (расстояние менаду шпурами 10—40 см). Отделение блока от массива при этом производится при помощи стальных клиньев, загоняемых в шпуры ударами кувалд. Однако с целью по­ лучения наиболее достоверных данных о выходе блочной продук­ ции пробную добычу целесообразно йроводить теми же методами, при помощи которых будет производиться разработка месторож­ дения. Объем опытной добычи принимается обычно в 50—100 м3. При наличии на месторождении нескольких разновидностей камня пробную добычу следует проводить по каждой разновидности.

МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ СТЕКОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

4)химико-лабораторное стекло; 5) электровакуумное стекло;

6)оптическое стекло; 7) тарное стекло; 8) посудное.

Вкаждой из этих групп имеется много различных видов стекла или стеклоизделий.

Стекла представляют собой переохлажденные жидкости (рас­ плавы) с высокой вязкостью, состоящие из кристаллитов и аморф­ ного вещества и имеющие аморфно-кристаллитную структуру.

Стекольная промышленность выпускает большое количество разнообразных видов и сортов стекла, к которым предъявляются самые различные требования.

Стекла массового производства состоят из 6—7 химических компонентов, а специальные технические и оптические стекла со­ держат их значительно больше (табл. 66).

Основными стадиями технологического процесса изготовления стеклоизделий является получение гомогенной стекломассы (рас­ плава), придание ей формы тех или иных изделий и, наконец, об­ работка изделий.

Расплав стекла изготовляется из шихты, которая представляет собой смесь природных и искусственных соединений. Шихта за­ гружается в стекловаренную печь и при высокой температуре

130

Т а б л и ц а 66

(1350—1550°) расплавляется, образуя стекломассу. Эту массу охлаждают до получения необходимой вязкости и формуют стеклоизделия. Формование заключается в прокатывании стекломассы в листы, вытягивание в ленту, трубы, волокно, выдувание бутылок, банок, стаканов, электроколб, прессование, отливка в плиты и дру­ гие изделия.

Полученные изделия обычно проходят дополнительную обра­ ботку: отжиг, закалку, шлифовку, полировку, упрочение в кислот­ ных ваннах. Сырьевые материалы, применяемые в стекольной промышленности, подразделя­ ются на главные и вспомога­

тельные.

К главным относятся природ­ ные или искусственные вещества,

Рис. 12. Изменение свойств стекла под воздействием различных окислов (по II. Б Шлапну).

Цифры в кружках: 1 — расстеклопыванпе;

расширения; 5 — увеличение растворимости; 6 — увеличение плотности

с которыми в стекломассу вводятся кислотные, щелочные и ще­ лочноземельные окислы, являющиеся основой для образования стекол.

К вспомогательным относятся различные соединения, которые используются для придания стекломассе необходимых свойств или для ускорения процесса варки стекла. Такими материалами явля­ ются красители, обесцвечиватели, окислители, восстановители, глу­

магния (MgO), окись бария (ВаО). Влияние различных окислов на свойства стекла показано на рис. 12.

Кремнезем способствует повышению вязкости расплава, пони­ жает величину теплового расширения стекла и увеличивает его термическую стойкость. Окись натрия понижает температуру варки и формования и удлиняет интервал рабочей вязкости расплава. Окись кальция придает стеклу устойчивость против воздействия воды. Окиси алюминия и магния придают стеклу необходимую вяз­ кость, химическую и термическую устойчивость. В стекле обычно присутствуют в качестве загрязняющих примесей окислы железа,

132

титана. Кремнезем, который является основным компонентом сте­ кольной шихты, вводится в виде кварцевого песка, реже песчаника, кварцита, горного хрусталя п жильного кварца. Глинозем вводится в виде полевых шпатов, пегматита и каолина; окись натрия — сульфата натрия, окись кальция-—известняка и окись магния — доломита и магнезита.

Вспомогательные материалы вводятся главным образом в виде искусственных продуктов и реже природных материалов — плави­ ковый шпат, бораты и барит.

Красящие окислы (Fe2C>3, FeO, Сг20з, СиО) окрашивают сте­ кломассу и снижают светопропускание стекла. Иногда для окраски стекла в стекломассу вводятся соединения различных металлов, которые при варке стекла растворяются в нем (молекулярные кра­ сители) или равномерно распределяются в стекломассе в виде коллоидных частиц (коллоидные красители). К молекулярным кра­ сителям относятся соединения марганца, кобальта, хрома, никеля, железа, двухвалентной меди и редкоземельных элементов.

Коллоидными являются селен, золото, серебро, одновалентная медь и сульфатные соединения селена.

Т а б л и ц а 67

Состав шихты некоторых стекол

(по Бень, 1962)

133

Красители придают стеклу различную окраску: марганец — фиолетовую; кобальт — синюю; никель —дымчатую и красновато­ фиолетовую; железо окисное— желтую и коричневую; железо закисное — сине-зеленую; ■медь ( окись) — зеленовато-голубую; медь

шихты для получения бесцветного стекла.

Окислители и восстановители применяются для создания необ­ ходимых условий для варки цветных стекол. Большая часть цвет­ ных стекол варится в окислительной среде, для того чтобы пред­ упредить переход красящих окислов в низшие степени окисления.

В качестве окислителей применяются нитраты и другие соеди­ нения. Восстановителями являются древесные опилки, уголь, кокс. Для варки непрозрачного стекла применяют глушители — соеди­ нения фтора, фосфора, сурьмы и олова. Важнейшими сырьевыми ■материалами для большинства стекломасс являются кварцевый Пе­ сок, сода, сульфат, мел, известняк и доломит. Эти материалы со­ ставляют большую часть в общем тоннаже сырьевых материалов, используемых стекольной промышленностью (табл. 67).

КВАРЦЕВЫЕ ПЕСКИ

Значение кварцевого песка в стекольном производстве опреде­ ляется не только его значительным удельным весом в составе шихты, но и его большой ролью в получении бесцветного стекла.

жание SiC>2 в наиболее чистых песках составляет 98,5—99,8%, но такие пески встречаются редко. Обычно содержание Si02 бывает ниже и наряду с окисью кремния в песках присутствуют другие соединения (табл. 6 8 ).

Присутствие в песках окислов AI2O3, CaO, MgO и R20 само по себе не является отрицательным фактором, так как они вводятся в шихту. Важно только, чтобы их содержание было выдержанным, иначе создаются трудности в регулировании состава шихты.

Минералогический состав стекольных песков довольно разно­ образен. Всего в песках обнаружено до 100 различных минералов, но наиболее распространенными, кроме кварца, являются при­ мерно 30, в том числе: полевые шпаты, каолинит, глауконит, му­ сковит, кальцит, доломит, магнетит, гематит, биотит, халькопирит. Иногда в песках присутствуют зерна тугоплавких минералов (ру­ тил, дистен), которые затрудняют процесс плавки. Содержание главнейших минералов в стекольных песках приведено в табл. 69.

134