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

При опробовании месторождений песков и песчано-гравийиого материала операция измельчения естественно отпадает, и пробы подвергаются сушке, рассеиванию и сокращению.

В. М. Борзунов (1969) рекомендует с целью повышения каче­ ства проверять правильность бороздового опробования путем про­ ходки борозд разного сечения и глубины или отбором проб спосо­ бом задирки или валовым.

22

Контролировать опробование по керну скважин рекомендуется по сопряженным горным выработкам, пройденным в достаточном количестве. На точность результатов опробования влияет диаметр керна, так как при малом диаметре может происходить выкраши­ вание породы. Существенное значение имеет и способ обработки проб. Например, при измельчении стекольного сырья или полево­ шпатовых пород недопустимо применять железные ступы или песты, что может привести к засорению пробы железом.

При разведке месторождения глин или песков нужно прини­ мать меры против попадания в полезную толщу вышележащих пород. Наиболее трудоемким и дорогим видом опробования, при­ меняемого при разведке месторождений облицовочного камня, является определение выхода из горной массы блоков путем про­ ходки опытного карьера.

ЛАБОРАТОРНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОБ И ПОЛУЗАВОДСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

Качество многих видов минерального сырья, применяемого в промышленности строительных материалов, ГОСТ или ТУ не лимитируется, и его окончательная оценка производится по резуль­ татам испытаний конечной продукции. Объясняется это тем, что влияние тех или иных показателей качества сырья на качество ко­ нечной продукции окончательно не установлено и, кроме того, ка­ чество сырья может быть улучшено путем введения соответствую­

к сырью осложняет производство геологоразведочных работ, обус­ ловливая необходимость проведения большого объема различных технологических испытаний, в том числе и полузаводских, суммар­ ная стоимость которых может достигать 50% и более от общей стоимости геологоразведочных работ по данному объекту.

Анализы и испытания, проводимые при геологоразведочных работах на строительные материалы, следующие: 1) химические анализы; 2) минералого-петрографические определения; 3) опре­ деления гранулометрического состава; 4) физико-механические испытания; 5) определение керамических свойств; 6) определение обогатимости; 7) определение объемной массы; 8) лабораторные технологические испытания.

Химические анализы в том или ином объеме производятся при геологоразведочных работах на все виды минерального сырья для строительных материалов. Однако значение их для оценки каче­ ства сырья очень различно. По этому признаку можно выделить три группы сырья (пород).

К первой группе относится сырье, для которого химические ана­ лизы являются единственным показателем оценки качества. Эта группа включает немногие виды сырья: полевошпатовые породы,

23

пригодность которых для керамической и стекольной промышлен­ ности определяется их химическим составом; гипс для производ­ ства вяжущих; карбонатные породы для получения извести.

Ко второй, гораздо более многочисленной, группе относятся породы, для оценки качества которых наряду с химическими ана­ лизами необходимо'проведение и других исследований и испыта­ ний. Для карбонатных пород как цементного сырья необходимо изучение минералогического состава нерастворимого остатка (со­ став может оказывать решающее влияние на технологические свой­ ства сырья). В цементных глинах, кроме химического анализа, не­ обходимо определять гранулометрический и минералогический состав. К этой группе следует отнести стекольные пески, огнеупор­ ные и тугоплавкие глины.

К третьей группе относятся полезные ископаемые, для оценки качества которых химический анализ имеет подсобное значение, а основное —■другие определения. Это строительные камни всех видов, песчано-гравийные материалы, строительные пески, для оценки которых в первую очередь важны их физико-механические свойства, а для сыпучих пород также гранулометрический состав.

- Минералого-петрографические определения необходимо произ­ водить при изучении всех видов минерального сырья для строи­ тельных материалов.

Объем определений, а также их назначение могут быть различ­ ными. Основное правило — это целенаправленность исследований, однако часто к отчету по геологоразведочным работам приклады­ ваются многочисленные описания шлифов без всяких выводов

окачестве изучаемой породы.

Вкарбонатных породах для цементного производства основное внимание должно быть обращено на минералы, слагающие нера­ створимый остаток, которые могут влиять на процесс получения цемента. В стекольных песках, кроме определения минералогиче­

ского состава легкой и тяжелой фракций, определяется форма, в которой присутствуют красящие окислы, от чего зависит способ обогащения. В цементных глинах необходимо определение глав­ ного минерала глинистой составляющей, от которого зависит ряд свойств глины. В строительном и особенно облицовочном камне изверженного происхождения основное внимание должно быть об­ ращено на выявление признаков выветривания, определения нали­ чия сульфидов.

Определения гранулометрического состава проводятся для сы­ пучих пород и глин с применением для первых рассеивания, а для вторых, кроме того, и более тонких методов (Сабанииа, пипеточный анализ). Гранулометрический состав в оценке сыпучих пород иг­ рает важную роль и лимитируется ГОСТ. Значительное количество примесей крупного обломочного материала в цементных глинах может послужить основанием для отрицательной оценки.

Физико-механические испытания имеют большое значение для строительного камня всех видов, а также для гравийного мате­

24

риала. Наиболее важными из них являются определение сопротив­ ления раздавливанию (прочности), водопоглощения, пористости, морозостойкости. Для карбонатных пород, разведываемых в каче­ стве цементного сырья, и для получения вяжущих в ряде случаев также необходимо определение прочностных показателей.

Определение керамических свойств является важнейшим испы­ танием для всех видов керамического сырья и включает определе­ ние температуры плавления, а для глин, кроме того, пластичности, спекаемости, усадки и др. Для изделий тонкой керамики и сани­ тарно-технического фаянса большое значение имеет также цвет черепка, равномерность его окраски, наличие мушек.

Определение обогатимости производится главным образом при изучении стекольных песков. Пески, отвечающие в природном со­ стоянии требованиям промышленности, встречаются крайне редко. Вопросы обогащения возникают также при разведке месторожде­ ний каолиново-полевошпатового сырья, строительного песка и пес­ чано-гравийных смесей. Изучение обогатимости обычно произво­ дится в лабораторном масштабе и реже в полузаводском. Способ обогащения выбирается в зависимости от строения полезного иско­ паемого и формы нахождения нежелательного компонента.

Определение объемной массы — необходимая составная часть программы изучения всех видов сырья. Особое значение объемная масса имеет при оценке стенового камня, для которого этот пока­ затель лимитирован ГОСТ. При разведке месторождения строи­ тельного камня изверженного происхождения объемная масса может служить показателем свежести породы. Для других полез­ ных ископаемых определение объемной массы необходимо при под­ счете запасов и расчете горных работ.

Лабораторные технологические испытания важны при изучении керамического сырья, стекольных песков, карбонатных пород для извести, гипса, песков для силикатного кирпича, керамзитовых глин, строительного и облицовочного камня, вермикулита. Направ­ ление и объем этих испытаний могут быть весьма разнообразны в зависимости от предполагаемого использования полезного иско­ паемого. Наиболее сложными являются технологические испытания керамического сырья.

Полузаводские испытания производятся при изучении тех по­ лезных ископаемых, для которых определения качественных пока­ зателей, выполненные в лаборатории, не дают окончательного ответа о пригодности или требуют проверки в полупромышленном масштабе параметров, полученных при лабораторных работах. Испытания в полузаводском масштабе производятся при разведке месторождений кирпичных глин, цементного сырья, песков для силикатного кирпича, глин для тонкой и грубой керамики. Сводные данные о видах анализов и испытаний, производимых при разведке месторождений сырья для строительных материалов, и их значи­

25

Т а б л и ц а 8

Анализы и испытания для оценки отдельных видов сырья для строительных материалов

26

КОНТРОЛЬ АНАЛИЗОВ И ИСПЫТАНИЙ

При проведении любых лабораторных работ необходимы кон­ трольные анализы и испытания. Особенно важно проводить кон­ трольные химические анализы, так как в работе отдельной лаборатории возможно допущение систематических ошибок, зна­ чительно искажающих точность определений. Контроль химических анализов может быть как внутренний, так и внешний. При внут­ реннем контроле в той же лаборатории производятся анализы дуб­ ликатных навесок, отобранных от полученных проб одновременно с навесками на прямые испытания, и зашифрованных лаборато­ рией. Основной задачей внутреннего контроля является установле­ ние наличия случайных ошибок, приводящих к искажению резуль­ татов анализов. Этот контроль осуществляется путем испытания проб по той же методике, что и прямое определение. При значи­ тельных расхождениях между основными и контрольными опреде­ лениями шифруются и анализируются (другим исполнителем) дополнительные контрольные пробы.

Внешний лабораторный контроль выявляет систематические ошибки, допускаемые по той или иной причине лабораторией. Осу­ ществляется внешний контроль другой лабораторией и, как пра­ вило, для серийных испытаний, и должен проводится только по определениям, имеющим важное значение для оценки данного вида сырья. Испытания внешнего контроля следует выполнять по стандартным или унифицированным (утвержденным) методикам. При отсутствии таких утвержденных методик внешний контроль проводится по методикам согласованным между лабораториями. Для получения надежных выводов контроль необходимо произво­

тельном периоде разведочных работ направлять пробы на внешний контроль следует систематически, не реже раза в год. Результаты контрольных анализов обрабатываются по каждому периоду от­ дельно.

По указанию ГКЗ количество контрольных проб должно со­ ставлять не менее 10% от общего числа, в том числе 5% внутрен­ ний контроль и 5% — внешний. Количество проб внешнего кон­ троля должно быть не менее 20 для каждого вида сырья. Если к содержанию какого-либо компонента предъявляются особо же­ сткие требования, то количество контрольных проб на этот ком­ понент следует увеличить.

При выявлении систематических ошибок в определениях содер­ жания того или иного компонента разрешается введение поправоч­ ного коэффициента. Но для этого необходимо убедиться в том, что определения контролирующей лаборатории достаточно точны, для чего иногда приходится прибегать к услугам третьей лаборатории.

В. М. Борзунов (1969) указывает, что введение поправочного коэффициента устраняет ошибку в определении среднего содержа-

27

ння того или иного компонента, но не устраняет ее в определении содержания в каждой пробе, что может привести к неправильному оконтуриваншо.

До последнего времени осуществлялся только контроль хими­ ческих анализов. В 1967 г. Министерством геологии СССР утверж­ дено «Положение о лабораторном контроле качества испытаний нерудных полезных ископаемых в лабораториях организаций Ми­ нистерства геологии СССР». Согласно этому положению контролю подлежат не только химические анализы, но и другие определения, обычно проводимые в лабораториях республиканских и территори­ альных геологических управлений.

Не подлежат контролю (внутреннему и внешнему):

а) работы и технологические исследования, носящие исследовательский -характер;

б) испытания особо длительные, громоздкие или, требующие для своего про­ ведения большого количества материала (например: испытания морозостойкости прямым замораживанием, испытания заполнителей в бетоне, технологические ис­ пытания глин с получением партии кирпичей);

в) испытания, где данные проведенного определения контролируются ре­ зультатами последующего;

г) разовые и мелкосерийные испытания; д) факультативные испытания и определения.

Перечень контрольных анализов и выборочные данные испы­ таний приведены в прилож. 1. В этом приложении даны выборки, относящиеся к полезным ископаемым, рассматриваемым авторами, сделанные из «Перечня лабораторных испытаний неметаллов, под­ лежащих лабораторному контролю», приложенному к указанному выше «Положению». В перечень включены контрольные определе­ ния только по тем испытаниям, которые обычно выполняются в ла­ бораториях геологоразведочных организаций (химические анализы неметаллов контролируются по особым установленным для них инструкциям и положениям). Согласно «Положению», допускам, указанным в перечне, должны отвечать не менее 90% контрольных проб. В противном случае необходимо проводить повторный кон­ троль. Согласно перечню, контролю подлежат определения грану­ лометрического состава, пластичности, огнеупорности.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ЛИТОЛОГИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

При разведке месторождений строительных материалов часто применяется статистический метод оценки данных химических анализов и других видов определений без должной увязки этих данных с особенностями геологического строения месторождения. В результате бывают затрачены большие средства на производство различных анализов, а вопросы правильной качественной оценки сырья и распределение 'его разновидностей в пределах месторож­ дения остаются до конца нерасшифрованными.

28

Одну из задач литологии при изучении месторождений строи­ тельных материалов С. Ф. Малявкин (1935) определил как «уста­ новление связи между технологическими свойствами и данными литологических исследований». Вопросы литологии осадочных по­ род разрабатывали Н. М. Страхов, Л. В. Пустовалов, Т. И. Теодо­ рович, А. Н. Гейслер, 3. А. Богданова, Н. В. Логвиненко, Г. И. Бушинский и др.

2)не менее важным элементом исследовательской работы в об­ ласти изучения осадочных полезных ископаемых и вмещающих их осадочных горных пород является изучение их последовательных фациальных и хронологических рядов:

3)следующим также весьма важным и необходимым элемен­ том является изучение осадочных формаций как закономерных сообществ осадочных горных пород , и полезных ископаемых, воз­ никающих в определенных тектонических и физико-географических,

втом числе климатических условиях;

4)одним из первоочередных элементов исследовательской ра­ боты в области изучения осадочных полезных ископаемых и гор­ ных пород является изучение продуктов их метаморфизма;

5)важным элементом исследовательской работы в области науки об осадочных породах является изучение отдельных элемен­

тов осадочного породообразования — выветривания, переноса, осаждения, диагенеза, эпигенеза, метаморфизма, а также осадоч­ ной дифференциации вещества, составляющей характерную черту осадочного Процесса на разных его стадиях.

Л. Б. Рухин (1953) при изучении полезных ископаемых, связан­

ленным древним структурным и климатическим зонам; 3) разви­ тие во времени и пространстве процесса образования осадочных пород.

Не вдаваясь в подробное изложение литологических методов, отметим только, что основной их целью является глубокое всесто­ роннее изучение как процесса образования геологического тела, так и его состава . (гранулометрического, химического, минераль­ ного), физических свойств и строения.

Наиболее полное изложение методов изучения осадочных по­ род было дано в двухтомном сборнике статей крупных специали­

29

Ценным пособием для литологов является «Атлас текстур и структур осадочных горных пород» (1969), где собран богатейший иллюстративный материал по всем видам осадочных пород. При достаточно многосторонней разработке теоретических проблем ли­ тологии практическое применение ее методов при геологоразведоч­ ных работах на строительные материалы в литературе освещено довольно слабо.

Нужно отметить работы А. М. Цехомского по изучению квар­ цевых песков (1960), М. Ф. Викуловой по глинам (1952), 3. А. Бог­ дановой (1960) по глинам и карбонатным породам, Г. И. Бушинского (1954) по карбонатным породам. Углубленное литологическое изучение месторождения дает возможность правильно расшифро­ вать строение и получить правильную качественную и количествен­ ную оценку слагающих его пород. Многостороннее (оптическое, хи­ мическое, рентгенометрическое, термическое) изучение пленки на зернах кварцевых песков позволило выделить среди них по мине­ ральному составу две основные группы — силикатные и рудные (Цехомский, 1960). Знание характера и состава пленок на зернах кварцевых стекольных песков помогает выбору способа их обога­ щения. Не менее интересны работы А. М. Цехомского по составле­ нию карты прогноза кварцевых и олигомиктовых песков (формо­ вочных и стекольных). Карты, составленные на основе глубокого фациального и стратиграфического анализа, позволили выделить районы, перспективные для постановки поисковых работ.

При геологоразведочных работах на карбонатные породы как цементное сырье применение методов литологии позволило вы­ явить ряд интересных и практически важных признаков, имею­ щих большое значение для расчленения палеонтологически немых меломергельных толщ и установления взаимосвязи между мине­ ральным составом и технологическими свойствами пород. Приме­ ром могут служить результаты литологического изучения меломер­ гельных толщ районов Амвросиевских и Ворошиловградского це­ ментных заводов. Как в том, так и в другом районах пласты и пачки карбонатных пород, являющихся цементным сырьем, при­ урочены к мощным толщам мергельных пород мелового возраста внешне крайне однообразных, что создавало большие трудности для увязки разрезов, выделения и прослеживания наиболее важ­ ных в промышленном отношении пластов и пачек (Бушинский

1954).

Сырьевой базой Амвросиевских цементных заводов является мощная толща (150 м) серых мергелей кампанского возраста. За­ дачей работ являлось расчленение мергельной толщи, выделение в ее разрезе отдельных горизонтов и составления карты их распро­ странения с целью определения перспективных запасов месторож­ дения и выбора рационального направления геологоразведочных

30

работ. Производившиеся ранее попытки расчленения толщи по дан­ ным только химических анализов не давали положительных ре­ зультатов. Тщательное микроскопическое изучение мергелей поз­ волило выявить в них важный коррелятивный признак н помогло их расчленению. Таким признаком., явились ходы илоядов, даю­ щие на свежих срезах мергеля четкие рисунки, различные для разных слоев, но хорошо выдерживающиеся по простиранию в пре­ делах одного слоя.

Для того чтобы рисунок ходов «проявился», свежий и промы­ тый срез мергеля смачивается водой или лучше трансформатор­ ным маслом, при пропитывании которым рисунок сохраняется в течение нескольких часов. Хороший результат также получается при нанесении на поверхность образца тонкого слоя бесцветного лака. Таким же способом обрабатывались и образцы белого пис­ чего мела, на поверхности которых выступал сложный рисунок, со­ вершенно не заметный в образце без пропитки.

При изучении характера ходов илоядов, образующих рисунок, различный для разных слоев мергеля, удалось выделить несколько видов мергелей. Затем слои мергелей подвергались дальнейшему изучению, которое заключалось в описании шлифов, проведении химических анализов, изучении нерастворимых остатков и, нако­

вещестра, заполняющего ходы илоядов. Химические анализы про­ изводились с целью получения качественной характеристики вы­ деленных типов мергелей как цементного сырья и данных об отли­ чии химического состава мергелей различных типов. Нераствори­ мые остатки изучались для характеристики слагающих минералов и определения их возможного поведения в процессе обжига мер­ гелей.

Описанию «следов жизни», к которым относятся ходы илоядов, посвящена довольно обширная литература (Бушинский, 1954; Вя­ лов, 1966 и др.). Среди ходов илоядов, зафиксированных в мерге­ лях Амвросиевского района, М. Г. Немировской было выделено несколько видов, важнейшими из которых являются «веточки» и «цепочки» (рис. 2 и 3). В распределении видов ходов в мергельной толще района наблюдается определенная закономерность. В ниж­ ней части преобладают «цепочки», выше — «веточки». Применение описанной методики позволило выделить в мергельной толще две ли­ тологические зоны, обладающие определенными характерными свой­ ствами, выдержанными в пределах района. Мергели «цепочковой» зоны характеризуются постоянством содержания СаС03 (титра), которое колеблется в пределах 76—78%. Мергели «веточковой» зоны по химическому составу отличаются значительной пестротой, содержание СаС03 в них колеблется от 53 до 80%. Но среди мер­ гелей этой зоны можно выделить отдельные пачки слоев, характе­ ризующиеся определенными макроскопическими признаками и хи­ мизмом. Причем в слоях, содержащих значительное количество

31