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

ходов, содержание СаС03 выше (72,5%), чем в слоях, бедных ходами (67,25%).

Наряду с макроскопическими отличиями и различиями в содер­ жании СаСОз выделенные зоны характеризуются и различием ак-

Рис. 2. Ходы илоядов «веточки» в зеленовато-сером мергеле Амвросиевского месторождения

карбонатных пород Ворошиловградской области был также применен метод макроскопического литологического анализа. Наряду с этим производились химиче­ ские анализы, петрографические исследования и лабораторные тех­ нологические испытания. Такая методика позволила с минималь­ ными затратами на химические анализы и технологические иссле­

32

дования произвести расчленение меломергельных пород района. Первым этапом работ явилось детальное литологическое изучение, при котором в мергелях было установлено наличие ходов илоядов нескольких типов, позволивших расчленить внешне однородную толщу на ряд горизонтов. По характеру - нерастворимого остатка среди мергелей были выделены песчанистые, глинистые, кремнезе­ мистые и алевритовые. По химическому составу песчанистые и кремнеземистые мергели не отличимы, но при микроскопическом изучении устанавливается, что в первых присутствуют крупные зерна кварца, а во вторых имеет место общее окремнение породы. Такое различие в форме нахождения Si02 сказывается на техноло­ гических свойствах мергелей.-

Примером успешного применения литологических методов при изучении слабо охарактеризованной палеонтологически, мощной толщи является работа И. А. Семеновой и др. (1969) по расчле­ нению мезо-кайнозойских отложений бассейна нижнего течения р. Москвы. Проведенными исследованиями было установлено, что все стратиграфические подразделения района независимо от со­ става отложений характеризуются специфическими для каждого данного горизонта ассоциациями прозрачных минералов. Эти ас­ социации коррелируют разрез не только между группами и систе­ мами отложений, но и внутри их, до подъяруса и горизонта.

В качестве примера успешного решения практических задач при помощи методов литологии можно также привести результаты ра­ бот по выявлению запасов глин для обеспечения керамзитового цеха Щуровского комбината строительных материалов. Поисковые работы в районе комбината ранее производились проходкой про­ филей буровых скважин, отбора и обжига большого количества проб, но литологического анализа при этом не велось, и увязка разрезов по скважинам производилась главным образом по сте­ пени вспучиваемое™ глин. При сложном геологическом разрезе района такой метод работ не позволил выделить и проследить наи­ более перспективные горизонты. При повторной постановке поиско­ вых работ, после детального изучения геологического разреза, было установлено, что по макроскопическим признакам (отсутст­ вию запесочениости, крупных включений, слабой карбонатное™, хорошим пластическим свойствам) наибольший интерес могут представлять: верхняя элювированная часть серых юрских глин (лишенная карбонатов и пирита), тонкие озерно-болотные и пойменные глины четвертичного возраста. После проверки на вспу­ чиваемое™, подтвердившей пригодность указанных глин для по­ лучения керамзита, площадными поисковыми работами было установлено, что по мощности, условиям залегания и масштабу за­ пасов наибольший практический интерес представляют глины озер­ но-болотного типа. После проведения поисков и детальной разведки было выбрано наиболее перспективное Ново-Кунаковское место­ рождение, где мощность озерно-болотных глин достигает 9 м. Ла­ бораторными и полузаводскими испытаниями' было установлено,

что из глин месторождения с добавкой 1—1,5% солярового масла получается керамзит марки 300—500. Запасы месторождения в ко­ личестве 2,5 млн. м3 были утверждены ТКЗ и являются сырьевой базой Щуровского комбината.

Чисто статистический метод при обобщении данных химических анализов может привести к неправильным выводам, что подтверж­ дается следующим примером. При геологоразведочных работах на

И г FHJ ГТИГТ1 5

Рис. 4. Разрез месторождения с искусствен­ ным построением «пласта» чистых извест­ няков.

/ — суглинки; 2 — пласт чистых известнякоп, полу­ ченный соединением кондиционных проб; 3 — фак­ тическое залегание известняков; 4 — буровые скважины; 5 — пробы известняка с кондиционным содержанием СаСОэ

месторождении внешне однообразных известняков в Поволжье надо было выявить запасы чистых известняков с максимальным содержанием СаС03. Опробование было проведено бороздовое. По результатам опробования был выделен построением «пласт» чистых известняков, залегающий с образованием складок. Между тем, при элементарном литологическом анализе разреза месторож­ дения было установлено, что пачка известняков залегает почти горизонтально, но обладает изменчивым химическим составом, и выдержанного пласта чистых известняков вообще выделить не­ возможно (рис. 4).

Приведенные примеры показывают эффективность применения литологических методов и необходимость глубокого анализа материалов, получаемых при геологоразведочных работах.

34

ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ

и к а ч е с т в е н н о й о ц е н к и

ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЕ

для керамической промышленности

Минеральное сырье для керамической промышленности делится на две основные группы: пластичные и непластичные материалы. К пластичным относятся различные виды глин, которые являются основным сырьем для производства керамических изделий. К не­ пластичным относятся природные или искусственные материалы, которые используются как добавка к глине, для регулирования ее технологических свойств. Эти минералы добавляют к глинам с раз­ личными целями: а) для отощения глины — т. е. изменения ее пла­ стичности (песок, шамот); б) для повышения термостойкости капсельных масс и механической прочности плиточных и кислото­ упорных масс (тальк); в) для уменьшения деформации при сушке и обжиге, улучшения диэлектрических свойств,-понижения коэффи­ циента истирания, повышения термической стойкости (пирофил­ лит); г) для повышения температуры плавления глины с целью ускорения ее спекания и получения более плотного черенка (плав­ ни— полевой шпат, мрамор и др.); д) для получения повышенной пористости керамических изделий — порообразующие материалы, сгорающие при обжиге (древесные опилки и др.).

Далее более подробно рассматриваются вопросы оценки качества глинистых пород как главного вида сырья для керамики.

Другие, менее значимые сырьевые материалы описаны кратко.

ПЛАСТИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Глинистые породы

Глины представляют собой по определению А. Н. Земятченского (1935) землистые обломочные горные породы, способные с водой образовывать пластичное тесто, при высыхании сохраняющее при­ данную ему форму, а после обжига получающее твердость камня. К глинам относят также некоторые породы, не обладающие в есте­ ственном виде пластичностью и не размокающие в воде. Такие породы образуют группу аргиллитов. К ним относятся «сухарные глины», «кремневки», флинклей. Особую группу образуют глини­ стые сланцы, образовавшиеся из глин в результате метаморфизма.

В промышленности строительных материалов глинистые сланцы до последнего времени не находили большого применения. Недав­ но установленная возможность получения из них сухим способом керамзита привлекла внимание. •

Важнейшими особенностями глинистых пород, определяющими их технологические свойства, являются: дисперсность, химический и минеральный состав и связанные с ними физические и техниче­ ские свойства. Одним из главных признаков глинистых пород яв­ ляется их дисперсность. Основное значение имеют частицы мельче 0,005 мм. Это тонкая составляющая именуется по разному: «гли­ нистым веществом», .«глинистой субстанцией», «собственно глиной»'.

В ее составе выделяется фракция мельче 0,001 мм, имеющая признаки коллоидностн. Более крупные частицы (0,005—0,001 мм) обладают уже менее ясно выраженными свойствами глин.

Изменения свойств глинистых частиц в зависимости от их круп­

36

Особенностью глинистых минералов является ярко выраженное различие размеров частиц в .разных направлениях. По длине и ширине частицы могут относиться к группе грубодисперсных, а по толщине — к тонкодисперсным или даже к коллоидам.

Главными химическими компонентами всех глинистых минера­ лов являются: Si02, А120 3 и Н20. В том или ином количестве при­ сутствуют также Fe20 3, (FeO), Ti02, CaO, MgO, K2O, Na20, C02, S 0 3 и органическое вещество. Реже наблюдается присутствие МпО, Сг20 3, Р20 5 и других окислов.

Химический состав является важным показателем качества глин и в значительной мере определяет области их использования

содержании других окислов обычно относятся к высшим сортам огнеупорных глин. В их составе преобладает каолинит. Если при таком же содержании указанных окислов в глинах присутствуют

в то время как у огнеупорных глин этот показатель достигает 25%. Бентонитовые глины характеризуются значительным колебанием содержания А120 3 (10—37%); высоким содержанием Si02 (48— 62%), MgO и СаО (до 6 %), а также воды, выделяющейся при тем­ пературе 110° (до 10,5%).

В минеральный состав глин входят: глинистая субстанция, ак­ цессорные минералы' и примеси. В составе глинистой субстанции обычно присутствуют минералы группы каолинита, галлуазита, гидрослюд и монтмориллонита. В группу каолинита входят као­ линит (А120 3, 2Si02, 2Н20), который образуется за счет различных алюмосиликатов в кислой, среде, в условиях поверхностного вы­ ветривания; являясь основной составляющей каолинов, он присут­ ствует в том или ином количестве в большинстве глин, температура плавания 1750—4787°. Даккит и накрит по химическому составу и макроскопическим признакам близкие к каолиниту. Встречаются большей частью среди гидротермальных образований. Отличаются от каолинита по оптическим свойствам и кривым обезвоживания. Близок к каолиниту и монотермит.

Монотермитовые глины являются хорошим сырьем для полу­ чения огнеупоров и керамических изделий со спекшимся черепком. Температура плавления монотермита 1550—1700°.

В группу галлуазита входят галлуазит, метагаллуазит и ферригаллуазит. Температура плавления 1780—1790°.

К группе монтмориллонита относятся несколько минералов, от­ личных по структуре от каолинита. Их особенностью является способность кристаллических решеток расширяться в направлении оси Ci с увеличением содержания воды от 6 до 30%. Температура

37

плавления 1250—1300°. Минералы этой группы обладают также способностью обмена основаниями. Важнейшим из этой группы ' является монтмориллонит, который часто образуется за счет вы­ ветривания вулканических продуктов — пепла, туфов. В минералах группы монтмориллонита часто А1 полностью или частично заме­ нен железом с образованием ферримонтмориллонитов, составляю­ щих основу большинства почв и бурых легкоплавких глин. Монтмориллонитовые глины (бентониты) характеризуются высокими адсорбционными свойствами. В керамической промышленности используются в качестве добавки для увеличения пластичности шихты.

Группу гидрослюд образуют широко распространенные мине­ ралы, которые являются промежуточными образованиями между слюдой и глинистыми минералами. Образование их идет путем гидролитического расщепления. В эту группу входят нллит, браммалит, серицит и др. Температура плавления 1200—1400°.

Кроме глинистых минералов, в глинах всегда присутствуют дру­ гие. Количество их может значительно варьировать, и они оказы­ вают существенное влияние на качество глин. Образуются эти мине­ ралы или одновременно с глинистыми, или в течение последующих процессов. Среди минералов-примесей наиболее часто встречается кварц, главным образом в виде песчанистых зерен, рассеянных в массе породы или образуя прослои и линзы песка. Кварц явля­ ется в глинах отощителем, уменьшающим пластичность, усушку и связующую способность.

Гидроокислы железа — лимонит, гидрогематнт, гидрогётит —

окрашивают в розовый, красный и бурый цвета; закисные соеди­ нения в синеватые и зеленоватые). Окислы марганца придают глинам буроватую окраску, органические вещества окрашивают их в палевый, серый, черный или розовый цвета.

Карбонаты кальция часто присутствуют в глинах, образуя раз­ личные стяжения (дутики, конкреции), а также тонкую пыль. При обжиге из кальцита образуется СаО, при соединении с водой обра­ зуется Са(ОН)г, с увеличением объема, что вызывает растрески­ вание изделий. Распыленный кальцит также оказывает отрицатель­ ное влияние на качество глин, снижая их огнеупорность, увеличи­ вая усадку при обжиге и размягчаемость под нагрузкой.

Гипс встречается довольно часто в глинах южных районов и является вредной примесью, так как при обжиге теряет воду и за- . тем, гидратизируясь, увеличивается в объеме.

Органическое вещество часто имеется в глинах в виде про­ слоев, включений и мелкорассеянной примеси угля, сажи и торфа. Включения угля и сажи выгорают при f 600°, торф выгорает толь­

40

ко при t° 900° и при этом образуется пористый черепок, снижаются объемная масса и прочность изделии.

Акцессорные минералы — турмалин, циркон, рутил, кианит, гранат, дистен, сфен и др., содержащиеся в глинах в незначитель­

Месторождение,

тип глин

Т у г о п л а в к и е г л и н ы

Качество глин как сырых, так и обожженных, характеризуется рядом физических показателей. Для керамики наибольшее значе­ ние имеют следующие свойства сырых глин: пластичность, связую­ щая способность, водозатворение и воздушная усадка.

Пластичностью глин называется ее способность изменять под внешним воздействием свою форму, сохраняя ее и после оконча­ ния этого воздействия. Это свойство глины позволяет получать из нее необходимые изделия.

41

Количество воды, необходимое для придания глинам нужной пластичности, называется водозатвор.ением. Изделия из сырой глины высыхая сокращаются в размерах — это явление называется воздушной усадкой и значение ее колеблется в пределах 1,5—10%. По этому показателю можно судить о степени пластичности глин.

При обжиге глины претерпевают ряд изменений. Одним из важнейших является огневая усадка, т. е. изменение линейных размеров, которая может достигать 2 0 %.

Температурой спекания называют температуру, при которой глина приобретает максимальную плотность. Обычно за темпера­ туру спекания принимают температуру обжига, при которой водопоглощение образца составляет 2 %.

Огнеупорностью глин называют их свойство противостоять, не размягчаясь, воздействию высоких температур.

Содержание в глинах АЬОз в значительной мере определяет их огнеупорность.

Важным качественным показателем глины для изделий тонкой керамики является ее цвет после обжига (цвет черепка) и наличие мушки — мелких точечных окрашенных включений. Глины, состоя­ щие из водных алюмосиликатов (каолинит и др.), после обжига обычно дают белый черепок.

Наиболее частой примесью, вызывающей окраску глин после обжига, являются соединения железа, причем интенсивность окра­ ски зависит: 1) от процентного содержания соединений железа в глине и формы их нахождения, так как наиболее активным кра­ сителем являются окисные соединения железа, 2 ) от температуры обжига, 3) от наличия в глине соединений, ослабляющих красящее действие железа (углекислый кальций).

Окраску глины после обжига могут также вызвать титановая кислота, придающая желто-серый или синеватый цвет, и окислы марганца и ванадия.

В промышленности глины классифицируются по ряду признаков

(ГОСТ 9169—59):

1. По огнеупорности (в °С): огнеупорные выше 1580°, тугоплавкие от 1350 до 1580°, легкоплавкие — ниже 1350°.

2. По содержанию АЬОз+ТЮг в прокаленном состоянии (в %): высокск основные— более 40, основные от 30 до 40, полукислые от 15 до 30, кислые — менее 15.

3.По спекаемости: сильноспекающиеся, среднеспекающиеся, неспекагащиеся.

4.По пластичности: высокопластичные — число пластичности >25, умеренно-

пластичные 7—15, малопластичные <7, непластичные — не дают пластичного ■теста.

Кроме того, глины делятся по температуре спекания, по содер­ жанию красящих окислов в прокаленном состоянии, по содержа­ нию тонкодисперсных и крупнозернистых фракций.

Области промышленного использования глин в зависимости от их минерального состава приведены в табл. 13.

42