Тенардит и мирабилит служат сырьем для получения ряда важных продуктов в химической промышленности (сернистый натрий, сода, сульфат аммония, сульфат калия, ультрамарин и др.), а также широко используются в стекольной промышленности и в производствах: целлюлозно-бумажном, искусственного волокна, дубильно-экстракционном и химико-фармацевтическом, в фотопромышленности, в производстве мыла и др.
Генетические типы промышленных месторождений.
Основная масса минеральных солей образуется путем осаждения из истинных растворов в солеродных бассейнах. Состав и строение как современных, так и ископаемых соляных залежей определяются совместным действием многих факторов, важнейшими из которых являются такие: химический состав исходных морских или озерных минеральных вод, последовательность отложения солей из солеобразующего раствора -- рапы, наложенное метаморфизующее действие привносимых поверхностных и глубинных вод и их компонентов, палеогеография солеродных бассейнов и их тектонический режим, изменчивость климата и другие Нормальная последовательность выпадения солей из растворов следующая: карбонаты кальция и магния > гипс и ангидрит > галит > сильвин, карналлит > сульфаты магния и калия (полигалит, тенардит, кизерит) > бишофит. Выделяется 4 типа месторождений:
Ископаемые осадочные месторождения каменных и калийных солей: пластовые ненарушенные (Славянск-Артемовское, Башкирия, Приуралье, Сольвычегодское месторождение каменной соли; Припятские и Вернекамские м-я - калийной соли); пластовые нарушенные тектоникой (м-я Предкарпатского прогиба, Красноярское - Россия); солянокупольные (Соль-Илецкое, Ефремовское, Светлоярское, Индерское - Россия).
Древние солеродные бассейны были преимущественно мелководными. Их глубина не превышала нескольких десятков метров, редко была более 100 м. Время формирования соляной толщи измеряется тысячами и десятками тысяч лет. Например, время накопления соляной толщи Верхнекамского соленосного бассейна (800--1000 м) составило 12--17 тыс. лет.
Соли накапливались в обширных впадинах с большой скоростью погружения, увеличивающейся к заключительным этапам отложения осадков. Прогибание дна солеродного бассейна проходило ритмично, ускорение погружения сопровождалось кристаллизацией солей, а замедление -- образованием гипса, ангидрита и карбонатно-терригенных илов; максимальное прогибание солеродных структур компенсировалось накоплением галогенных осадков. При глубинах погружения более 2000 м формировались мощные толщи каменной и калийных солей.
Следовательно, на начальных стадиях галогенеза образовывались доломит-гипс-ангидритовые породы, затем преимущественно каменная соль и завершается процесс формированием калийно-магнезиальных солей.
В спокойной тектонической обстановке формировались недислоцированные с моноклинальным залеганием пласты. При проявлениях пликативной и дизъюнктивной тектоники образовывались нарушенные и смятые в складки пласты, а также солянокупольные структуры. Для месторождений первых двух типов характерны слоистое внутреннее строение, пластовая и линзовидная форма залежей. В связи с высокой пластичностью солей внутренняя структура пластов и куполов чрезвычайно сложна. Внутрипластовые структуры представлены дисгармоничными асимметричными или коробчатыми складками течения со сжатыми крутыми крыльями. Соляные купола слагают ядра округлых или вытянутых на десятки километров брахиантиклиналей. Мощность соли в ядре соляного купола достигает несколько километров. Соляные массивы (штоки или соляные купола) имеют форму цилиндрических, эллиптических или округлых грибообразных тел.. Площадь соляных куполов достигает нескольких десятков квадратных километров.. Перекрывающие гипс-ангидритовые и карбонатные породы при выщелачивании верхних слоев соляного ядра обрушаются, образуя шляпу соляного купола -- кепрок.
Типичными примерами крупных промышленных меторождений каменной и калийных солей являются Славянско-Артёмовское месторождение и месторождения Верхнекамского соленосного бассейна.
Славянско-Артёмовские месторождения каменной соли составляют лишь небольшую часть крупного Днепровско-Донецкого соляного бассейна, располагаясь в восточной его части ( Бахмутская котловина). Общая мощность нижнепермских отложений Славяно-Бахмутской котловины 1600м, залегаютони на глубине 2-3км. В основании соленосной толщи находятся нижнепермские красно- и сероцветные медистые песчаники и алевролиты. Перекрывающая их никитовская свита мощностью до 250м представлена печано-глинистыми, карбонатными породами и двумя мощными пластами каменной соли (20-25 и 50-65м). Следующая по разрезу славянская свита ( мощность 400-600м) сложена тремя мощными пластами каменной соли (40-60; 32-43 и 22-44м), пластами ангидритов и карбонатных пород. Каменная соль в них отличается высоким качеством и содержит NaCl 97,5-98,%, CaSО4 0,9- 2,0%. Завершает разрез нижнепермских отложений краматорская свита мощностью 500м; в её составе участвуют ангидриты, алевролиты, песчаники, но преобладает каменная соль, среди которой обнаружены3 пласта сильвинитов мощностью до 5м, а в верхней части - до 8 пластов карналитовой и сильвинит- карналлитовой породы и сильвинита мощностью от 0,5 до 2,7м. Сильвиниты краматорской свиты сложены водяно-прозрачным и синим галитом и розовым сильвином. Содержание КCl от15,4 до 31,5%, содержание карналлита в карналлитовой породе - до 52%.
Запасы каменной соли исчисляются миллиардами тонн. Месторождения разрабатываются как подземным способом, так и эксплуатируются соляные источники.
Верхнекамский соляной бассейн находится на западном склоне Урала в Пермской области, занимает площадь 6,5 тыс. кв.км. и приурочен к северной части Предуральского краевого прогиба. Соляные отложения бассейна принадлежат кунгурскому ярусу нижней перми и залегают на известняках и мергелях. Они представлены незакономерным чередованием слоёв и прослоев каменной и калийной солей, имеющих мощность от долей метра до нескольких десятков метров. Выделяется несколько пластов сильвинитового горизонта продуктивной толщи мощностью 40м ,сложенных красным и пестрым сильвинитом и карналлитом, Выше находится сильвинит-карналлитовый горизонт мощностью 60м, в котором выделяется 9 пластов калийных солей. Слои солей сдержат тонкие прослои галита и глинистого материала. Продуктивная толща калийных солей перекрывается покровными отложениями каменной соли мощностью до 70м, сложенной чистым галитом. Самые верхние горизонты кунгурского яруса представлены гипсоносными глинами и мергелями. Общая мощность всех надсолевых отложений 70-250м. Геологические запасы калийных солей бассейна составляют 219 млрд т. ( К2О 27,9 млрд т.).
Современные соляные месторождения: внутриконтинентальных соляных озер (хлоридов - Эльтон, Баскунчах; хлоридов и сульфатов - Предуралье и Прикаспий; хлоридно- содового типа - в Кулундинской степи); прибрежно - морских лагун и заливов (галит и мирабилит залива Кора-Богаз-Гол).
Месторождения в соляных озёрах образуются при превышении испарения над атмосферными осадками, а соли привносятся при выщелачивании окружающих пород или ископаемых соляных залежей.
Для современных морских месторождений источником солей являются морские воды. Образуются они в заливах, лагунах, лиманах в условиях длительного притока морских вод и испарения при жарком и сухом климате.
Соляные источники и рассолы образуются при растворении солянных отложений. Подземные воды хлоридно - сульфатно - содового состава присутствуют в большенстве нефтяных и газовых месторождений Сев. Кавказа, Западной Сибири при подземном выщелачивании солей. Промышленностью используются как воды естественных соляных источников (Славянско-Атрёмовский бассейн), так и рассолы, получаемые из недр с помощью буровых скважин (Верхнекамский соляной бассейн).
Современные моря и океаны являются грандиозными месторождениями. Добываются соли путем выпаривания или вымораживания; при опреснении воды.
Селитра образуется в областях с жарким и сухим климатом (Чили) при переносе азотных соединений, образовавшихся в результате растворения и переотложения продуктов вулканических эксгаляций.
Основные периоды соленакопления.
Следует отметить, что основными периодами образования галогенных формаций на территории России и стран СНГ являются следующие. К раннему палеозою относятся галогенные формации Сибирской платформы (Ангаро-Ленский, Берёзовский, Приенисейский, Предтаймырский прогибы). В среднем и позднем девоне соленакопление происходило на Восточно-Европейской платформе (мощное в Днепровско-Донецкой впадине и Припятском прогибе, болееслабое в Московской, Балтийской и Двинско-Мезенской впадине). В пермский период галогенное осадконакопление достигло максимального развития, В краевых прогибах Восточно-Европейской платформы на всём протяжении Предуральского прогиба, в Прикаспийской синеклизе, в Днепрово-Донецкой впадине и в Донбассе образовались мощные соленосные формации; а в северо-восточной и восточной частях платформы - доломит-ангидрит-гипсовые формации с мощными соленосными толщами. В позднепермское время галогенез проявился в Западной и Северной Европе. В юрское и меловое время соленакопление происходило в Средней Азии.
Ежегодный мировой уровень добычи каменной и поваренной соли составляет порядка 180 млн.т. Крупнейшие производители -США и КНР.
Общие запасы калийных солей в мире оцениваются в 48,2 млрд т К20, подтвержденные - 12,2. Подавляющее количество их (95%) составляют хлористые калийные и калийно-магниевые соли - сильвиниты и карналлитовые породы, остальное - сульфатные разновидности. Мировая добыча калийных солей в 2000 году составила 25 млн.т., в том числе в Канаде добыто 9 млн.т., в России - 3.45 млн.т., в Белоруссии - 3.4 млн.т., в Германии - 3,2 млн.т., в Израиле -1,5 млн.т. (Мёртвое море).
Литература: [3] с.447-459; [2]с.141-163; [1] c.58-77; [4] с.47-60; [35]
Лекция 11 (2часа). Серное и борное сырьё
Самородная сера: свойства, применение и генетические типы месторождений. Другие источники серного сырья. Борное сырьё: основные промышленные виды, применение и генетические типы месторождений.
Самородная сера и серное сырьё
В природе встречается как связанная сера - в виде сульфатов,сульфидов, так и самородная. Она концентрируется также в нефтях, углях, природном горючем газе и некоторых минеральных водах. Самородная сера бывает кристаллической и аморфной, цвет желтый, твёрдость 1-2, температура плавления 112° С, хрупкая. Тепло- и электропроводность низкая, нерастворима в воде и кислотах, но хорошо растворима в органических жидкостях. Окисляется на воздухе, легко возгорается.
Источниками элементной серы и сернистого ангидрита служат следующие виды сырья: самородная сера, нефть и природные горючие газы, сульфидные руды различных металлов, сульфатные руды (гипсы и ангидриты), битуминозные пески и ископаемые угли.
Наибольшее количество серного сырья (70--90%) используется для получения серной кислоты. От 30 до 50 % серной кислоты расходуется на изготовление фосфорных (суперфосфаты), азотных и частично калийных удобрений. Следующие по значению области потребления серной кислоты -- производство различных химикатов (кислот, солей и др.) и очистка нефтепродуктов. Серную кислоту используют также при выработке красок и пигментов, синтетических волокон (вискоза и др.), взрывчатых веществ, мыла и моющих средств, глюкозы, пластмасс, искусственного каучука, в процессах травления стали, опреснения воды и в других отраслях промышленности.
Сера и сернистые соединения используются в целлюлозно-бумажной промышленности для получения целлюлозы, в химической -- при производстве химических волокон, красителей и других продуктов, в резиновой -- для вулканизации каучука, в фармацевтической -- для изготовления сульфопрепаратов и мазей, в пищевой и текстильной -- в качестве дезинфицирующего, консервирующего и отбеливающего агента. Элементная сера и сернистые препараты служат микроудобрениями и хорошими инсектицидами. Сера применяется в производстве спичек и пиротехнике.
Новыми областями использования серы является производство серных асфальтов, бетонов, керамики и изоляторов, пенистой серы, серных покрытий. Потребление серы, имеющей обширные сферы применения, служит показателем относительного уровня промышленного развития стран.
Промышленно-генетические типы месторождений самородной серы:
Вулканогенные месторождения возникают при поствулканических процессах и подразделяются на: гидротермальные, эксгаляционные, вулканогенно-осадочные, потоки самородной серы. Месторождения таких типов встречаются совместно в современных вулканических областях, они невелики по размерам но содержат руды высокого качества. (м-я Камчатки, Курильских 0-вов, Япония, Чили, Перу, Филлипин);
Экзогенные месторождения самородной серы содержат около 90% всех разведанных запасов и дают 95% всей добываемой в мире самородной серы. Они разделяются на: а) сингенетические (осадочные биохимические) в сульфатнокарбонатных толщах бассейнов лагунно-морского типа за счет жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий (серные озёра Поволжья, мелкие залежи в Туркмении); б) эпигенетические инфильтрационно-биохимические в горных породах за счет циркуляции восходящих и нисходящих вод при участии сульфатредуцирующих бактерий (Водинское, Сырейско-Каменодольское - Россия, Гаурдак, Шорсу - Туркмения, Язовское - Украина).