Курс лекций: Промышленные типы месторождений полезных ископаемых (неметаллические)

Борное оруденение галогенного типа наиболее характерно для пермских эвапоритовых соляных толщ, сформировавшихся в крупных эпиконтинентальных морских бассейнах (например, Прикаспийская и Северогерманская впадины).

Главными странами-производителями борного сырья в мире являются Турция и США. Кроме них сырьё добывается в России, Казахстане, КНР, Перу, Чили и др.

Литература: [3] с.463-476; [2] с.189-214; [1] с.30-58; [4]с.17-29, 60-72;

[14, 22, 36, 37]

Проектное задание для самостоятельной работы: охарактеризовать наиболее значимые месторождения агрономического сырья в России..

Тесты рубежного контроля к модулю 3.

МОДУЛЬ 4. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПРИРОДНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СЫРЬЯ ДЛЯ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

Комплексная цель: показать разнообразие природных строительных материалов и обеспеченность ими России.

Лекция 12(2 часа). Пески и глины.

Пески: применение в промышленности, генетические типы месторождений, ресурсы. Глины: общие сведения, основные физико-химические и технологические свойства и применение, генетические типы месторождений, ресурсы

Пески и песчано-гравийные смеси.

Песок и гравий являются рыхлыми и сыпучими осадочными породами, состоящими из мелких обломков и зерен различных минералов и горных пород. В песках размеры зерен от 0,01 до 2 мм, в гравии от 2 до 10 мм. Пески могут быть мономинеральными или состоящими из двух или нескольких минералов. Чаще преобладает кварц, содержание которого в кварцевых песках достигает 80% и более. Гравий в смеси с песком образует песчано-гравийные материалы.

Применение в промышленности:

Более 90% песков и гравия используется в строительстве, остальное приходится на долю особо чистых кварцевых песков, используемых в стекольной, керамической, металлургической промышленности, в производстве ферросилиция, карбида кремния т.д. Применение песков в той или иной отрасли зависит от соотношения количества SiO₂ и примесей, а также от гранулометрического состава. Пески и гравий используется в строительстве как наполнители бетонов, в производстве кирпича, вяжущих растворов, в дорожном строительстве. В литейном производстве для изготовления формовочных смесей; как абразивный материал - для распиловки, очистки, полировки камня и металлических отливок; в качестве фильтров для очистки воды.

Важнейшее значение для стекольных, керамических, формовочных и прочих чистых кварцевых песков имеет химический состав. Содержание кремнезёма в них должно превышать 90%.. Высокое содержание кремнезема -- необходимое условие и для песков, используемых в производстве ферросилиция, карбида кремния, жидкого стекла и т. д., а также для абразивных и фильтровальных песков, для формовочных песков, используемых в литейном производстве, для производства силикатного кирпича.

Промышленно-генетические типы месторождений.

1. Аллювиальный: древний - погребенных долин и террас (Киятское - Татарстан, Красное - Коми; Березовское - Красноярский край); современный - пойменные и русловые (Бурцевское - Нижнегородская обл., Игирминское - Иркутская обл., Усть-Камское - Татарстан). Залежи приурочены к руслам рек, речным косам, островам, пойменным и надпойменным террасам, дельтам рек. Форма удлинённо- линзовидная, длина до нескольких километров, мощность до десятков метров, а в дельтах до 100м. Аллювий горных рек состоит из песчано-гравийного материала, используемого для железнодорожного балласта; а равнинных - из песка для строительного и силикатного кирпича, штукатурных и кладочных растворов, как заполнитель для бетонов.

2. Морской и озерный преимущественно четвертичного возраста (Егановское, Люберецкое - Московская обл.; Глебовское - Харьковская обл.; Сестрорецкое - Ленинградская обл.; Спасское - Ставропольский край; Кайганское - Сахалин; Миллеровское - Ростовская обл.). Морские пески образуются на глубинах моря до 150м и формируют выдержанные пластовые залежи мощностью 20-40м и более. Месторождения подразделяются по гранулометрическому составу - на гравийные и песчаные, по возрасту -на современные и древние, по геоморфологическому признаку - на месторождения пляжей, морских и озёрных кос, береговых валов и донные залежи. Современные месторождения обладают большими запасами галечников для бетона и балласта, песков строительных, а древние донные - формовочных и стекольных песков. Среди древних отложений практическое значение имеют морские кварцевые пески, 60% месторождений которых располагаются на Русской платформе.

3. Флювиогляциальные (Струги - Красные - Псковская обл.; Луковицкое, Сычевское - Московская обл.; Ханты-Мансийское - Тюменская обл.;Гавриловское - Ленинградская обл.; Бельское - Тверская обл. и др).Представлены плохо отсортированным валунным и песчано-гравийным материалом. Разрабатываются на гравий и песок для бетона, строительных растворов, балласта и для получения булыжника.

4. Эоловый - дюны и барханы (Сосновское - Чувашия; Матакинское - Татарстан);

5. Элювиальные, делювиальные - мало используются;

6. Пролювиальные - окаймляют горные хребты (Средняя Азия, Кавказ).

Мировое потребление кварцевых песков составляет порядка 100-120 млн т в год. На долю стран СНГ приходится (млн т) около 36, США- 28, ФРГ - 10-14.

В России в 1996 г. добыто стекольных и формовочных песков более 6 млн т, в том числе около 1,5 млн т стекольных. В других странах СНГ объем добычи тех же песков составил около 60% от российской добычи.

Полимиктовые строительные пески и песчано-гравийные смеси связаны в основном с ледниковыми отложениями в Центральной и Северо-Западной части России, а также на равнинах юга Европейской части, в Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке, где широко развиты аллювиальные, эоловые и морские отложения.

Месторождения песчано-гравийного сырья имеют широкое, хотя и не повсеместное распространение. В России учтено 1269 месторождений с запасами по сумме промышленных категорий почти 10 млрд м. Разрабатывают около 600 месторождений с годовой добычей 130-190 млн м³.

В северном регионе европейской части России запасы песчано-гравийного сырья составляют 32% от общероссийских, добыча 36%. На Северо-Кавказский регион приходится около 15% запасов и добычи сырья. В Уральском регионе сосредоточено 17% запасов, добыча составляет 32%. Всего в европейской части России добывают более 80% сырья.

Глины и каолины.

Глинами называются тонкодисперсные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов и обладающие свойством пластичности. К глинистым минералам относятся различные водные алюмосиликаты: аллофан, каолинит, монтмориллонит, гидрослюда, хлорит, палыгорскит. Под пластичностью понимается способность глин давать с водой тесто, принимающее под давлением любую необходимую форму и сохраняющее эту форму при снятии давления и сушке, а после обжига приобретающее прочность камня.

По гранулометрическому составу в глинах преобладают частицы с размерами меньше 0,01 мм.

Минеральный состав глин, как правило, неоднороден, чаще всего они являются полиминеральными, реже -- близкими к мономинеральным. Во всех случаях в составе глин глинистые минералы резко преобладают.

Наряду с глинистыми минералами в составе глин в подчиненных количествах обычны также обломочные зерна кварца, полевых шпатов, карбонатов, чешуйки слюд, обломки различных горных пород, окислы и гидроокислы железа и марганца.

Главными химическими компонентами глин являются SiO₂ (30--70%), А1₂0₃ (10--40%) и Н₂0 (5--15%). В подчиненных количествах присутствуют Ti0₂, Fe₂0₃, FeO, МпО, MgO, CaO, K₂0, Na₂0, Из других компонентов в связи с наличием неглинистых минералов-примесей в химическом составе глин содержатся обычно S0₃, CO₂, Р₂0₅, S, С.. По преобладанию того или иного глинистого минерала или комплекса минералов выделяют следующие минеральные типы глин: каолинитовые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые, каолинит-гидрослюдистые, монотермитовые, бейделлитовые и др. Минеральный состав вместе с гранулометрическим составом определяют их технологические свойства.

Метаморфизованные глинистые породы, не обладающие пластичностью и не размокающие в воде, называются аргиллитами, глинистыми сланцами. Наряду с глинами эти породы используются в разных отраслях промышленности. Особое место среди них занимают так называемые сухарные глины, или «сухари», используемые как исключительно ценный и богатый глиноземом материал для производства огнеупоров.

Каолином называют практически мономинеральные глинистые породы, состоящие из каолинита или минералов каолинитовой группы. Вместе с каолинитом и другими глинистыми минералами в составе каолина участвуют преимущественно минералы группы кремнезема -- кварц, опал, халцедон, полевых шпатов, чешуйки слюд и зерна других минералов. Прочие минералы-примеси те же, что и в глинах, но присутствуют они в ничтожных количествах.

По химическому составу чистый каолин близок к теоретическому каолини ту, в котором содержание SiO₂ составляет 46,54%, А1₂0₃39,50% и Н₂0 13,96%. Содержание Fe₂0₃, Ti0₂, CaO и К₂0 не превышает 0,5--0,7% (каждого компонента). Важной особенностью каолинов является высокое содержание глинозема.

Все важнейшие физико-химические и технологические свойства глин и глинистых пород зависят главным образом от их минерального, гранулометрического и химического состава. К ним относятся:

- пластичность-способность при смешивании с ограниченным количеством воды давать тесто, принимающее под давлением любую форму и сохраняющее её при сушке. Пластичность обусловлена минеральным составом, степенью дисперсности и свойственна монтмориллонитовым глинам, в меньшей степени - каолинитовым. Степень пластичности определяют по их связующей способности, т.е. свойству связывать частицы непластичных («тощих») материалов в достаточно прочную однородную массу. Выделяют пластичные, тощие и непластичные глины.

- набухание - свойство глин увеличиваться в объеме при поглощении воды. Наибольшим набуханием обладают монтмориллонитовые и бейделлитовые, наименьшим - каолинитовые глины.

- усадка - уменьшение объема глины при сушке или обжиге. Чем выше пластичность, тем больше усадка. Для уменьшения усадки в глины добавляют тощие материалы.

- спекаемость - способность при обжиге спекаться в камнеподобное твердое тело (черепок) с высокой механической прочностью, химической стойкостью, диэлектрическими и другими ценными свойствами.

- огнеупорность - способность черепка из глин и каолинов выдерживать высокие температуры без размягчения и плавления. Глины делятся на огнеупорные (температура плавления 1700 - 1580 С, тугоплавкие (1580 - 1350 С), и легкоплавкие ( ниже 1350 С) Наиболее огнеупорны- каолины, легкоплавкие - монтмориллонитовые и бейделлитовые глины.

- вспучивание при обжиге - увеличение объема и уменьшение плотности глинистого материала. При вспучивании из легкоплавких ( монтмориллонитовых и гидрослюдистых) глин, аргиллито и глинистых сланцев получается прочный пористый материал (керамзит, аглопорит ).

- адсорбционные (поглотительные) свойства - способность поглощать и удерживать на своей поверхности ионы и молекулы различных веществ. Наивысшей адсорбционной способностью обладают монтмориллонитовые и бейделлитовые глины.

- водоупорность

- относительная химическая инертность.

Применение в промышленности

Выделяется 4 наиболее важные промышленные группы:

К строительным и грубокерамическим относятся легкоплавкие, в меньшей степени тугоплавкие глины. Применяются в обожженном виде для производства строительной (кирпич, черепица) и грубой керамики: клинкерного кирпича, дренажных труб, метлахской плитки, глиняной посуды, при ускоренном обжиге - для получения керамзита и аглопорита. В необожжённом виде - как строительный, связующий, водонепроницаемый (при возведении плотин) материал.

Огнеупорные и тугоплавкие глины применяются для внутренней облицовки доменных печей, для производства кислотоупорных изделий, тонкой керамики, как формовочный материал в литейном деле.

Каолины и каолинитовые глины относятся к высокоогнеупорным и используются для производства тонкой керамики. Это фарфоровые и фаянсовые изделия, предметы санитарно-технического и медицинского оборудования, бытовая и химическая посуда. В качестве наполнителя - в бумажной, химической, стекольной, парфюмерной промышленности.