Месторождения сырья для производства строительных материалов

МЕСТОРОЖДЕНИЯ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

© Исмагилова Е.П.*

Государственный университет - учебно--научно--производственный комплекс,

г. Орел

Статья посвящена разведке месторождений полезных ископаемых.

Автор дал достоверную характеристику месторождениям сырья пригодного для строительных работ.

Ключевые слова природные ископаемые, месторождения, строительные работы, глины, коалиты, гипсы.

Разведка месторождений

Различают разведку предварительную и деятельную.

При предварительной разведке необходимо выполнить следующие работы [1]:

- установить геологические условия залегания полезного ископаемого (глубина залегания, мощность вскрыши, т.е. пород, покрывающих полезное ископаемое, мощность и форма залегание полезной толщи, характер полезных вод и т.д.);

- определить границы распространения полезного ископаемого, т.е. оконтурить месторождение и выявить участки, наиболее пригодные для эксплуатации;

- подсчитать запасы (количество) материала месторождения;

- изучить качество материала полезного ископаемого;

- уточнить условия эксплуатации месторождения и возможность транспортировки строительного материала.

Целесообразность разработки месторождения устанавливается на основе технико-экономического анализа и во многом определяется соотношением между мощностью вскрышных пород (Н) и мощностью слоя полезного ископаемого (К). Отношение Н / h носит название геологического коэффициента. Ценность месторождения повышается с уменьшением значения этого коэффициента. Экономически допускается соотношение 2:1, для месторождений линзовидной формы 1:1, но только в случае, если полезный слой залегает на глубине не более 3-5 м от поверхности [2].

Границы распространения месторождения устанавливаются с помощью горных выработок (шурфы, буровые скважины), которые располагаются на пересечении линий правильной сетки. Расстояние между выработками чаще всего составляет 50-100 м и зависит от местных условий. При разведке скаль-

* Студент кафедры «Городское строительство и хозяйство».

ных пород ограничиваются изучением имеющихся обнаружений и заложением неглубоких шурфов (2-5 м) для определения мощности вскрыши и слоя элювия. При разведке осадочных пород горные выработки закладывают на глубину проходки всей толщи полезного ископаемого либо на глубину той части толщи, которая намечается к эксплуатации.

Разведочные горные выработки позволяют составить геологические разрезы, по которым можно судить о форме залегания полезного ископаемого, мощностях вскрыши и полезной толщи, решить вопрос о влиянии грунтовых вод на разработку месторождения.

Для изучения качества полезного ископаемого с помощью разведочных выработок отбирают характерные пробы. Для производства лабораторных испытаний необходимо взять следующее количество проб: песок 2-3 кг; гравий 10-15 кг; камень 15-20 кг и т.д.

Месторождения сырья для производства строительных материалов

Глины, каолины, гипс, ангидрит, карбонатные и кремнистые породы, песок, гравий, песчаники и кварциты, магматические и метаморфические породы относят к сырью с промышленно ценными физическими свойствами и химическим составом.

Глины и коалиты

Глины и каолины состоят из тонкодисперсных частиц глинистых минералов различных групп: гидрослюд, смектитов, палыгорскита, хлоритов и каолинитов. Они обладают пластичностью, высокими значениями связующей способности, адсорбции и гигроскопичности. Практически важные свойства глинистых пород - воздушная усадка, гидрофильность, вспучивание и огнеупорность.

На основании этих свойств выделяют высоко сорбирующие, огнеупорные и легкоплавкие глины. Высоко сорбирующие глины по минеральному составу подразделяют на бентонитовые и палыгорскитовые. Они применяются в производстве железорудных окатышей, керамзита, для изготовления промывочной жидкости, а также сорбентов при очистке вод, вод и т.п.

Огнеупорные глины преимущественно состоят из каолинита, галлуази-та, гидрослюд и монтомориллонита. Среди них выделяют тугоплавкие разности с повышенным содержанием гидрослюд и монтомориллонита. Эти глины идут на производство огнеупорного шамотного кирпича, фаянсовых и фарфоровых изделий, керамики и облицовочных плит.

Легкоплавкие глины сложены вермикулитом, хлоритами и другими железосодержащими минералами. Они используются в качестве заполнителей при производстве бетона, цемента, черепицы, кирпича, при строительстве дамб. По некоторым свойствам и областям применения близкими видами сырья могут быть глинистые илы, лесс, суглинки и аргиллиты.

Важное практическое значение имеют каолины, состоящие на 85-90 % из каолинита. Они в основном подлежат обогащению. Каолинитовый концентрат облагораживают до высокой степени белизны и используют в керамической, бумажной и химической промышленности. Необогащенный каолин входит в состав цемента и полукислых огнеупоров.

Мировое производство каолина составляет более 2 млн. т. Россия занимает ведущее место в мире по его добыче.

Промышленные месторождения каолина имеют обычно гидротермальные и элювиальное происхождение. Гидротермальные месторождения связаны с риолитами (Мерседес, Чили; Береговское, Россия) или гранитоидами (Канпаку, Япония). Залежи каолинов имеют пластоштоко- и линзообразную формы. Элювиальные месторождения первичных каолинов развиваются в зонах повышенной трещиноватости лейкократовых калишпатовых гранитов (Просяновское, Россия), гнейсов и мигматитов (Глуховецкое) и образуют пла-щеобразные залежи [3].

Месторождения бентонитовых глин представлены пласто - и штокооб-разными залежами и образуются по вулканогенным породам основного щелочного состава. Месторождения огнеупорных и тугоплавких глин формируются в озерно-болотных, прибрежно-морских и лагунных условиях. Месторождения легкоплавких глин представлены пластами и линзами озерных, моренных, делювиальных и эоловых образований.

Гипс и ангидрит

Гипс CaSO4 • 2Н20 и ангидрит CaSO4 - минеральные образования, способные к взаимным переходам. При нагревании гипс дегидратируется и переходит в ангидрит. При определенных условиях гидрогеологических условиях и давлении происходит гидратация ангидритов, т.е. образование гипса. Свойство гипса при нагревании терять кристаллизационную воду и при смешивании с водой давать сначала вязкую, а затем быстро твердеющую массу обеспечивает ему широкое использование в промышленности строительных материалов.

Гипс и ангидрит входят в состав гипсового камня, содержащего различные примеси. В зависимости от сорта товарного гипсового камня доля гипса изменяется от 95 до 70 %. Такой камень поставляют на перерабатывающие заводы в кусках размером 50-300 мм или в виде щебня (5-50 мм). Около 90 % добываемых гипса и ангидрида идет на производство гипсовяжущих веществ и в качестве добавок к цементам. Из гипса изготовляют сухую гипсовую штукатурку, плиты, панели и другие изделия.

Мировая добыча гипса составляет более 80 млн. т.

Месторождения гипсов и ангидридов, имеющие важное промышленное значение, залегают в осадочных толщах. Они возникли в условиях аридного климата и представлены обширными по площади распространения мощ-

ными пластовыми залежами. Так, площадь залежи на Новомосковском месторождении гипса превышает 32 км2 при мощности от 9.5 до 23 м.

Карбонатные и кремневые породы

Карбонатные породы представлены известняками, мраморами, мелом, мергелями и доломитами, кремнистые породы - диатомитами, трепелами, опоками и яшмами.

Известняки, мраморы и доломиты благодаря своим высоким прочным свойствам, легкой полируемости и декоративности широко используются в качестве строительного и облицовочного материала. Известняки, мел и мергели служат сырьем для производства цементов. Только на производство портландцемента расходуется более 130 млн. т карбонатного сырья. Металлургическая промышленность является потребителем флюсовых известняков, содержащих не менее 50 % СаО, а также доломитизированных известняков и доломитов. Последние используют в качестве огнеупоров, специальных флюсов в стекольной промышленности и для получения минералов ваты. Известняки применяют так же в производстве карбида кальция, хлорной извести, сахара и т.п.

В 1960-х годах добыча в СССР кремнистых пород определялась миллионами тонн. Основным потребителем тогда, как и сейчас, являлась цементная промышленность (75 %). Около 24 % общесоюзной добычи используется в производстве строительных теплоизоляционных материалов.

Промышленные месторождения карбонатных пород широко развиты в осадочных формациях биогенного происхождения. К ним относятся месторождения известковой ракуши (республика Куба), карбонатного флиша (новороссийская группа).

Промышленные месторождения кремнистых пород связаны с опалита-ми и гейзеритами вулканических аппаратов, осадочными трепелами, озерными диатомовыми илами, морскими диатомитами и спонголитами.

Песок, гравий, песчаники, кварциты и жильный кварц

Песок и гравий являются обломочным материалом со следующим размером частиц (мм): песок 0.1-1; гравий 1-10 мм. Большое распространение и практическое значение имеют кварцевые, полевошпаткварцевые и полиминеральные пески и гравийно-песчаные породы. Их мировая добыча превышает 8 млрд. м3. Только в России получают более 0.5 млрд. м3. Их запасы практически неограниченны.

Кварцевые пески применяют для изготовления стекла, керамики, динаса, цемента, формовочного материала, флюса и абразивов. Песок и гравий необходимы в качестве заполнителей бетона, в дорожных покрытиях, при прокладке железнодорожных путей.

Песчаники, кварциты и жильный кварц используют в металлургии, стекольной и химической промышленности в тех случаях, когда предъявляют-

ся высокие требования к чистоте сырья. Среди жильного кварца различают гранулированный кварц, при обогащении которого получают кварцевую крупку с высокими коэффициентом светопропускания (60-70) и содержание SiO2 (99,9 %), пригодную для варки оптических и увиоловых стекол.

Широко распространены месторождения кварцевых песчаников осадочного происхождения на Украине. По этим песчаникам развиты динасо-вые кварциты. В Карелии находится Шокшинское месторождение декоративных облицовочных кварцитов. На Урале отрабатываются месторождения гранулированного кварца амфиболитовой фации метаморфизма.

Магматические и метаморфические породы

Магматические и метаморфические породы широко применяются как естественные строительные материалы. Распространённость и масштабы природных скоплений этих пород имеют глобальный характер, однако критерии их промышленной значимости определяются близостью потребителя, допустимостью, возможностью механизированной добычи, высокими физико-механическими прочностными свойствами пород, показателями экономической эффективности их разработки - при условии положительного решения вопросов охраны окружающей среды.

Породы можно использовать в строительстве без предварительной их обработки в качестве щебня и бута, или так называемого рваного и штучного камня. При этом учитывают содержание различных фракций щебня по размеру кусков, форму минеральных зерен, предел прочности камня на сжатие. Для штучного камня важными характеристиками являются прочность, морозостойкость и выход из общей горной массы блоков определенных размеров. Облицовочных камень оценивается также декоративностью.

Годовая добыча строительного камня в России добывают около 0.5 млрд. м3. Магматические породы основного состава и их метаморфические аналоги подвергаются петрургии для получения плавленого камня. Перлит используют для получения цемента, заполнителя легких бетонов, обсидиан-стекла; туфолавы - в качестве стенового облицовочного камня.

Список литературы:

1. Рыбьев И.А. Общий курс строительных материалов [Текст]. - М.: Высшая школа, 1987. - 173 с.

2. Милютин А.Г. Геология и разведка месторождений полезных ископаемых: учеб. пособие для вузов [Текст]. - М.: Недра, 1989. - 296 с.: ил. -ISBN 5-247-00757-3.

3. Смирнов В.И. Геология полезных ископаемых [Текст]. - М.: Недра, 1982. - 669 с.