(2часа). Карбонатные породы. Гипс и ангидрит - Промышленные типы месторождений полезных ископаемых (неметаллические)

Карбонатные породы: характеристика видов пород и их примененение, генетические типы месторождений, ресурсы. Гипс и ангидрит: основные физико-химические и технологические свойства, применение, генетические типы месторождений, ресурсы.

Карбонатные породы.

Карбонатные породы составляют около 20% осадочных отложений земной коры и представлены следующими разновидностями.

Известняки - осадочные породы, состоящие в основном из кальцита (СаСО3) с примесью доломита (Ca, Mg(CO3) 2), песчаных и глинистых частиц. При содержании доломита 20-50% - доломитовый известняк.

Известняки-ракушечники состоят из обломков раковин, сцементированных карбонатным или глинисто-карбонатным цементом - легкие пористые породы.

Мел - порода состоящая на 60-70% из мельчайших остатков скелетных образований планктонных организмов и известковых водорослей, а на 30-40% из тонкозернистого порошкообразного кальцита.

Мергели - тонкозернистые осадочные горные породы, переходные от известняков и доломитов к глинистым породам и содержащие 50-70% кальцита или доломита или их смесь и 20-50% глинисто-песчаного материала.

Доломиты - карбонатные осадочные породы, состоящие (не менее чем на 90%) из минерала доломита (Са, Мg (СО3)2).

Мраморы и мраморизованные известняки - карбонатные породы, претерпевшие перекристаллизацию в результате регионального или контактового метаморфизма.

Применение в промышленности.

Основные отрасли и объемы потребления карбонатных пород следующие (в %): производство строительного и облицовочного камня -- 60, цементная промышленность -- 20, металлургическая-- 10, известковая -- 5, огнеупорная -- 2, сельское хозяйство-- 1, остальные -- 2.

Для производства строительных и облицовочных камней используются известняки, доломиты, мраморы, отличающиеся декоративностью и хорошей полируемостью, высокими физико-механическими свойствами -- твердостью, прочностью. Из карбонатных пород получают бутовый камень, щебень, крошку, штучные и облицовочные камни. Только на нужды гражданского, промышленного и дорожного строительства ежегодно расходуется около 220 млн. т карбонатных пород.

В цементной промышленности широко используются известняки, мел, мергели или их смеси с определенными соотношениями А1203, Si02, Fe203 и СаО. Кондиционными считаются маломагнезиальные карбонатные породы, содержащие не менее 40 % СаО и не более 3,5 % MgO.

Из карбонатных пород изготавливают портландцементы, глиноземистый цемент и многие другие виды вяжущих веществ. Сырьем для производства портландцемента служат различные карбонатные породы, среди которых преобладающую роль играют известняки, мел и мергели. Особую ценность имеют мергели-натуралы. Портландцементы применяются для изготовления бетонов.

В металлургической промышленности чистые карбонатные породы служат главным образом флюсами. Они переводят в шлак пустые породы и вредные примеси. Значительное количество доломитов используется как сырье для получения магния и огнеупорного материала в металлургии.

Известковая промышленность для производства гидравлической, воздушной, медленногасящейся и других видов строительной извести потребляет в основном известняки и мел.

Чистые известняки применяются в химической промышленности для производства соды, карбида кальция, едких калия и натрия, хлора и др. В пищевой - используются для очистки сахара. В сельском хозяйстве используются мягкие известняки и мел для известкования подзолистых почв. Значительное количество карбонатного сырья применяется в стекольной, бумажной, лакокрасочной, резиновой и других отраслях промышленности.

Генетические типы промышленных месторождений:

Осадочные месторождения подразделяются на морские и континентальные, которые являются второстепенными. Морские представлены известняками доломитами, мергелями и мелом. По условиям образования различаются биогенные, хемогенные и смешанные. Мелководные известняки представлены органогенными (ракушечными, оолитовыми) типами, а глубоководные - пелитоморфными разностями хемогенного кальцита. Среди доломитов по условиям формирования выделяют хемогенные, диагенетические и смешанные. Доломиты накапливались в теплых морях в условиях аридного климата и повышенной солености и щелочности за счет Мg СО3.

Геосинклинальные месторождения связаны с карбонатными (в том числе рифогенными), флишевыми, осадочно-вулканогенными и терригенными формациями. В пределах указанных формаций карбонатные породы, слагающие многочисленные выдержанные мощные (до сотен и тысяч метров) пласты и толщи, представлены в основном органогенными и кристаллическими известняками, хемогенными и диагенетическими доломитами, их переходными разностями, мраморами и мраморизованными разновидностями пород, реже мергелями.

Для геосинклинальных месторождений и бассейнов типичны линейная ориентировка, наличие интенсивных пликативных и дизъюнктивных дислокаций, проявление магматизма, широкое развитие метаморфизма. Геосинклинальным месторождениям свойственны специфические ассоциации карбонатных пород с фосфоритами (Каратау), магнезитами (Южный Урал), шунгитами (Карелия), бокситами (Восточный Урал).

Многочисленные геосинклинальные месторождения в России выявлены в следующих регионах: месторождения известняков -- на Западном Урале (D), в Кузбассе (D), на Алтае (D), в. Красноярском крае (С), на Кавказе (Кг); доломитов -- на Южном и Северном Урале (С), в Енисейском кряже и хр. Малый Хинган (PR).

К типичным геосинклинальным морским осадочным флишевым принадлежат Новороссийские месторождения цементных известняков и мергелей, прослеживающиеся вдоль побережья Черного моря в районе г. Новороссийска более чем на 50 км. Карбонатные отложения образуют маркотхскую свиту мощностью 250--300 м, в разрезе которой отмечается частое тонкое чередование известняков, мергелей, глин и их песчаных разностей. Наибольшее практическое значение имеет подсвита "мергелей-натуралов" мощностью 60--70 м, состоящая в основном из высококачественного природного цементного сырья. Ежегодная добыча цементного сырья на Новороссийских месторождениях около 8 млн. т.

Платформенные месторождения пространственно связаны с карбонатными, карбонатно-сульфатными, галогенными, терригенными, сланценосными, угленосными, красноцветными формациями. Карбонатные породы, залегающие в указанных формациях, характеризуются относительно небольшой мощностью (десятки -- сотни метров), широким распространением по площади, горизонтальным или близким к нему залеганием, слабым развитием дислокаций, интрузий и метаморфизма.

Карбонатные породы представлены органогенными, кристаллическими, обломочными, оолитовыми известняками, мелом, мергелями, диагенетическими, реже хемогенными доломитами и переходными разностями.

Карбонатные породы слоистые, часто микро - и скрытозернистые, иногда пористые и кавернозные, подверженные процессам выветривания и карстообразования.

В парагенезе с карбонатными отложениями встречаются залежи горючих сланцев (Прибалтийский бассейн), солей (Предуралье), гипсов, ангидритов и нефти (Второе Баку), ракушечных фосфоритов (Прибалтийско-Ладожский бассейн).

Платформенные палеозойские месторождения многочисленны, имеют большое практическое значение и широко представлены на Восточно-Европейской и Сибирской платформах.

Переходные месторождения приурочены к карбонатным (в том числе рифогенным), соленосным, терригенным, угленосным формациям, развитым в краевых и межгорных прогибах, а также во внутренних впадинах.

Осадочные формации характеризуются большой мощностью и быстрым выклиниванием на периферии указанных структур. Карбонатные отложения имеют переменную мощность, образуют как отдельные слои, так и мощные -- до 350 м -- толщи (Еленовское месторождение). Наряду с мощными сравнительно однородными толщами доломитов, известняков встречаются толщи, в которых карбонатные породы переслаиваются с гипсами, ангидритами, солями и песчано-глинистыми образованиями. Нередко спокойное залегание пород осложнено дизъюнктивными нарушениями и складчатостью.

Месторождения представлены органогенными, кристаллическими, реже обломочными и оолитовыми известняками, хемогенными и диагенетическими доломитами, мелом, мергелями и доломитовой мукой. Нередко карбонатные породы выветрелые, подвержены вторичной доломитизации, кавернозные, пористые, трещиноватые, закарстованные, содержат прослои и линзы сульфатных пород и солей.

В парагенезисе с карбонатными комплексами наблюдаются промышленные скопления солей (Донбасс), углей (Караганда, Кузбасс), нефти (Второе Баку), калийных солей (ГДР).

Многочисленные месторождения приурочены к Предуральскому, Донецкому, Ангаро-Ленскому и другим прогибам, а также к внутренним впадинам на Восточно-Европейской и Сибирской платформах.

Крупнейшее в Европе Еленовское месторождение известняков и доломитов, расположенное в Донецкой области типичное для переходного типа, объем добычи составляет15 млн т. в год.

Месторождения выветривания представлены месторождениями вторичных доломитов и доломитизированных известняков. Иногда вторичная доломитизация известняков имеет большие масштабы, например, в Прибалтийском бассейне.

Карбонатиты -- сложные по составу, иногда крупные массивы карбонатных пород, генетически связанные с щелочно ультраосновными интрузивными телами, содержащими ценные металлические и неметаллические полезные ископаемые. Карбонатиты должны рассматриваться как комплексное сырье, в том числе карбонатное, получаемое в процессе обогащения.

Гидротермальные месторождения доломитов представлены в основном мелкими жилами, штокверками, развитыми в известняках и ультраосновных породах и практического значения не имеют.

Метаморфические месторождения мраморов и мраморизованных пород образуются в процессе регионального и термально-контактового метаморфизма карбонатных пород, и приурочены к геосинклинальным зонам. (Белогорское м-е в Карелии, Коелгинское на Урале).

Мировое потребление карбонатного сырья более 5млрд. т. в год. Наиболее крупными потребителями являются США, Россия, Япония.

Ресурсы карбонатных пород России огромны, Распределены они на территории крайне неравномерно. Около 50% запасов сосредоточено в европейской части. Наименее обеспеченные районы - Карелия и Мурманская область, а также Тюменская, Омская, Камчатская и Калининградская области. К регионам богатым карбонатным сырьем относятся значительная часть Восточно-Европейской и Сибирской платформ, Урал, Таймыр, Алтай, Саяны и Кавказ.

Гипс (CaSO4 2H2O) и ангидрит (CaSO4)

Гипс и ангидрит как полезное ископаемое представляют собой мономинеральную породу, содержащую примеси песчанистых частиц, карбонатов, галита, серы, глинистого вещества. Гипс и ангидрит наиболее распространены среди соленосных образований и сходны между собой. Гипс представляет собой слоистую или массивную породу зернистого строения белого цвета. Кристаллы гипса таблитчатого и призматического облика прозрачны, зернистые агрегаты окрашены примесями в разные цвета; тонкозернистый просвечивающий агрегат - алебастр; тонковолокнистый с шелковистым блеском - селенит или лунный камень. Невысокая твердость -2, легко поддается обработке, слабо растворим в воде. Ангидрит имеет твердость 3-3,5, кристаллы редки, агрегаты сплошные зернистые. Встречается вместе с гипсом.

При прокаливании гипс теряет кристаллизационную воду. При t = 100-180°С переходят в полугидрат (CaSO4 - 0,5H2O); при t = 200-220°С - искусственный ангидрит, растворимый в воде; при t = 800-1000°С - эстрих-гипс, при t = 1600°С - в жженую известь СаО. (Рис.6)

Ангидрит от гипса отличается большими плотностью и прочностью и обладает значительно худшими вяжущими свойствами.

Рис. 7 - Схема образования модификаций гипса

Основное свойство гипса, определяющее его промышленное использование, это способность терять при нагревании кристаллизационную воду и давать при затворении водой пластичную массу, постепенно твердеющую на воздухе и превращающуюся в прочный искусственный камень.

Применение в промышленности.

Из гипсовых вяжущих наиболее широко применяется строительный гипс для штукатурных и отделочных работ, изготовления строительных конструкций. Для получения строительного гипса природный гипс дробят и размалывают, а затем обжигают во вращающихся или шахтных печах при 130--180°С в течение 1,5--2 часов. При обработке природного гипса насыщенным паром под давлением получают высокопрочный полуводный гипс -- вяжущее вещество с малыми сроками схватывания и твердения, обладающее повышенной механической прочностью используемое как формовочный и медицинский гипс. Первый употребляется для изготовления рабочих форм в фарфоро-фаянсовом и керамическом производстве, для литья металлов и сплавов, выполнения различных скульптурных работ; второй применяется в хирургии и зубоврачебном деле. Эстрих-гипс медленно соединяется с водой и становится вяжущим веществом, применяемым для изготовления плиточных и бесшовных полов, строительных растворов, подоконников и ступеней, искусственного мрамора и др. Гипс широко используется при производстве различных цементов. Гипсошлаковый цемент успешно применяется при строительстве подземных и подводных сооружений, подвергающихся действию выщелачивания и сульфатной агрессии.

При производстве гипсовых вяжущих веществ и в качестве добавок к цементам потребляется более 90 % всего добываемого гипса и ангидрита. В небольшом количестве гипс и ангидрит используется в качестве облицовочного и поделочного камня, флюса при плавке окисленных никелевых руд, в химической промышленности, сельском хозяйстве и при изготовлении бумаги.

Генетические типы промышленных месторождений.

Осадочные месторождения -- основной генетический тип месторождений гипса и ангидрита; месторождения крупные и средние по масштабам, характерны залежи пластовой или линзообразной формы, иногда невыдержанные по мощности. Вмещающие породы -- известняки, доломиты, мергели. Наиболее крупные месторождения формировались в областях сухого и жаркого климата в изолированных соленосных лагунах и водных бассейнах, богатых солями сернокислого кальция. Гипс и ангидрит выделяются в начальные стадии галогенеза когда концентрация других солей невысокая (15--25%)- В связи с этим на многих месторождениях солей гипс и ангидрит залегают в основании соленосных толщ

Сингенетические месторождения возникают в результате непосредственного осаждения гипса или ангидрита из истинных растворов.

К наиболее характерным сингенетическим месторождениям относятся Приднестровские месторождения гипса, расположенные в Западной Украине. Второй пример -- месторождения девонских гипсов Коми АССР, Псковской, Тульской, Московской областей. Крупнейшим является эксплуатируемое Новомосковское месторождение в Тульской области: его площадь более 32 км2. Гипсоносная толща мощностью около 70 м имеет сложное строение: в нижней части наблюдается переслаивание гипсов с доломитами, в верхней выделяется пласт, представленный мелкокристаллическим, реже волокнистым гипсом общей мощностью 20--25 м. Содержание в промышленном пласте CaS04-2H20 в среднем по месторождению 88,78 %.

Эпигенетические месторождения формируются в результате гидратации подземными водами ангидрита сингенетических месторождений. Формы эпигенетических залежей осложнены вследствие вздутия и вспучивания породы при переходе ангидрита в гипс. К данному типу относятся крупнейшие пластовые месторождения в СНГ и в мире. Важное промышленное значение имеют месторождения в Донбассе и на востоке Восточно-Европейской платформы, а также месторождения в Иркутской области, в частности крупнейшее Заларинское месторождение.

Все главнейшие месторождения Архангельской области связаны с нижнепермскими отложениями, в нижней части которых развиты доломиты и доломитизированные известняки, а в верхней -- гипсы и ангидриты. Известно около 50 месторождений и проявлений гипса.

Выходы гипс-ангидритовой толщи Звозского месторождения прослежены по берегам Северной Двины на расстояние до 25 км; с поверхности породы толщи закарстованы. В составе гипс-ангидритовой толщи выделяют верхний гипсовый и нижний ангидритовый горизонты Запасы по промышленным категориям 40 млн. т, однако они составляют лишь небольшую часть ресурсов месторождения.

Остаточные месторождения типа "гипсовых шляп" возникают в результате накопления гипса и ангидрита, представляющих собой остаточные продукты выщелачивания каменной соли.

К этому типу относится позднедевонское Бриневское месторождение в Белоруссии, приуроченное к локальному поднятию в пределах Припятской впадины. Прогнозные ресурсы этого месторождения оцениваются в 1 млрд. т. Оно образовалось, по-видимому, в результате накопления при выщелачивании каменной соли сульфатных пород и последующей гидратации ангидрита.

Инфильтрационные месторождения разделяют на два подтипа. Месторождения первого подтипа формируются при растворении гипса, рассеянного в осадочных породах, переносе его грунтовыми и поверхностными водами и отложении (нередко в мелких водоемах) в смеси с песчанистыми, глинистыми и известковистыми частицами. Формы залежей: линзы, гнезда, прожилки, пласты. Месторождения многочисленные, мелкие (Северный Кавказ, Средняя Азия, Казахстан), но удобные для эксплуатации; разрабатываются для местных нужд.

Месторождения второго подтипа редки, возникают при воздействии на карбонатные породы сернокислых вод, источником которых обычно являются сульфиды. Небольшие месторождения данного метасоматического подтипа обнаружены в известняках Хакасии.

По природным ресурсам СНГ занимает одно из первых мест в мире; на территории СНГ разрабатывается свыше 100 месторождений гипса и гипсоносных пород.

Разведанные запасы гипса, ангидрита и гипсоносных пород имеются во всех странах СНГ, 75% запасов сосредоточены в России,.

Запасы гипса и ангидрита в России размещены неравномерно: 95% их находится в европейской части и лишь 5% -- в азиатской. Большая часть гипсового сырья России (58%) находится в Центральном районе, где расположены крупнейшие из разведанных и разрабатываемых месторождений.

Из общей добычи гипсоангидритовых пород в странах СНГ 59% приходится на Россию,

В мире разведаны большие запасы гипса -- порядка 7 млрд т, в том числе в Европе более 5, в США -- около 1, Канаде -- 0,5 млрд т.

Ведущими экспортерами гипса и ангидрита являются Канада, Таиланд, Испания. Основные импортеры -- США и Япония

Литература: [3]с.502-509, 460-462; [2]с.252-275; [1]238-240; [4]с.287-300, 267-272; [41,42,43,44]

(2часа). Карбонатные породы. Гипс и ангидрит - Промышленные типы месторождений полезных ископаемых (неметаллические)

Похожие статьи