Файл: Григорович, М. Б. Минеральное сырье для промышленности строительных материалов и его оценка при геологоразведочных работах.pdf

Работы советских геологов И. И. Гинзбурга, В. П. Петрова показали с достаточной убедительностью, что крупные месторож­ дения первичных каолинов и глин образовались из горных пород, содержащих глинозем и кремнезем, под влиянием процессов вы­ ветривания. При этом происходили процессы как механической дезинтеграции, так и физико-химического разложения. Тонкие об­ ломочные частицы пород и минералов алюмосиликатного состава подвергались гидролизу с выносом щелочных, щелочноземельных и железистых соединений. Алюмосиликатный остаток гидратизнровался и частично растворялся. Глинистые минералы образуются также, но значительно реже, под воздействием-умеренно нагретых вод. Вновь образованные глинистые минералы или остаются на месте, формируя элювиальные месторождения, или переносятся на большее или меньшее расстояние — осадочные месторождения. Элювиальные и осадочные месторождения, подвергавшиеся более или менее значительному метаморфизму, образуют отдельную группу. Наиболее полная генетическая классификация месторож­ дений глинистых пород разработана Б. Я. Меренковым (1942):

I. Элювиальные месторождения

А. Из силикатных пород а) изверженные б) осадочные

в) метаморфические Б. Из карбонатных и сульфатных пород

Минералогический состав элювиальных месторождений опреде­ ляется двумя факторами: 1) составом материнских пород и 2 ) фи­ зико-химическими условиями процесса выветривания, определяе­ мыми главным образом климатом. При воздействии жаркого, влажного климата на изверженные породы кислого состава обра­ зуются каолины. Сухой климат, определяющий пониженную актив­ ность химических процессов, благоприятствует образованию глин монтмориллонитового состава. При выветривании бедных железом гранитов Украины и Урала образовались мощные толщи чистых каолинов. При выветривании изверженных темноцветных силикат­ ных пород образуются каолинитовые или галлуазитовыеглины, содержащие значительное количество окислов железа, титана, кальция и магния, что снижает их качество. При выветривании андезитов, трахитов, туфовых лав и пеплов могут образоваться

53

месторождения монтмориллонитовых глин (бентонитов). Место­ рождения элювиальных глин, образующихся при выветривании

щихся на материнских породах различного состава, подробно рас­ смотрен в работах И. И. Мельникова (1951), В. П. Петрова (1966), В. И. Сивоконя (1969).

Форма залегания элювиальных месторождений глинистых пород зависит от размеров и условий залегания материнских пород. На больших массивах интрузивных пород могут образоваться очень крупные месторождения мощностью в десятки и даже сотни метров и площадью в несколько километров.

При выветривании эффузивных и пирокластических пород, от­ личающихся непостоянством состава, образуются сложные по строению месторождения. Минеральный состав осадочных место­ рождений глинистых пород зависит от следующих факторов: со­ става, переноса и преобразования осадка (диагенез) в горную породу.

Крупные месторождения глин образуются в морских бассейнах за счет поступающих с континента глинистых суспензий, а также коллоидных ионных растворов глинозема и кремнезема. Благодаря насыщенности морской воды электролитами в ней происходит до­ вольно быстрая коагуляция глинистых суспензий с захватом и более крупных частиц. Морские месторождения глин характеризу­ ются непостоянством состава, грубой размерностью частиц и пре­ обладанием хлоритоподобных и гидрослюдистых минералов (кем­ брийские глины Ленинградской области).

В условиях морского бассейна образование месторождений

,глин происходит, видимо, смешанным путем: механическим и хи­ мическим. Размеры и мощность морских месторождений могут достигать значительных размеров, но по качеству эти глины боль­ шей частью пригодны только для изделий грубой керамики.

На континентах разнообразие условий может способствовать образованию месторождений глин самого различного состава и качества. Наиболее ценными являются месторождения, образовав­ шиеся в пойменных, озерных, озерно-болотных и озерно-лагунных условиях. Благодаря медленному движению воды и обилию орга­ нического материала происходит тонкая дифференциация взвешен­ ного материала, растворение в органических кислотах и вынос окислов железа, титана, щелочных и щелочноземельных металлов.

Врезультате образуются тонкодисперсные, иногда почти моиоминеральные (каолинитовые, монотермитовые) глины, с повышенным содержанием А120з, являющиеся ценным сырьем для керамической промышленности. •,

Большая группа глинистых пород связана с деятельностью лед­ ников, поверхностных вод и ветра. В эту группу входят различные суглинки, лёссы и лёссовидные суглинки широко развитые в боль­ шинстве районов. Суглинки ледникового происхождения обычно

54

гидрослюдистые, иногда гидрохлоритовые или каолинито-гидро­ слюдистые. Глинистые породы этой группы относятся к категории легкоплавких и широко используются в промышленности стеновой

икровельной керамики.

Кгруппе метаморфизованных месторождений относится боль­ шое количество различного состава сланцев — глинистых, серицитовых, хлоритовых, шунгитовых и др. В керамической промышлен­ ности они находят применение главным образом для производства керамзита.

По характеру залегания и выдержанности качественных пока­ зателей среди месторождений глин выделяются следующие группы:

I — крупные и средние пластообразныё и линзообразные, вы­ держанные по строению, мощности и качеству полезного ископае­ мого;

II — крупные и средние пластообразные и линзообразные, не выдержанные по строению, мощности и качеству полезного иско­ паемого;

III — обладающие резкоизменчивым строением, мощностью и качественными показателями.

Предварительная, ориентировочная оценка качества глинистых пород может быть получена еще при полевых работах путем тща­ тельных наблюдений за условиями их .залегания, цветом, тон­ костью, пластичностью, изломом, текстурой и другими показате­ лями. Глины обладают своеобразным запахом, причем для глин с повышенной пластичностью этот запах ощущается уже при раз­ ломе свежего куска. Цвет глины является важным показателем ее

окраску. Интенсивная бурая или красная окраска, зависящая от высокого содержания окислов железа, указывает обычно на легко­ плавкость глин. Черная •— указывает на большое содержание орга­ ники. Гранулометрический состав глин в полевых условиях можно определить только приближенно по степени их пластичности. Тон­ кодисперсные глины при скатывании в руках дают тонкий шнурок диаметром менее 0,5 мм. При пробе на зуб не ощущается песчани­ стых частиц. По мере уменьшения степени дисперсности глин уве­ личивается диаметр шнурка из глины и количество песчанистых частиц при пробе на зуб. О степени дисперсности и уплотненности можно также судить по характеру излома глин. Тонкодисперсные уплотненные глины имеют гладкий матовый, шелковистый или

лонитовые глины нередко восковидны и просвечивают по краю куска.

По внешнему виду можно примерно определить основной мине­ ральный тип глины. Чистые каолинитовые и монотермитовые глины и первичный каолин имеют белую или светлую окраску и не раз­ бухают в воде. Первичные каолины слабо пластичны. Глины ука­

55

занного состава и каолины обычно не слоисты, имеют сплошную текстуру. Излом пластичных разновидностей гладкий, чешуйчатый.

Монтмориллонитовые бентонитовые глины в зависимости от состава ведут себя по-разному. Натровые, содержащие в поглощен­ ном комплексе натрия больше, чем кальция, магния и калия, раз­ бухают в воде и дают гелевндную массу. Кальциевые, с преоблада­ нием СаО в поглощенном комплексе, в воде не разбухают. Окраска монтморнллоннтовых глин обычно светлая. Они неслоисты тонко­ дисперсны, часто имеют раковистый.излом.

Бейделлитовые глины имеют окраску зеленовато-серых тонов, раковистый гладкий пли шероховатый излом. В воде разбухают слабее, чем Na-монтмориллонитовые, и образуют в воде рыхлый конус плп кучку чешуек.

Рис. 5. Схема опробования глин (по И. М. Огинскому).

а —расположение борозд при послойном опробовании литологических разновидностей глин; /, 2, 3, 4 — бороздовые пробы; б — расположение борозд при опробовании лито* логических разновидностей глин; 1, 2, 3 — бороздовые пробы

Для гидрослюдистых глин характерна зеленовато-серая, голубо- вато-серая, коричневато-серая и красноватая окраска. В воде не разбухают, а распадаются на комочки или чешуйки. Излом глин шероховатый, чешуйчатый, реже гладкий.

При наличии полевой лаборатории в ней могут быть проведены определения, характеризующие качество глин (Авидон, 1963).

При разработке программы опробования месторождения глин должны быть учтены как его геологическое строение, так и назна­ чение глин. Огнеупорные, а также и тугоплавкие глины являются довольно ценным сырьем и добыча их производится обычно селек­ тивно. В связи с этим опробование таких глин должно вестись по­

тый материал.

Макроскопически однородный пласт значительной мощности при опробовании разбивается на секции 0,5—1,0 м.

Прослои пустых пород, которые могут быть удалены при селек­ тивной добыче (мощностью 10— 20 см), при опробовании исклю­ чаются, но при наличии в разрезе месторождения пластов, сложен­

56

ных тонкопер.еслаивающимися глинами и песками, такие пласты необходимо опробовать отдельно. Схема обработки проб показана на рис. 6 .

Бороздовая проба длиной в I м с сечением борозды 0,2x0,10 м имеет массу около 40 кг. Для лабораторных керамических испыта-

Рис. 6. Схема обработки проб огнеупорных и тугоплавких глин (по В. П. Звонкову и Л. Я. Выборновой)

ний масса пробы должна составлять 20—25 кг, для гранулометри­ ческих— около 1 кг и для химических 0,5 кг. Исходя из этого сечение борозды принимают обычно 0,10—0,20X0,05 — 0,015 мвзависимости от мощности слоя или длины секции. В стадию предвари­ тельной разведки задачей опробования является выработка рацио­ нальной керамической классификации глин с учетом намеченного

57

их использования. Все отобранные пробы должны быть подверг­ нуты подробному макроскопическому описанию с характеристикой окраски во влажном и сухом состоянии, пластичности, текстуры, характера излома, песчанистости, включений. По всем пробам должны быть определены гранулометрический состав (мокрым си­ товым анализом и отмучиванием) и пластичность. Несколько проб каждой литологической разности подвергаются обжигу на 5 тем­ ператур, сокращенным химическим анализам (Si02, Al20 3+ T i02, Fe20 3, п. п. п) и минералогическому изучению.

Часть проб от выделенных литологических разновидностей под­ вергают более детальному изучению — полному химическому ана­ лизу и керамическим испытаниям. В пробах, предназначенных для обжига, определяются воздушная усадка, водозатворение массы,

при кипячении, объемную массу и устанавливают интервал спекания. В стадию детальной разведки (рис. 7) в пробах определяют зерновой, химический состав (сокращенный анализ), производят обжиг на 1— 2 температуры и часть проб (20—30% от проб каж­ дой разности) подвергается полным керамическим испытаниям с обжигом на 5 температур, с определением прочности черепка и

при,необходимости другим определениям.

При разведке новых месторождений полузаводские испытания ■обязательны. Пробы отбираются от каждой литологической раз­ ности глин, а при намечаемой валовой добыче — также валовая. Отбор проб производится в одном-двух пунктах месторождения. Шурфы для отбора проб должны закладываться на месте прой­ денной и опробованной скважины. В пробу следует отбирать глину

для проведения полузаводских испытаний согласовывается с ин­ ститутом, который их будет производить. Обычно для полузавод­ ских испытаний требуются следующие количества глин (в т ):

для производства облицовочной и половой плитки — 5—6 (каждой разности) для канализационных труб — 15—20

-58