На протяжении долгого пути своей истории человек использовал легко доступные материалы. Прошли многие века. Прежде чем он смог превратить некоторые из них в бетон, керамику и стекло, металлы и сплавы. Это привело к коренным изменениям в труде и быте человека.
В настоящее время без применения минералов невозможно развитие важнейших отраслей науки и техники.
Превращение одних веществ и материалов в другие, обладающие заданными комплексом полезных свойств, было и всегда будет главной задачей химии и химической технологии, возможности которых в этом отношении практически неисчерпаемы.
Применение железа человеком началось в 5-3 тысячелетиях до н.э., когда люди начали подбирать метеориты и делать из них орудия труда, охоты и украшения. В 1 тысячелетии до н.э. начали выплавлять железо из руд.
1.Происхождение и внутреннее строение Земли.
Земля является одной из группы планет вращающихся вокруг Солнца и одновременно вокруг собственной оси. Характерной особенностью планет Солнечной системы является их оболочечное строение. Каждая из планет состоит из концентрационных сфер отличающихся составом и состоянием вещества. Земля отличается азотом и гравитационным полем, которое способно удерживать вокруг планеты газовый слой (атмосфера).
В атмосфере выделяется несколько сфер отличающихся составом, которые расположены в следующем порядке по мере удаления от Земли: тропосфера, стратосфера, лизосфера, термосфера, мезосфера.
Преобладающие химические элементы атмосферы: N, O, Ar.
Гидросфера - это водная оболочка Земли, которая включает в себя все океаны, моря, реки, озера, болота, подземные воды. Преобладающие химические элементы: Н, О.
Биосфера- это оболочка в которой живут организмы.
Земля представляет собой эллипсоид вращения. Температура вблизи поверхности Земли от -880С до +560С.
Экваториал. радиус Земли r = 6378 км, меридиальный =6356 км. Vземли =1,093*1012 км3,
mземли=5.58*1021 т, средняя плотность=5,517 гр/см3
В Солнечной системе планеты движутся одинаковым образом в одной плоскости и в тоже время происходит их вращение аналогичным образом вокруг собственной оси. Это дает основание предполагать, что все планеты солнечной системы образовались в результате одного и того же геологического процесса.
Около 4,5 млрд. лет назад в космическом пространстве в результате ранее протекавших процессов нуклеосинтеза существует весь набор химических элементов составляющих нашу солнечную систему. Химические элементы находящиеся в космическом пространстве в виде межзвездного газа, постепенно концентрируется в протосолнечное облако. При медленном сжатии этого облака начинало образовываться солнце. Вращающееся облако принимало дискообразную форму. Эта стадия являлась началом формирования протосолнечной туманности. Температура туманности падала и газ конденсировался в частицы размером в несколько мм. В следствие механической неустойчивости облако разделилось на группы тел - микропланеты. Они сталкиваясь друг с другом сливались разрастаясь, в конце концов до размера настоящей планеты.
По первой из точек зрения, первоначально планета земля была холодной, однако ее поверхность непрерывно подвергалась бомбардировке падающими метеоритами и астероидами. В местах падений поверхность плавилась и бурлила. В то время поверхность Земли была похожа на лунный ландшафт. В следствие начавшегося распада радиоактивных элементов в недрах Земли, началось плавление вещества, слагающего Землю, ее перемещение и дифференциация то есть начался процесс формирования внутренней биосферы Земли.
Главнейшими методами исследования внутренних частей Земли, являются геофизические(сейсмические) методы, основанные на изучении упругих сейсмических волн создающих продольные и поперечные колебания. Продольные волны распространяются как в жидком так и в твердом веществе, поперечные -только в твердом. Следовательно если вещество не пропускает поперечные систематические волны, то оно находится в жидком агрегатном состоянии. Так же скорость сейсмических волн увеличивается с увеличением плотности вещества. При резком изменение плотности скорость волн скачкообразно меняется.
Ядро Земли является центральной частью планеты, его радиус=3400км. Ядро занимает 16% объемы Земли и содержит более 1/3 массы Земли. Различают внешнее ядро слой ДЕ, которое находится в жидком агрегатном состоянии, а также внутреннее субъядро находящееся в твердом агрегатном состоянии.
Мантия Земли самая мощная из геосфер Земли, занимает 82% объема Земли. В ней сосредоточено 68% массы Земли. На глубине 100-200км в мантии находится пластичный слой атмосферы. Мощность этого слоя различна, но может достигать толщины 200-300км. В сейсмически неустойчивых районах астеносферы. Располагается очень близко к литосфере, а под устойчивыми материалами атмосферы опускается глубже.
Астеносфера играет огромную роль в развитии процесса, в результате термодинамически огромные массы расплавленного вещества, находящихся в астеносфере, поднимаются к поверхности Земли, вызывая движение блоков земной коры.
Земная кора (литосфера).
Твердая оболочка Земли сложена в основном твердыми породами невысокой плотности, которые богаты такими химическими элементами как Si и Ae. В связи с этим земная кора часто носит название сиалической оболочки (сиаль). Средняя толщина земной коры составляет 35км, в горных районах-70км, под океанами и морями 5-12км.
От мантии Земли земная кора отделена четкой границей, которая носит название поверхность Мохо. Различают континентальную кору (суша), океаническую кору (кора, находящаяся на дне океана), кора переходной области (океанический шельф).
Континентальная кора состоит из базальтового, осадочного и гранитного слоев.
Океаническая кора состоит только из базальтового и осадочного слоев.
Континентальная состоит из щитов, платформ и геосинклинальных поясов. Щиты и платформы являются очень устойчивыми жесткими структурами, не способные к деформации (например: Канадский и Финоисландский щиты, Русская-Украинская платформа).
Щиты и платформы обрамлены геосинклинальными поясами (складчатые пояса) в пределах которых происходит горообразующий процесс. В этих местах происходят частые землетрясения, и наблюдается вулканическая деятельность.
Океаническая кора.
Средняя длина океанов ниже уровня моря составляет 4,8км. Океаническое дно в целом представляет собой однообразную равнину над которой поднимаются горные цепи создающие мировую систему океанических хребтов. Их ширина достигает 1000км. В среднем над дном океана хребты поднимаются на 3-4км.
Острова Тихого и Атлантического океанов являются вершинами этих хребтов. наибольшие глубины встречаются в океанических желобах. Самое глубокое составляет 11000км.
2. Общие сведения о минералах и горных породах.
Минералы и горные породы на протяжении многих тысячелетий привлекали внимание человека. С помощью камня он охотился ,добывал огонь и пищу, строил свои жилища, защищался от врагов.
Минералы и горные породы не только сами широко применяются в науке и технике, но и служат сырьем для получения различных материалов. Открытие новых свойств минералов, внедрение материалов на их основе в ведущие области науки и техники служит ускорению научно-технического прогресса- узловой проблемы развития экономики на современном этапе.
Термин «минерал» происходит от слова «минера»-кусок руды. Минералы представляют собой природные химические соединения, возникающие в результате разнообразных геологических процессов, совершающих в земной коре. Они встречаются в твердом, жидком и газообразном состоянии.
Минеральное сырье (полезное ископаемое) — природное или техногенное минеральное образование, которое в сыром или переработанном виде может быть использовано в практической деятельности человека.
Виды минерального сырья выделяются по различным позициям. Выделяют следующие полезные ископаемые: металлические и неметаллические; твердые, жидкие и газообразные; породы, минералы и элементы; общераспространенные и необщераспространенные; находящиеся в ведении федеральных и местных органов управления; стратегические и прочие. Выделяют от 160 до 400 разновидностей минерального сырья. Распространена классификация минсырья по группам, используемым в разных отраслях производства, которая включает металлы, горнохимическое, горноиндустриальное, строительное и энергетическое сырье (табл. 1).
Таблица 1
Классификация видов минерального сырья
по их использованию. (По И. Ф. Романовичу, 1990,
Л. Ф. Наркелюну, 1996 с добавлениями).
| Группа минерального сырья | Отрасль промышлен-ного использования | Классы и виды минерального сырья |
| 1 | 2 | 3 |
| Металлическое | Металлургия | Металлы: черные и легирующие (Fe, Сг, Мп, Ti, V, Со, Ni, W, Mo); цветные (А1 — бокситы, Mg, Си, Мо, РЬ, Z», Sn, Bi, Sb, Jig, As); благородные (Аи, Ag, Pt и платиноиды); редкие (Li, Be, Sr, Rb, Cs, Zr, Та, Nb, Y, редкие земли, рассеянные (Hf, Re, Se, Те, Sc, Tl, Cd, Ga, In, Ge); радиоактивные (U, Th, Ra). |
| Горнохими-ческос | Химическая |
Сера, серный колчедан, гипс и ангидрит, каменные соли (галит, сильвинит, карналлит, селитра, сода, трона, бишофнт и др.), рассолы и рапа, фосфорит и апатит, бораты и боросиликаты, цеолиты, барит, каменные киелотоупоры и др. |
| Горноииду-стриалыгас |
Машиностроение, электротехника, камне-обработка, ювелирное дело и др. |
Абразивы (технические алмазы, корунд, топаз, фанат, кварц); пьезооптиче-скос сырье (пьезокварц, оптические кварц и флюорит, исландский шпат); тепло- и электроизоляционные материалы (асбест, мусковит, флогопит, тальк); сорбенты и отбеливатели (опоки, цеолиты, шуигнт, мел, каолин, тальк,); смазочные материалы (графит, молибденит, битумы и битумоиды); драгоценные и полудрагоценные камни первого класса (ювелирный алмаз, изумруд, рубин, сапфир, алексаидирт), второго класса (топаз, аквамарин, рубеллит и др.), третьего класса (благородные гранаты, кианиты, эпидоты и турмалины, аметист, жемчуг, коралл, янтаре и др.), поделочные камни (нефрит, родонит, лазурит, малахит, чароит, агальматолит, обсидиан, офиокальцнт, офит, амазо-нит, лабрадорит, мрамор, яшма, агат и др.); сырье для каменного литья (дна-базы, базальты и др.). |
| Металлургия | Флюсы (известняки, доломиты, плавиковый шпат), огнеупоры (магнезнты, доломиты, огнеупорные глины, кварциты, графит, пирофиллит, формовочные пески), высокоглипоземистое сырье (нефелиновые сиениты, алуниты, силлиманит, кианит, андалузит, диаспор, дюмортьерит) | |
| Строительное | Строитель-пая и керамическая | Строительный камень (горные породы, дресва по ним, бутовый камень, галька, гравий, щебень), кровельные сланцы; цементное сырье (известняки, доломиты, мергели, глины); наполнители бетона (шебень, гравий, песок, вермикулит); вяжущие материалы (мергели, известняки, глины, гипс, ангидрит); гидравлические добавки (трассы, пемза, диатомиты, трепелы, опоки, перлит и лр.); етеколыю-керамнческос сырье (стекольные пески, полевой шпат, пегматиты, разности гранитов, каолин, волластоннт, легкоплавкие, тугоплавкие,, огнеупорные, керамзитовые, бентонитовые и кирпичные глины); облицовочные камни (мраморы, граниты, лабрадориты, габбро, ламирофиры и др.); ми-т-ральиые краски (вивианиты, глауконитовые глины, охра, умбра и пр.). |
| Каустобполиты | Энергетика и хнмиче- | Торф, лнгниты, бурый и каменный уголь, горючие сланцы, битумы. |
| Гаэогидро-ишкральное |
Энергстнка и химическая |
Нефть, метан и углеводородные газы; подземные воды (питьевые, технические, минеральные и бальнеологические, бор-, йод-, бром- и металлсодержащие рассолы); поверхностные воды (озерные и морские рассолы, морские воды (источник магния и сульфатов натрия); минеральные грязи и иды (тор-фогрязи, сапропель, нафталиновые и др.): негорючие инертные гачы (Не, Аг, Кг, Nc): сероводород. |
В силу прогресса в технологии постоянно изменяются требования к минеральному сырью, появляются новые виды минерального сырья. Это требует выделения нетрадиционных видов сырья, к таким в настоящее время можно отнести глауконит как калийное удобрение, гуминовые кислоты, получаемые из бурого угля и ряд других.
С правовой точки зрения в Российской Федерации выделяется две группы полезных ископаемых — общераспространенные и необщераспространенные. Первые включают: песок (кроме формовочного, стекольного, кварцевого для производства огнеупоров и фарфоро-фаянсовых изделий), галька, гравий, глина (кроме каолиновой и некоторых других), доломит, кварцит (кроме динасового — огнеупорного), песчаник, мел, гипс, мергель, туф, известняк, сланец (кроме горючего), гранит, базальт, диорит, сиенит, порфир. Они могут разрабатываться без получения специальных лицензий. Все остальные виды минерального сырья считаются не общераспространенными и для их разработки необходимо получение специальных разрешений — лицензий.
Полезный компонент — горная порода, минерал, химическое соединение или элемент, которые являются предметом добычи и промышленного использования.
Руда — природное или техногенное образование, содержащее полезный компонент в таких концентрациях, количестве, минералах и имеющее такое строение, которые определяют его рентабельную добычу из недр. Это понятие включает природный, исторический и технолого-экономические аспекты.
Руды могут быть моно- или поликомпонентными (комплексными). В последнем случае, как правило, выделяются главные (главный) и второстепенные (попутные) компоненты. Это характерно для медно-никеле-вых с платиноидами, многих сульфидных (колчеданных), некоторых радиоактивных или железных руд.
По минеральному составу и своему строению руды бывают технологически легкими для переработки (легко вскрываемыми) или упорными. Так, руды циркония могут быть сложены бадделеитом — ZrO2, цирконом — ZrSiO4 или 3BAHaAHT0MNa4(Ca,CeTFe2 + )2ZrSi6OI7(OH,Cl)2.
Рудоносными, рудовмещающими или несущими оруденение называются горные породы и отдельные элементы геологического строения, содержащие руду.
Промышленный концентрат (промышленный продукт) — продукт переработки и обогащения руды, который является предметом поставки для дальнейшего использования в промышленности.
Хвосты — отходы переработки и обогащения руды. В большинстве случаев получаются обводненные илистые хвосты, которые сливаются в хвостохранилища.
Вскрышные породы (пустые породы) — горные породы, которые извлекаются из недр вместе с рудной массой. В случае объемной карьерной добычи крупных месторождений угля, железных, золотых или алмазных руд формируются техногенные горы отвалов — терриконы. Как правило они плохо зарастают растениями и служат источником загрязнения, если не подвергаются систематической рекультивации.
Месторождение полезных ископаемых — природное или техногенное скопление минерального сырья, которое по своим качественным, количественным, горнотехническим, географо-экономическим и геоэкологическим параметрам соответствует условиям его рентабельной разработки. Если по имеющимся данным еще неясно промышленное значение оцениваемого скопления руд, пользуются понятием потенциальное месторождение.
Минералы в природе могут возникать в результате самых разнообразных физико-химических процессов. Они могут образовываться магматическим путем,- выделиться из магматического расплава при его застывании на недоступных глубинах или из лав при извержении вулканов. Гидротермальный путь образования минералов- это выпадение их из горячих водных растворов. Минералы могут образовываться и на поверхности Земли при участии поверхностных вод, кислорода воздуха, углекислоты, жизнедеятельности организмов.
В природе минералы нередко встречаются в виде естественности полиминеральных агрегатов, которые называются горными породами. Причем, горной породой называются не любые минеральные агрегаты, но лишь те , о которых говорят, что они образуют земную кору как геологически самостоятельные составные части.
Таким образом, горные породы в отличие от минералов физически более сложные тела. Горные породы возникают в определенных геологических условиях на суше или в недрах Земли, на дне морей и океанов.
В зависимости от происхождения они делятся на три типа- осадочные, магматические и метаморфические.
Осадочные породы залегают в виде хорошо выраженных пластов, в них нередко встречаются остатки ископаемых организмов. Они возникли в результате осаждения минеральных частиц и растворения химических или путем накопления остатков организмов и растений на дне озер, морей и океанов. Так образовывались пески и глины, известняки и мел, торф и ископаемый уголь.
Если горные породы возникают в результате кристаллизации огненно-жидкого вещества- магмы, они называются магматическими.
В том случае, когда магма застывает на глубине, кристаллизация идет медленно, и образуются хорошо раскристаллизованные горные породы: гранит, диорит, габбро, дунит, пироксенит. Такие горные породы называются глубинными или интрузивными. Если магма изливается на поверхность через жерла вулканов и растекается в виде покровов или потоков, возникают излившиеся или эффузивные породы. Они отличаются плотным тонкозернистым или стекловидным сложением. Представителями таких пород являются обсидиан, андезит, базальт. При извержении вулканов из жерла вылетает огромное количество твердых частиц (кусочки затвердевшей лавы, обломки от стенок кратера) – вулканический пепел . эти частицы, осаждаясь, образуют слои, которые под действием вышележащих осадков цементируются. Так образуются различные вулканические туфы.
Осадочные и магматические горные породы, попадая в нижние участки земной коры в результате горообразовательных процессов, подвергаются процессам перекристаллизации под действием высоких температур и давления. Так образуются метаморфические горные породы: гнейс, мрамор, кварцит, различные сланцы.
3.Минерально-сырьевые ресурсы Белгородской области.
Территория Белгородской области (общая площадь 27,1 тыс. М2) располагается в пределах юго-западного склона Воронежского кристаллического массива (ВКМ) или Воронежской антеклизы, и является частью КМА. Эта платформа сложилась под действием древнего горообразования и вулканизма. Впоследствии ее фундамент многократно подвергался разломам, прогибам, вследствие чего возникли впадины и выступы. Воронежский выступ повсюду прикрыт плащом осадочных пород.
Геологическое строение этого района определяет состав и размещение полезных ископаемых в Белгородской области и ее минеральные ресурсы. С Воронежским выступом кристаллических пород связано месторождение железных руд КМА. К толщам осадочных пород приурочены крупные запасы строительного сырья.
Главным минеральным богатством области являются железные руды .обнаружены большие запасы железистых кварцитов, содержащих 25…40% чистого железа .для использования в качестве сырья в черной металлургии их необходимо обогащать. Кроме железистых кварцитов имеются богатые железные руды с содержанием 45-65% чистого железа. Они не требуют обогащения и пригодны не только для доменной , но и для мартеновской плавки.
На территории Белгородской области располагаются три крупных железорудных района: Белгородский, Старооскольский и Новооскольский, общей площадью более 3 тыс. Км2. наибольшее промышленное значение имеет Белгородский железорудный район. Здесь добываются богатые железные руды с содержанием железа 60…62%.
Помимо железных руд в недрах Белородчины обнаружены бокситы – Висловское месторождение (Яковлевский район), выявлены многочисленные проявления и других руд цветных металлов. Общий потенциал богатых руд КМА составляет 71,8 млрд т, из них в Белгородском рудном районе сосредоточено 67,6 млрд т, в Михайловском —1,37 млрд т и Оскольском - 1,52 млрд т. Большая часть богатых руд (48,4 млрд т, или 67,4%) относится к яковлевскому, 5,2% - к шемраевскому, 27,6% - к стойленскому и 0,4% -к чернянскому ШТ.
Комплексные глинозем-железные руды приурочены к формации доверхневи-зейской латеритной коры выветривания и относятся к висловскому геолого-потенциальному типу. Они сформировались в ранне-средневизейское время, генетически и пространственно связаны с бокситами и богатыми железными рудами Белгородского рудного района. Их подсчитанные ресурсы составляют 3,7 млрд т.
В целом ведущая роль среди известных и прогнозируемых железорудных месторождений КМА принадлежит объектам, сложенным железистыми кварцитами Лебединского ГПТ и богатыми рудами яковлевского и шемраевского ГПТ.
В Оскольском рудном районе дальнейшее расширение производства электрометаллургического концентрата, металлизованных окатышей и брикетов возможно за счет освоения Приоскольского, Северо-Волотовского, Огибнянского месторождений, в меньшей степени — глубокого до обогащения товарной руды Чернянского, Салтыковского, Погромецкого и других месторождений и участков.
Белгородский рудный район характеризуется крупнейшими в России ресурсами богатых железных руд, бокситов и железоалюминиевого сырья. Огромный рудный потенциал начнет осваиваться промышленностью после ввода в эксплуатацию Яковлевского рудника. Особого внимания заслуживают комплексные железо-рудно-бокситовые месторождения, прежде всего Висловское. Расчетные технико-экономические показатели совместной разработки бокситов и богатых железных руд этого месторождения свидетельствуют о его высокой потенциальной рентабельности.
Сложные горно-геологические и горно-технические условия отработки глу-бокозалегающих богатых железных руд обусловливают применение нетрадиционных способов их извлечения.
В народном хозяйстве из нерудных ископаемых особое значение имеют богатые по своим запасам и высоким качествам месторождения мела, расположенные почти по всей территории области. По химическому составу мел Белородчины относится к группе чистого ,так как содержание в нем углекислого кальция (СаСО3) составляет более 95%. Такой мел сразу же после размола без обогащения может использовать в химической и резинотехнической отраслях промышленности.
Наиболее мощные меловые отложения прослеживаются на возвышенных склонах Северского Донца, в бассейнах Нежеголи, Оскола, Тихой сосны, Айдара, Ворсклы и по другим рекам. В центральных районах области меловая толща в 30…35 м пригодна для хозяйственного использования, а к югу эта толща увеличивается до 150м.
Широкая обнаженность меловых залежей позволяет вести разработку ценного полезного ископаемого открытым способом. В Белгороде, Шебекино, Алексеевке, Ровеньках, Логовом действуют крупные комбинаты по добыче и обжигу мела. Выпускаемая продукция отличается высоким качеством и пользуется широкой известностью в нашей стране и за ее пределами.
Практически неисчерпаемы запасы глин, месторождения которых встречаются почти повсеместно. В Белгородском, Борисовском, Вейделевском. Красногвардейском, Ровенском, Старооскольском и некоторых других районах имеются залежи огнеупорных и тугоплавких глин. В Алексеевском районе известны запасы красноватых легкоплавких глин. Они являются ценным сырьем для производства керамзита. К легкоплавким и полуогнеупорным сортам относятся гончарные и черепичные глины. Гончарные глины содержат в себе много примесей, имеют пеструю окраску, тонкоилистое строение и большую пластичность. Они являются хорошим сырьем для керамических предприятий местной промышленности. В области имеются огнеупорные и тугоплавкие глины.
Богаты и разнообразны по своему механическому составу месторождения песка. Месторождения сосредоточены во многих районах области: Вейделевском, Шебекинском. Белгородском , Грайворонском, Алексеевском и др. В настоящее время разрабатывается около 11 месторождений песка, которые обеспечивают народное хозяйство строительным, закладочным, формовочным песком, песком для растворов и бетонов.
Из других полезных ископаемых следует отметить наличие в некоторых районах торфа ( Белгородском, Ивнянском, Старооскольском, Новооскольском). Имеются незначительные месторождения каменного угля, промышленного значения они не имеют.
В области известны месторождения мергелей, трепела и опок. Встречаются месторождения фосфоритов, но часто они имеют не высокое качество , поэтому практической ценности для промышленного использования не представляют.
В Белгородской области имеются различные красящие природные материалы , из которых можно получать разноцветные краски: желтые, красные и коричневые из охристых глин, для получения зеленых пригодны глауконитовые пески; для изготовления синих- вивианит. Для изготовления технических красок используют также бурый железняк.
Таким образом, основное богатство недр Белгородской области заключается в запасах железных руд и нерудного сырья. Топливными ресурсами область не располагает. Огромные запасы нерудного сырья используются для развития цементной промышленности, производства силикатного кирпича, керамзита, извести, молотого мела, бетонов, растворов и многих других отраслей хозяйства.
4. Использование горных пород КМА как сырья
стройиндустрии.
При добыче и обогащении железных руд образуется большое количество отходов, причем в несколько раз большее, чем полезного продукта.
В России железистые кварциты добываются на Кольском полуострове и в Карелии, в бассейне Курской магнитной аномалии.
Железорудный бассейн КМА расположен в пределах юго-западного склона и частично сводовой части Воронежской антеклизы Средне-Русской возвышенности. Площадь магнитной аномалии около 150 тыс.км2.На территории бассейна распространены два промышленных типа руд: метаморфические- железистые кварциты, и богатые железные руды. В геологическом строении КМА принимает участие комплекс сложно дислоцированных и в различной степени метаморфизированных скальных пород, которые прорываются крутопадающими секущими телами магматического генезиса. Скальные породы образуют Курскую складчатую систему, состоящую из ряда антиклинорных синклинорных зон. Среди пород курской серии, в значительно больших объемах попадающих в зону горных работ при эксплуатации месторождений. Выделяются стойленская и коробковская свиты. Первая сложена в основном кварцитопесчанниками и кварц- мусковитовыми сланцами. Коробковая железорудная свита, состоящая из двух подсвит железистых кварцитов и двух подсвит сланцев, является продуктивной. Нижняя подсвита сложена железистыми кварцитами с подчиненными прослоями безрудных кварцитов и сланцев. Таким образом, при разработке месторождений железных руд в зону горных работ попадает целый комплекс скальных и осадочных горных пород, которые по своему строению, минеральному составу и свойствам часто отличаются от традиционного сырья стройиндустрии. мощным источником сырья для производства строительных материалов являются отходы обогащения железных руд.
При обогащении железных руд на предприятиях КМА скапливаются в отвалах многочисленные отходы: вскрышные и попутно добываемые породы, «хвосты» мокрой и в меньшей степени сухой магнитной сепарации.
Отходы сухой магнитной сепарации (СМС) представляет собой щебень серого цвета, запыленный тонкими пылеватыми частицами. Отходы СМС включают кварциты, диоритовые порфириты и микрозернистые сланцы. Минералогический состав: кварц, биотит, серицит, плагиоклаз, амфиболы, магнетит, биотит. По химическому составу отходы СМС отличаются от традиционно применяемых гранитов пониженным содержанием глинозема (5-7%), повышенным количеством оксидов железа и щелочноземельных металлов. Оксиды железа в основном входят в состав магнетита и гематита, а щелочноземельные металлы- в состав амфиболов.
Таблица 2
Химический состав железосодержащих отходов горнорудных предприятий КМА
| Отходы | Содержание оксидов, масс.% | |||||||||
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | FeO | CaO | MgO | Na2O | K2O | SO3 | п.п.п | |
| Отходы сухой магнитной сепарации | 58,37 | 5,51 | 15,38 | 8,79 | 2,15 | 3,53 | 0,82 | 2,04 | 1,35 | 3,16 |
| Отходы мокрой магнитной сепарации | 59,65 | 2,35 | 19,87 | 8,46 | 1,66 | 2,31 | 0,74 | 0,61 | 0,15 | 3,70 |
| Кварцит слаборудный | 47,14 | 5,28 | 34,30 | - | 2,66 | 5,03 | 0,33 | 1,04 | 2,52 | - |
Отходы мокрой магнитной сепарации (ММС) железистых кварцитов по химико- минералогическому составу близки к слаборудным кварцитам. Породообразующий минерал кварц(более 60%), далее магнетит (до 8%), роговая обманка, оксиды железа, пирит.
Были получены силикатные материалы автоклавного твердения плотной и поризованной структуры на основе отходов ММС.
Главный источник получения строительных материалов- горные породы. Их используют как сырье для изготовления керамики, стекла, теплоизоляционных и других изделий, а также для производства неорганических вяжущих веществ-цементов, извести и гипсовых.
В большинстве случаев каменные материалы оказываются местным строительным материалом, свойства которого не всегда известны и требуют тщательного изучения.
5. Характеристика карьеров
Также в ходе геологической практики мною был посещен меловой карьер «Зеленая поляна» при котором находится Белгородский комбинат строительных материалов. Данный карьер находится по отношению к Белгороду на северо- востоке на протяжении 2 км от окраины.
На территории промышленной площадки БКСМ существует три карьера: два действующих и один резервный. Добыча производится открытым способом. Карьер представляет собой котлован. Протяженность около 1,5-2 км на 900 м с востока на запад. Глубина котлована 80-100 м.полезные ископаемые отличаются по цвету, породы находящиеся над мелом называются вскрышными.
На вскрышные породы приходится 4 выступа.
Прежде чем добраться до меловых пород снимается три слоя земляных пород. Разрабатывается тремя уступами: верхний, средний и нижний .
Основной породообразующий минерал – кальцит (СаСО3)- 92-98%. Поэтому мел, является очень качественным. Влажность мела:
- в верхнем уступе от 3 до 5%;
- в среднем уступе от 5 до 8%;
- в нижнем уступе от8 до 12%.
Содержание чистого СаСО3 92-95%. Преобладают глинистые и песчаные примеси.
Мел отвечает высоким технологическим качествам и химическому составу.
6. Минералогический состав мела
Мел — белая горная порода, мягкая и рассыпчатая, состоит почти исключительно из мельчайших зёрен скрытокристаллического минерала кальцита (природного карбоната кальция), составляющего до 99 % от общей массы. Мел не растворяется в воде.
Основной минерал – кальцит СаСО3; встречается его разновидность – арагонит. В составе мела обычно находится незначительная примесь мельчайших зёрен кварца и микроскопические псевдоморфозы кальцита по ископаемым морским организмам (радиолярии и др.) Нередко встречаются крупные окаменелости мелового периода: белемниты, аммониты и др. Его элементы, относятся к семейству щелочноземельных металлов, которые составляют подгруппу периодической системы элементов.
Верхний слой мела разрабатывается скреберами, нижний – экскаваторами. Мощность ковша скребера – 8 м3. твердость мела 1,4-1,5 по шкале Мооса.
Разрабатываемый мел потребляет комбинат строительных материалов для получения извести. Известь идет на производство материалов автоклавного твердения, силикатного кирпича, ячеистого бетона. Отходы обжига извести используются в сельском хозяйстве для повышения плодородности почв.
Кальцит- СаСО3. химический состав: СаО-56%, СО2-44%, примеси Mg, Fe, Mn, Zn, Sr, Ва, С. Цвет – молочно-белый, за счет примесей приобретает желтую, розовую, голубую, серую и даже черную окраску.
Арагонит – СаСО3. химический состав такой же, как у кальцита: СаО -56%, СО2- 44%, в качестве примесей чаще чем в кальците встречаются Sr (до 5,6%). Цвет белый, желтовато-белый, светло-зеленый, серый.
7. Применение мела
Мел - необходимый компонент "мелованной бумаги", используемой в полиграфии для печати качественных иллюстрированных изданий.
Молотый мел широко применяется в качестве дешёвого материала (пигмента) для побелки, окраски заборов, стен, бордюров, для защиты стволов деревьев от солнечных ожогов.
Мел применяют в лакокрасочной промышленности (белый пигмент), резиновой, бумажной, в сахарной промышленности — для очистки свекловичного сока, для производства вяжущих веществ (известь, портландцемент), в стекольной промышленности, для производства спичек. В этих случаях обычно используют т.н. Мел осаждённый, полученный химическим путём из кальцийсодержащих минералов.
Мел используется для письма на больших досках для общего обозрения (например, в школах).
При недостатке кальция медицинский мел может быть прописан как добавка к пище.
Мел получают двумя способами:
• измельчением пород и осадочных отложений (природный или натуральный карбонат кальция);
• химическим осаждением (химически осажденный карбонат кальция).
Частицы природных наполнителей (даже с высокой степенью микронизации), как правило существенно крупнее, чем у продуктов, полученных осаждением.
Тонкодисперсный мел может иметь различную форму частиц, зависящую от формы кристалла и способа измельчения.
Существует два способа измельчения — сухой и мокрый. Мокрый размол и микронизация дают более гладкие и круглые частицы, что является более предпочтительным сухому размолу, так как гладкие частицы вызывают в процессе использования меньший износ оборудования. Для получения тонкодисперсного мела его подвергают микронизации (используют механическое струйное и ультразвуковое измельчение).
Основной промышленной сферой потребления мелкодисперсного мела является производство пластмасс — 55% суммарного потребления (полиолефины, ПВХ, термореактопласты). Потребительское назначение мела в составе пластмасс для коррекции белизны; для увеличения сопротивляемости разрушению при ударе; для упрощения обработки и действия как теплопоглотитель; для стабилизации экзотермических процессов в установках полимеризации; для снижения себестоимости.
В производстве резины мел используется для улучшения износостойкости, повышения стойкости и эластичности в различных температурных условиях, экономии дорогостоящего каучука и других компонентов.
Особенно широко используется мел в композиционных материалах на основе поливинил-хлорида (ПВХ).
Так, в кабельных и обувных пластикатах в значительных концентрациях применяют мел. Его используют в обязательном порядке в рецептурах для изготовления оболочек кабелей — 50 масс, частей и выше на 100 масс, частей ПВХ, что составляет примерно 25-30% от веса готового продукта.
Мел применяют также в жестких (непластифицированных) ПВХ материалах для получения профильно-погонажных изделий — "вагонка", оконные профили, трубы и т.д. Содержание мела в таких материалах — 5-20%.
Важнейшими свойствами мела, как наполнителя для ПВХ материалов, являются:белый цвет (белизна 78-96%), высокая природная дисперсность, округлая форма частиц, легкая диспергируемость, сравнительно низкая гигроскопичность, низкая абразивность.
Свойствами, затрудняющими применение мела, являются его способность агрегирования при незначительном увлажнении из-за большой "связности" частиц. Это приводит к зависанию и слеживаемости его в бункерах, затруднению транспортировки и использования. Для устранения этих явлений мел подвергают поверхностной обработке — гидрофобизации, заключающейся в нанесении на поверхность частиц поверхностно-активных веществ, придающих мелу свойства не смачиваться водой и обуславливающих хорошую сыпучесть. В качестве гидрофобизирующих добавок применяют стеариновую кислоту, стеарин и стеарат кальция или их смеси в количестве до 2% от массы мела. Гидрофобный мел — это белый порошок с объемной массой не менее 700 г/дм3, влажность его не более 0,2%.
Если ранее в качестве наполнителя в полимерных композициях использовался мел природный или химически осажденный из-за его широкой доступности и низкой стоимости (до $100 за 1 т), то в последнее время, в связи с возросшими требованиями к качеству пластикатов и благодаря появлению на промышленном рынке высококачественных сортов гидрофобных мелов и их аналогов, таких как "Омиакарб" турецкой фирмы "Омия", "Гидрокал" турецкой фирмы "Мизар" и российского "Руслайн-90Т", предприятия по выпуску ПВХ композиции перешли на использование гидрофобизированного мела. Хотя стоимость таких наполнителей примерно в два раза выше, их использование позволило улучшить технологию, повысить качество и расширить ассортимент наполненных ПВХ материалов.
8. О предприятии ОАО «Стройматериалы»:
«Стройматериалы» г.Белгорода с момента своего образования является одним из крупнейших производителей строительных материалов в области и за ее пределами.
В 2001 году предприятие отметило свое 140-летие.
С 1 марта 2004 года запущена в эксплуатацию линия по производству сухих строительных смесей. Предприятие предлагает следующие виды продукции: шпаклевки: универсальную, финишную универсальную и финишную белую, штукатурная смесь: универсальная, а также клей плиточный.
ОАО «Стройматериалы» — одно из крупнейших предприятий по производству мела технического дисперсного и высокодисперсного. Высокое содержание в меле CaCO3 позволяет широко применять его как наполнитель в лакокрасочной, полимерной, резинотехнической промышленности, строительстве и производстве строительных материалов.
Предприятие производит кирпич силикатный, мастику герметизирующую морозостойкую строительную «Тегерон» для герметизации закрытых вертикальных стыков наружных стен и для уплотнения мест примыкания оконных и дверных блоков к элементам стен жилых и общественных зданий, в том числе в районах Крайнего Севера, мастику герметизирующую нетвердеющую «Гемаст», предназначенную для герметизации стыков стекла (стеклопакетов, панелей из органических светопрозрачных материалов) и элементов ограждений теплиц, выполненных из алюминия и оцинкованных стальных профилей.
Блоки из ячеистых бетонов стеновые, выпускаемые ОАО, улучшают теплоизоляционные свойства наружных стен, известь, как вяжущее средство, применяемая в этих изделиях, обеспечивает пористость, позволяющую дышать стенам.
Для приготовления растворов, вяжущих материалов для производства строительных материалов предприятие предлагает Вам известь строительную.
В кожевенной промышленности широко применяется известь комовая.
Для известкования почв и санитарной обработки помещений для животных и птиц предлагает муку известняковую, а для производства комбикормов и минеральной подкормки сельскохозяйственных животных и птиц — природный молотый мел.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате геологической практики можно сделать вывод что, особое внимание необходимо обращать на генезис, состав и строение горных пород и техногенез отходов. рациональные области применения сырья заложены геологическими и техногенными процессами. без сродства геохимических и технохимических процессов не возможно с минимальными энергозатратами получить эффективные строительные материалы.
1. Г.Н. Григорьев «География Белгородской области»./ БГУ .1996г
2. Ю.М. Баженов «Технология производства строительных материалов»:учебник для вузов.-М.:Стройиздат,1990.-425с.
3. Н.И. Зощук «Скальные породы Курской магнитной аномалии- сырье для строительных материалов».-М. Стройиздат,1986г.
4. Ю.М. Баженов «Технология бетона»:учебное пособие для вузов.-М.: Высшая школа,1978.-453с.
5. В.С. Лесовик «Строительные материалы из отходов горнорудного производства Курской магнитной аномалии»:-учебное пособие.:-М.:Белгород:Изд-во АСВ,1996-155с.
6. Ю.М. Бутт, Г.Н. Дудеров, М.А. Матвеев «Общая технология силикатов». Учебник для техникумов.Изд. 3-е, перераб. и доп. М.,Стройиздат,1976.-600с.
7. http://www.aosm.belgorod.ru/
8. http://ru.wikipedia.org/