Анализ известняка. Известняк - свойства, характеристики, состав, добыча и применение. Описание и виды

1 .. 189 > .. >> Следующая
NaCl -[-NH3-I-CO2 I-H2O-NaHCO3 [-NH4CI
434"
2NaHCO3 X N а2СО* + CO21 -f H2O
Основными примесями в технической соде являются NaCl1 NH4Cl, NH4HCO3, Na2SO4, CaCO3, MgCO3, соли железа.
Качество синтетической кальцинированной соды определяется ГОСТ 5100-64.
Содержание карбоната натрия в прокаленной кальцинированной соде составляет не менее 99%, потеря в массе при прокаливании не более 2,2%, содержание хлоридов в пересчете на хлорид натрия не более 0,8%. В зависимости от назначения дополнительно определяют содержание сульфатов, железа, окиси калия и др.
§ 58. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЯКА
Определение карбоната кальция. Известняк - карбонатная горная порода, состоящая на 90-98% из CaCO3. Для определения CaCO3 применяют много методов. Одним из них является метод, основанный на взаимодействии кислоты с углекислым кальцием с выделением CO3:
CaCO3 + 2HCl ¦ > CaCI2 + CO2 f + H2O
Количество CO2 определяют по разности между массой кальциметра до и после реакции. Зная массу CO2, пересчитывают ее на массу CaCO3, выражая результаты в процентах.
Реактивы:
1) серная кислота (пл. 1,84);
2) соляная кислота, 10%-ный раствор.
Выполнение определения. Предварительно вымытый кальциметр 1 (рис 130) высушивают и охлаждают до комнатной температуры. Открывают пробку 6 воронки 4 и осторожно наливают серную кислоту (пл. 1,84), так чтобы носик капилляра 5 был погружен на 3-4 мм в кислоту. Осторожно закрывают притертой пробкой 6, следя за тем, чтобы кислоту не затянуло в нижнюю часть прибора. В воронку 7 при закрытом кране 8 помещают 10 мл 10%-ного раствора соляной кислоты и закрывают пробкой 9, после чего кальциметр взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Затем в кальциметр через отверстие 2 помещают около 0,5 г известняка, следя за тем, чтобы известняк не оставался на стенках отверстия, закрывают пробкой 3 и снова взвешивают на аналитических весах. По разности между вторым и первым взвешиванием определяют навеску известняка. Осторожно вынимают пробки 6 и 9, открывают кран 8 и понемногу сливают соляную кислоту в нижнюю часть прибора. Прибор выдерживают 15-20 мин для окончания реакции, при этом двуокись углерода выделяется через воронку 4, где происходит поглощение воды сер-
Рис. 130. Кальциметр для анализа известняка
435
ной кислотой. После окончания реакции прибор закрывают пробками 6 и 9 и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. По разности между вторым и третьим взвешиванием находят массу выделившейся CO2.
Процентное содержание CaCO3 д:сасо3 в известняке вычисляют по формуле
¦ gi100"100 ,vir яп
*СаСО, - (V1I.3I)
где gi - масса выделившейся двуокиси углерода, г; g - навеска известняка, г.
Определение двуокиси углерода в известняке можно выполнить газообъеыным методом. Для этого павеску известняка, соответствующую 80-100 мл CO2, помещают в реакционный сосуд 1 {см. рис. 130), обрабатывают 10 мл 10%-ного раствора соляной кислоты. Выделившуюся CO3 измеряют в газоизмерительной бюретке.? и приводят объем ее к нормальным условиям.
По количеству CO2 вычисляют процентное содержание карбоната кальция XCaCo3 в известняке:
PoIOO-100
где V0 - объем сухой двуокиси углерода при нормальных условиях, мл; g - навеска известняка, г.
§ 5». АНАЛИЗ ЖИДКОСТЕЙ СОДОВОГО ПРОИЗВОДСТВА
Жидкости в производстве кальцинированной соды анализируют на содержание хлора, азота, аммиака и двуокиси углерода. В дистил-лерной жидкости определяют избыток окиси кальция. В производстве соды концентрацию растворов принято выражать в так называемых нормальных делениях, т. е. количеством миллилитров точно 1 н. раствора реактива, израсходованным на 20 мл исследуемого раствора. Например, если на титрование 20 мл аммиачной воды затрачено 25 мл 1 н. раствора кислоты, то концентрация аммиачной воды составляет 25 нормальных делений, или сокращенно 25 н. д.
Одно нормальное деление соответствует V20 г-экв вещества віл раствора. Следовательно, если аммиачная вода имеет концентрацию
25 н. д., то это составляет 25^= 1,25 г-жвіл.
Пример. Выразить в нормальных делениях, г-экв!л и г!л концентрацию NH3 в жидкости, если на титрование 26 мл ее израсходовано 28,4 мл 0,5 н. раствора H2SO4 (К == 0,9980).
Решение.
1. Вычисляют количество точно 1 н. раствора H2SO4, которое израсходовано на титрование 25 мл исследуемого раствора по формуле A^f1 = N3V3, 28,4 0,9980 0,5=-1 V2, отсюда
02 = 28,4-0,9980-0,5=14,17 мл.
436
2. Определяют количество точно 1 и, раствора H2SO4, которое было бы израсходовано ка 20 мл исследуемого раствора: на 25 мл исследуемого раствора израсходовано 14,17 мл H2SO4, на 20 мл исследуемого раствора будет израсходовано X мл:
20-14,17
X = -¦-"¦- = 11,34 JHJ или 11,34 н. д. 25
3. Вычисляют концентрацию NH3 в г-зке/л: \ООО мл 1 н. раствора содержат 1 г-экв NH3
11,34 мл 1 н. раствора содержат х г-жа NH3
11,34-1 NHl 1000 в 20 мл исследуемого раствора.
11,34
20 мл содержат ^ г-экв NH3
1000 мл содержат х г-экв NH3
1000-11,34 1
= - 11,34 = 0,567 г-экв/л.
1000-20 20
4. Вычисляют концентрацию NH3 в г/л:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА с. ОКТЯБРЬСКОЕ

СТЕРЛИТАМАКСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Секция: Мир химии

Номинация: Мир вокруг нас

Выполнила: Зайдуллина Алсу, обучающаяся 7 класса МОБУ СОШ с. Октябрьское

Научный руководитель: Исхакова Р.У., учитель химии МОБУ СОШ с. Октябрьское

2015

Введение

изучить литературу по данной проблеме;

изучить физические свойства известняка;

изучить химические свойства известняка;

самостоятельно получить известняк;

сделать выводы.

ИЗУЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРЫ. Что такое известняк?

Известняк -осадочная горная порода органического происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция(CaCO 3 ) в виде кристаллов кальцита различного размера.

Известняк, состоящий преимущественно из раковин морских животных и их обломков, называется ракушечником. Кроме того, бывают нуммулитовые, мшанковые и мраморовидные известняки - массивно-слоистые и тонко-слоистые.

Среди органогенно-обломочного известняка в зависимости от состава и величины частиц различают: рифовый известняк; ракушечный известняк (ракушечник), состоящий преимущественно из целых или дроблёных раковин, скреплённых карбонатным, глинистым или другим природным цементом; детритусовый известняк, сложенный обломками раковин и другими органогенными обломками, сцементированными кальцитовым цементом; водорослевый известняк. К органогенно-обломочным известнякам относится и белый (т.н. Пишущий) мел.

Органогенно-обломочные известняки характеризуются крупной пористостью мной массой и легко обрабатываются (распиливаются и шлифуются). Обломочно-кристаллический известняк состоит из карбонатного детрита разной формы и величины (комочки, сгустки и желваки тонкозернистого кальцита), с включением отдельных зёрен и обломков различных пород и минералов, линз кремней. Иногда известняк сложен оолитовыми зёрнами, ядра которых представлены обломками кварца и кремня. Характеризуются мелкими, разными по форме порами, переменной объёмной массой, малой прочностью и большим водопоглощением. Натёчный известняк (травертин, известковый туф) состоит из натёчного кальцита. Характеризуется ячеистостью, малой объёмной массой, легко обрабатывается и распиливается.

Известняк имеет универсальное применение в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве:

В металлургии известняк служит флюсом.

В производстве извести и цемента известняк - главный компонент.

Известняк используется в химической и пищевой промышленности: как вспомогательный материал в производстве соды, карбида кальция, минеральных удобрений, стекла, сахара, бумаги.

Применяется при очистке нефтепродуктов, сухой перегонке угля, в изготовлении красок, замазок, резины, пластмасс, мыла, лекарств, минеральной ваты, для очистки тканей и обработки кожи, известкования почв.

Известняк же с древнейших времён использовали в качестве строительного материала; причем сначала довольно «простодушно»: находили пещеру и обживали её, в соответствии с имевшимися запросами.

2.ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ.

(Приложение 2).

У каждого минерала есть свои, присущие лишь ему признаки, я рассмотрела следующие признаки:

Блеск

матовый

Твердость

средняя

Цвет

бело-серый

Плотность

2000-2800кг / м 3

Электропроводность

10~5 до10~~4

Теплопроводность

0.470 м*K

Растворимость. (Приложение 3)

Растворимость в воде

Известняк не растворяется в воде

Растворимость в ацетоне (Органический растворитель)

Известняк не растворяется в ацетоне

ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

(Приложение 4)

Опыт №1. Взаимодействие известняка с кислотами (соляная, уксусная, азотная).

Химикаты и оборудование:

Сильные кислоты: HCI (соляная), HNO 3 (азотная).

Слабая CH 3 COOH (уксусная).

Штатив с пробирками, спиртовка, держатель.

Реагент

Наблюдения

Вывод

HCI (соляная),

Реакция бурная

Хорошо взаимодействует с соляной кислотой

HNO 3 (азотная)

На стенках пробирки появились капельки воды и выделился углекислый газ.

Реакция бурная

Хорошо взаимодействует с азотной кислотой. Лучше с соляной.

CH 3 COOH (уксусная)

На стенках пробирки появились капельки воды и выделился углекислый газ.

Реакция медленная, но при нагревании скорость реакции увеличилась.

Плохо взаимодействует с уксусной кислотой. Т.к. кислота слабая.

CaCO 3 +2HCl=CO 2  +H 2 O +CaCI 2

CaCO 3 +2CH 3 COOH= (CH 3 COO) 2 Ca+ H 2 O+ CO 2 

CaCO 3 + 2HNO 3 =Ca(NO 3 ) 2 + CO 2  +H 2 O

Вывод: Известняк взаимодействует с кислотами с выделением углекислого газа и воды. С сильными кислотами реакция была бурной, а со слабой кислотой реакция началась только после нагревания.

Опыт №2. Взаимодействие со щелочами (растворимые в воде основания).

(Приложение 4)

Химикаты и оборудование:

Гидроксид натрия – NaOH, штатив с пробирками, спиртовка, держатель.

Описание опыта : В пробирку внесли некоторое количество известняка и прилили гидроксид натрия. Реакции не было, через 15 минут добавила еще реагента и нагрела. Реакция не наблюдалась.

Вывод: Известняк не реагирует со щелочами.

Опыт №3. Разложение известняка.

(Приложение №5).

Химикаты и оборудование: известняк, штатив, газоотводная трубка, колба, лучина, спиртовка.

Описание опыта : Известняк поместили в пробирку и закрыли газоотводной трубкой, конец которой опустили в колбу. Зажгли спиртовку и начали нагревать. Наличие углекислого газа определили с помощью горящей лучины.

Наблюдения: Известняк разлагается. Цвет стал белым. На стенках пробирки появились капельки воды и выделился углекислый газ.

CaCO 3 CaO+ CO 2

Вывод: При нагревании известняк разлагается с образованием оксида кальция и воды.

Опыт №4. Получение известняка в домашних условиях.

Для выполнения опыта понадобится:

пластмассовое ведерко

пластиковые стаканчики

сухая штукатурка

гипсовая смесь

Время для проведения эксперимента: 15 минут для подготовки к опыту и 5 дней для получения известняка.

Для того, чтобы получить известняк:

Примечание:

Ракушки могут быть любого размера, но воспользуйтесь более мелкими ракушками для наилучшего качества известняка.

Наблюдение: Похож ли получившийся известняк на природный?

Результат:

Известняк является одним из видов осадочных пород. Когда микроскопические морские животные умирают, они падают на дно океана, где их собирают ракушки. Так ракушки собирают эти частицы в течение долгого времени, и формируется известняк .

Актуальность темы.

Известняки имеют чрезвычайно широкую область применения. Они употребляются для приготовления флюсов (в металлургии), для строительства, для производста извести и цементов, в производстве силикатного кирпича, в химической промышленности, в сахарном производстве и т.д. Главным образом, их используют в металлургической промышленности в качестве флюсов. Внедрение новых технологических процессов в металлургии требуют повышения качества флюсового известняка по химическому составу и механической крепости. Истощение запасов качественного сырья эксплуатируемых месторождений и закрытие карьеров в связи с обострением экологических проблем потребовало экстренного ввода в эксплуатацию новых месторождений. В связи с этим была начата разведка Родниковского месторождения Донецкой области. Исследование закономерности пространственного распределения качественных показателей известняков, а также выяснение причин изменчивости этих показателей, на месторождении не проводились. Детальное изучение геологических условий, тектоники и химического состава известняков позволит обосновать связь геологических факторов и качества сырья на территории Родниковского месторождения.

Рис. 1. Цикл обработки известняка. GIF-анимация, 13 кадров, зацикленное повторение, 23,1 кб .

На рисунке:

Флюсовый известняк
Известь
Доломит
Выплавка стали
Стальные слитки
Отходы и пыль
Переработка (отработка)
Многократное использование
Отходы
Конечный продукт (примеры): посуда, товары широкого потребления, автомобили, строительный материал
Повторная обработка
Сырье
Рециркуляция

Данная научная работа имеет связь с Общегосударственной программой развития минерально-сырьевой базы Украины на период до 2030 года по разделу «Неметаллическое сырье для металлургии» подразделу «Флюсовые известняки и доломиты». Она проводится по заданию государственного предприятия КП «Южукргеология» Приазовская КГРЭ.

Цель исследования заключается в изучении факторов изменчивости качества известняков и его пространственного распределения для оптимизации отработки Родниковского месторождения.

Задачи исследования:
1) изучить качество известняков юго-западной части Донбасса;
2) получить статистические характеристики изменчивости качественных показателей известняков;
3) выявить геологические факторы, влияющие на распределение различных показателей качества по различным участкам месторождения;
4) определить зависимость качества известняков от условий залегания;
5) провести сравнительный анализ качества известняков месторождения с техническими требованиями различных отраслей промышленности;
6) разработать практические рекомендации по дальнейшей отработки Родниковского месторождения.

Идея работы заключается в проверке известных теоретических факторов изменения химического состава известняков в Родниковском месторождении.

Объектом исследования является Родниковское месторождение флюсовых известняков Донецкой области.

Предмет – пространственные закономерности распределения качества известняков, их связь с геологическими факторами.

Методы исследования:
- статистическая обработка исходных данных;
- анализ графического материала для выяснения особенностей строения исследуемого объекта (геологическая карта района, гипсометрические планы, стратиграфические колонки и др.);
- составление выборок исходных данных для сравнительной характеристики отдельных элементов объекта;
- пространственный анализ распределения полезных и вредных компонентов полезного ископаемого на исследуемом объекте;
- метод системного анализа результатов обработки для создания моделей изменчивости качества известняков;

Научная новизна полученных результатов. Впервые проанализировано изменение качественных показателей карбонатной толщи юго-западной части Донбасса. Разработаны критерии качества известняков для отработки Родниковского месторождения. Установлены закономерности пространственного распространения изменчивости показателей качества полезного ископаемого.

Практическое значение полученных результатов
Обозначены зоны с высококачественным известняковым сырьем в пределах Родниковского месторождения. Сделаны рекомендации по технологии дальнейшей отработки месторождения.

Личный вклад
Мной были систематизированы ранее проведенные исследования, определены задачи работы, составлены выборки, проведена статистическая обработка и интерпретация данных. На основании проведенных исследований, результаты работы представлены в графическом виде. Составлены практические рекомендации.

Апробация результатов
Вопросы данной работы докладывались на ІІ Всеукраинской научной конференции-школе молодых ученых «Сучасні проблеми геологічних наук», проходившей в Киеве12-15 апреля 2010 года. Мой доклад на тему «Совершенствование технологии разведки и отработки месторождений флюсовых известняков» напечатан в тезисах этой конференции.

Публикации

Волкова Т.П., Рогаченко А.М. Исследование качества известняков с целью оптимизации отработки Родниковского месторождения // Наукові праці ДонНТУ – 2010. – Донецк.

Основная часть

Анализ состояния изученности вопроса
Мной проанализирована литература и фондовые материалы по теме карбонатного сырья в Украине. Особое внимание было уделено изучению нижнекаменноугольных отложений известняков зоны сочленения Приазовского мегаблока Украинского щита и складчатого Донбасса.
Изучение отложений нижнего карбона южно-западной части Донбасса велось рядом геологов, начиная с середины XIX века. В 1928 – 1929 гг. Ротаем О.П. проведено геологическое картирование южно-западной части донбасса в масштабе 1:42000, в результате которого была принята новая индексация стратиграфических зон. В 1947-1951 гг. Укргеолтрестом МЧМ сделана инструментальная геологическая съемка масштаба 1:100000 с целью уточнения дальнейших направлений геологоразведовательных работ по наращиванию балансовых запасов флюсовых ивестняков и доломитов. Впервые поисковые работы на Родниковском месторождении были выполнены Приазовской ГРЭ в 1982-1984 гг. В период с 1985 по 1990 года Приазовской ГРЭ ДГП «Южукргеология» проведены поисково-оценочные работы на Комсомольской площади, в том числе и на Родниковском месторождении.
Изучением геолого-тектонических особенностей залегания карбонатного сырья в зоне сочленения Приазовского мегаблока Украинского щита и складчатого Донбасса занимался ученый А.И. Недошовенко. В его статье «О методике разведки месторождений карбонатного сырья юго-западной части Донбасса», опубликованной в 1977 году, освещена проблема закарстованности исследуемого района и несовершенствование системы геологической разведки подобных участков.
В работе А.В.Канунниковой и В.И. Ремизова «Литологические особенности, постседиментационные изменения и поровое пространство средне-нижнекаменноугольных известняков» (1977г.), исследования карбонатных пород проводились для оценки коллекторов, широко использующихся при поиске нефти и газа. Однако некоторые аспекты их работы могут быть полезны для сравнения химических особенностей известняков Родниковского месторождения.
В научной статье С.А. Мачулиной и М.В. Безуглой «О находке крупных сталактитоподобных образований пирита в известняках нижнего карбона Стыльского карьера юго-западной части Донбасса» (2004г.) указывается причины появления сульфидов серы в карстовых пустотах известняков турнейского возраста.
В работе В.А. Михайлова, М.М. Курило, Н.Ю. Галкина «Определение зависимости между рентабельностью горнодобывающих предприятий и технико-экономическими характеристиками отечественных месторождений флюсового карбонатного сырья» (2005г) рассмотрена проблема обеспечения качественного карбонатного сырья для металлургического производства в связи с увеличением технических требований промышленности к качеству известняков.

Особенности геологического строения юго-западной части Донбасса, тектонических особенностей, химического состава пород нижнего карбона описано в фондовых материалах КП «Южукргеология» Приазовская КГРЭ.

Геологическое строение объекта исследования
Главным районом разведанных запасов флюсовых известняков Украины, является зона сочленения юго-западной части Донецкой складчатой структуры с Приазовским блоком Украинского щита. Здесь сконцентрированы 38 % разведанных запасов флюсовых известняков и 20 % известняков доломитизированных. Продуктивной является моноклинально залегающая известняково-доломитная толща турнейского и визейского ярусов нижнего карбона мощностью до 500 м. Отложения визейского яруса представлены, главным образом, известняками, а турнейского яруса – чередованием слоев известняка, доломита и доломитизированных известняков. Также встречаются глинистые и окремненные известняки, известняк со сланцем. Мощность карбонатной толщи колебается от нескольких до 100 и больше метров.
Основным поставщиком известняка для конвертерного производства является Комсомольское рудоуправление. Его сырьевая база представлена Каракубским месторождением флюсовых известняков. Действующие карьеры - Северный, Южный, Жеголевский. Карьер Дальний полностью отработан и затоплен. Запасов Каракубского месторождения хватит до 2015 года при достигнутой мощности предприятия в 7 млн тонн сырого известняка в год. Пополнение дефицита высококачественного флюсового сырья планируется за счет введения в эксплуатацию Родниковского месторождения.
В геолого-структурном отношении Родниковское месторождение известняков расположено в юго-западной части зоны сочленения складчатой структуры Донбасса с Приазовским мегаблоком Украинского щита. Оно приурочено к полосе распространения пород визейского и турнейского ярусов нижнего карбона, которые слагают южное крыло Кальмиус-Торецкой котловины. Продуктивными толщами являются известняки турнейского и визейского яруса нижнего карбона. Мощность полезного ископаемого составляет 72,4 м на Восточном участке месторождения и 90,3 м – на Западном (подсчитаны запасы до горизонта?7м). Отложения визейского яруса представлены, в основном, известняками. Турнейский ярус отличается чередованием слоев, главным образом, известняка, доломита, доломитизированных известняков с прослоями глинистых, окремненных известняков, сланцевых известняков. Карбонатные породы турнейского и визейского ярусов относятся к типу органогенных, преимущественно мелкодетритусовых, слабометаморфизованных пород. В них, как сингенетические образования, встречаются кремни разной формы. Это доказывает хемогенность процесса образования известняков. Большая роль химического процесса в образовании доломита подтверждается малым наличием ископаемой фауны в доломитизированных породах, которая постепенно изменяется в доломитизованных или обычных известняках.
В зависимости от химического состава и содержания лимитирующих компонентов среди известняков Родниковского месторождения выделяются: ферросплавные, конверторные, доменные. При этом почти 70% от всех запасов месторождения составляют конверторные известняки. Для контроля массовой доли SiO2 карбонатные породы предварительно обжигаются в специальных известнякобжигающих агрегатах с получением конверторного известянка. Запасы карбонатных пород Родниковского месторождения подсчитаны по данным предварительной разведки (табл 2). Данные по состоянию запасов флюсовых известняков Родниковского месторождения предоставлены предприятием КП «Южукргеология» Приазовская КГРЭ.

Методика исследований и фактические данные

Описание фактических данных
На первом этапе работы был проведен анализ геологической документации, содержащей сведения о литологии и тектонике участка исследований, отобраны данные для выборки, по которым рассчитаны статистические показатели и определены корреляционные связи для каждого стратиграфического пласта в отдельности. Наибольшую информативность имеет качественный показатель СаО. Он является определяющим критерием при сортировке известняков. Для всех показателей рассчитаны максимальные и минимальные значения, среднее значение показателя и стандартное отклонение, характеризующее степень изменчивости показателя. По статистическим характеристикам определены особенности изменчивости качественных показателей по отдельным пластам и в целом, по мощности. Проведен сравнительный анализ между результатами статистической обработки данных по отдельным пластам и по всей полезной толщи месторождения. При проведении пространственного анализа выявлены участки с высококачественным известняковым сырьем.
Исходными данными для количественного исследования закономерности распространения качества известняков являются пространственно привязанные данные химических анализов секционных проб по пластопересечениям разведочных скважин Родниковского месторождения. Выборка включает в себя 2270 секционных проб (при средней длине секции равной 2,0 м). Пробы отобраны Приазовской КГРЭ. В пробах определены следующие качественные показатели: СаO, MgO, SiO2, Al2O3+Fe2O3, S, P. На месторождении были проведены предварительные геолого-разведовательные работы. Выделены геологические блоки с категориями запасов С1 и С2. Площадь месторождения покрыта сетью разведочных скважин с расстоянием между ними: по категории запасов С1 - 200?200 м, по категории запасов С2 - 400?400 м. Бурение скважин проводилось до горизонта с абсолютной отметкой -7 м.

Выбор и описание методики обработки данных
Имеющиеся данные организованы для обработки следующим образом:
- составлены выборки по отдельным стратиграфическим пластам, служащие для исследования влияния геологических факторов на качество известняков;
- составлены выборки по всей мощности месторождения в целом для сравнения пространственного распределения качества и выявления общих закономерностей.

Для решения задач поставленных в этой работе выбраны следующие методы:
- статистический анализ, позволяющий охарактеризовать массив данных, выявить связи между различными показателями;
- анализ графического материала, который дает возможность подробно рассмотреть геологическое строение объекта;
- пространственный анализ, при помощи этого метода осуществляется выделение пространственных закономерностей распределения показателей и их привязка к геологическим структурам объекта;
- метод системного анализа результатов обработки по генезису полезного ископаемого и пространственному положению изучаемого объекта;
- обобщение результатов для создания моделей изменчивости качества полезного ископаемого.

Интерпретация результатов
Для месторождений известняков определяющими показателями качества являются показатели СаO, MgO, SiO2, Al2O3+Fe2O3, S, P. Содержание СаО является основным показателем качества известняков. Для получения точных сведений о причинах и закономерностях его изменчивости, была проведена статистическая обработка данных. По результатам проведенных анализов выявлено неоднородное распределение основного качественного показателя СаО в Родниковском месторождении (рис 1).

Рис. 2. Гистограмма изменчивости показателя СаО в Родниковском месторождении а) по пласту С1vb+c; б) по всем слоям продуктивной толщи.

Гистограммы изменчивости показателя СаО имеют ступенчатый одновершинный вид, что доказывает соответствие исследуемого признака зеркально-логнормальному закону распределения. Присутствие пустых интервалов свидетельствует о неоднородности геологической среды. Это объясняется слоистым строением продуктивных толщ визейского и турнейского ярусов нижнего карбона, наличием карстовых пустот и разрывных нарушений. На рис.1а изображена гистограмма изменчивости показателя СаО по одному из стратиграфических пластов продуктивной толщи Родниковского месторождения. На рис.1б приведена гистограмма изменчивости усредненного показателя по всей продуктивной толщи месторождения. Размах между минимальным и максимальным значениями показателя СаО по пласту C1vb+c составляет (рис. 1а) 7,06, а по продуктивной толщи в целом – 19,32 (рис.1б). При осреднении данных происходит значительное снижение значения показателей качества известняков (CaO + MgO). Такое отличие объясняется тем, что в продуктивной толще месторождения, представленной отложениями визейского и турнейского ярусов, встречаются некондиционные прослои пород известняка с низким содержанием СаО и непродуктивные добавки в виде аргиллитов, алевролитов, песчаника. Самые высококачественные известняки встречаются в стратиграфических пластах C1vb+c, C1td, C1tb.
Распределение изменчивости качественного показателя MgO – зеркальнообратно изменчивости показателя СаО. Это вызвано зависимостью содержания MgO в толще известняков от развития (интенсивности) процессов доломитизации:

2CaCO3 + MgSO4 + 2H2O - CaMg(CO3)2 + CaSO4 2H2O.

При этом Mg2+ замещает Са2+ в кристаллической решетке известняка СаСО3.
Изменение показателя СаО связано со слоистостью месторождения и с изменением минерального и химического состава следующих пород, а также их примесей:
- известняка (доломита, кальцита);
- глины (каолинита Al4(OH)8);
- ортофира (содержание кальцита, каолинита, хлорита);
- плагиопорфира (плагиоклазов);
- сульфидсодержащих пород.
Изменение значения показателя СаО в Родниковском месторождении находит объяснение не только в слоистом строении продуктивной толщи, но и в протекающих процессах доломитизации, окремнения, кальцитизации и выщелачивания.
Наличие значимой отрицательной корреляционной связи между показателями СаО и MgO (равна -0,6, уровень значимости < 0.05) объясняется замещением оксида кальция оксидом магния в процессе доломитизации породы. Основная часть доломитизированных пород образовалась на стадии седиментации карбонатных отложений и связана с процессами диагенетической доломитизации. Также имеет место эпигенетическая доломитизация, вызываемая действием подземных вод, обогащенных магнием. Она приурочена к трещиноватым известнякам и карстовым пустотам.
Отрицательная корреляционная связь СаО и SiO2 (равна -0,31) объясняется изменением значения показателя СаО, связанное с окремнением известняков. В карбонатных породах, слагающих Родниковское месторождение, как сингенетическое образование, встречается кремни разной формы. Причиной возникновения кремния в известняках являются химические реакции, происходящие на стадии седиментации известняков и наличие карстовых пустот, способствующих протеканию процесса окремнения. Карстовые пустоты возникли в результате размыва толщи грунтовыми и поверхностными водами, а также в результате деятельности тектонических нарушений. Карстовые полости, в зависимости от наличия непосредственной связи с поверхностью, могут быть заполнены рыхлыми песчано-глинистыми отложениями – это подтверждается наличием значимой отрицательной связи между показателями СаО и Al2O3+Fe2O3 (равна -0,3).
Проведен пространственный анализ распределения качественного показателя СаО.

Рис. 3. План распределения показателя СаО в продуктивной толще восточного участка Родниковского месторождения.

Значение показателя оксида кальция на востоке распространено крайне неравномерно (рис. 2). Поле карты распределения показателя СаО имеет сложное строение, что подтверждается наличием нескольких минимумов и максимумов, неравномерно размещенных на изучаемом объекте. Большую часть карты занимают известняки с процентным содержанием СаО равным 46 – 48 %. В центре описываемой территории наблюдается чередование минимумов и максимумов содержания показателя. Наименьшее значение показателя СаО приурочено к южной части Родниковского месторождения, что объясняется прохождением субгоризонтального тектонического разрывного нарушения и выходом на поверхность протерозойского гранитоидного массива. Максимальное значение СаО в центре описываемой территории подтверждается геологическим строением участка. Здесь отсутствуют тектонические нарушения, карстовые пустоты и расположены наиболее качественные известняки, имеющие большую мощность и малую долю примесей вредных компонентов (SiO2, Al2O3+Fe2O3, S, P).
По результатам химического анализа послойно исследовано распределение качества известняков на месторождении. Выявлены слои с повышением и понижением качественных характеристик полезного ископаемого, исследованы причины их изменения. С целью установления закономерности изменения качества известняков Родниковского месторождения проводилась статистическая обработка данных с последующим сравнением изменения каждого из показателей качества (табл. 1).

Табл. 1. Значения качественных показателей известняков восточной части Родниковского месторождения.

Качест-венные показа-тели извест-няков	Среднее значение показателей качества по всей продуктивной толщи	Средние значения показателей качества по стратиграфическим пластам продуквтивной толщи
Качест-венные показа-тели извест-няков



Al2O3+ Fe2O3

Как видно из таблицы 1, при осреднении значений показателей на всю мощность продуктивной толщи месторождения происходит снижение качества, в сравнении с послойными значениями: полезные компоненты (CaO и MgO) уменьшаются; вредные – увеличиваются.

Практические выводы и рекомендации
- Таким образом, было детально изучено качество известняков юго-западной части Донбасса.
- Полученные статистические характеристики изменчивости качественных показателей известняков по отдельным стратиграфическим пластам и по всей полезной мощности значительно отличаются. Средние содержания качественных показателей известняков на конкретном горизонте Родниковского месторождения различны. Выявлено снижение качественных характеристик при осреднении показателей по всей полезной мощности месторождения в 3 раза.
- Снижение качества известняков вызвано процессами доломитизации, окремнения, кальцитизации и выщелачивания. Самым негативным фактором является карстообразование.
- В связи с отличием качественных характеристик отдельных стратиграфических слоев месторождения, рекомендуется подсчитывать запасы для каждого конкретного потребителя отдельно.
- Отработку Родниковского месторождения следует проводить послойно с учетом различия строения стратиграфических пластов продуктивной толщи. В этом случае, сорт будет соответствовать техническим условиям определенной промышленности. Известняки возраста C1vb+c соответствуют техническим условиям для доменного, металлургического, сталеплавильного производства. Известняки C1td могут использоваться в качестве сырого материала для металургии. Породы возраста С1vd, C1tc, C1tb могут применяться в сталеплавильной, ферросплавной промышленности, производстве строительной извести и цемента.

Литература:

1. Блоха Н. Т. Карбонатные породы производства строительной извести / Н. Т. Блоха, В. И. Кольбах, В. С. Марков – М.: Недра, 1980. – 52 с.

2. Волкова Т. П.,Вершинин А. С. Методика геолого-технологического картирования месторождений каолинов.// Горный журнал. Известия 1393.6 / – Донецк, 1993. - № 4. – С. 12-18

3. Ляхов Г. М. Нерудные ископаемые – известняки, глины, обломочные горные породы./ Г. М. Ляхов, Н. Д. Рождественский – М.: Недра, 1948. – 116 с.

4. Постникова И. Е. Методы изучения карбонатных формаций платформенных областей./ В. А. Крыжановский, И. Е. Постникова – М.,Недра, 1988. – 205 с.

5. Салов И. Н. Известняки Смоленской области./ И. Н. Салов – Смоленская область, 1952. – 56с.

6. Флюс, в металлургии Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона А. В. Митинский: [Электронный ресурс]. – Режим доступа.

Состав известняка

Химический состав чистых известняков близок к кальциту, где CaO 56% и CO 2 44%. Известняк в ряде случаев включает примеси глинистых минералов , доломита , кварца , реже гипса , пирита и органических остатков, которые определяют название известняков. Доломитизированный известняк содержит от 4 до 17% MgO, мергелистый известняк — от 6 до 21% SiO 2 +R 2 О 3 . Известняк песчанистый и окремнелый имеет примеси кварца, опала и халцедона . Принято отражать в названии известняков также преобладающее присутствие органогенных остатков (мшанковый, водорослевый), либо его структуру (кристаллический, сгустковый, детритусовый), или форму породообразующих частиц (оолитовый, брекчиевидный).

Описание и виды

По структуре выделяют известняки кристаллический, органогенно-обломочный, обломочно-кристаллический (смешанной структуры) и натёчный (травертин). Среди кристаллических известняков по величине зёрен различают крупно-, мелко- и скрытокристаллический (афанитовый), по блеску на изломе — перекристаллизованный (мраморовидный) и кавернозный (травертиновый). Кристаллический известняк — массивный и плотный , слабопористый; травертиновый — кавернозный и сильнопористый. Среди органогенно-обломочного известняка в зависимости от состава и величины частиц различают: рифовый известняк; ракушечный известняк (), состоящий преимущественно из целых или дроблёных раковин, скреплённых карбонатным, глинистым или другим природным цементом; детритусовый известняк, сложенный обломками раковин и другими органогенными обломками, сцементированными кальцитовым цементом; водорослевый известняк. К органогенно-обломочным известнякам относится и белый (т.н. пишущий) . Органогенно-обломочные известняки характеризуются крупной , малой объёмной массой и легко обрабатываются (распиливаются и шлифуются). Обломочно-кристаллический известняк состоит из карбонатного разной формы и величины (комочки, сгустки и желваки тонкозернистого кальцита), с включением отдельных зёрен и обломков различных пород и минералов , линз кремней . Иногда известняк сложен оолитовыми зёрнами, ядра которых представлены обломками кварца и кремня. Характеризуются мелкими, разными по форме порами, переменной объёмной массой, малой прочностью и большим водопоглощением . Натёчный известняк (травертин, известковый туф) состоит из натёчного кальцита. Характеризуется ячеистостью, малой объёмной массой, легко обрабатывается и распиливается.

По макротекстуре и условиям залегания среди известняков различают массивные, горизонтально- и наклоннослоистые, толсто- и тонкоплитчатые, кавернозные, трещиноватые , пятнистые, комковатые, рифовые, фунтиковые, стилолитовые, подводно-оползневые и др. По происхождению выделяют органогенные (биогенные), хемогенные, обломочные и смешанные известняки. Органогенные (биогенные) известняки представляют собой скопления карбонатных остатков или целых скелетных форм морских, реже пресноводных организмов, с небольшой примесью преимущественно карбонатного цемента. Хемогенные известняки возникают в результате осаждения извести с последующей перекристаллизацией карбонатной массы осадков, преимущественно из морской воды (кристаллический известняк) или от натёков из минерализованных (травертин). Обломочные известняки образуются в результате раздробления, смыва и переотложения угловато-окатанных обломков карбонатных и других пород и скелетных остатков, преимущественно в морских бассейнах и на побережьях. Известняки смешанного происхождения представляют собой комплекс отложений, возникших в результате последовательного или параллельного наложения различных процессов образования карбонатных осадков.

Цвет известняков преимущественно белый, светло-серый, желтоватый; присутствие органических, железистых, марганцовистых и других примесей обусловливает тёмно-серую, чёрную, бурую, красноватую и зеленоватую окраску.

Известняк — одна из самых широко распространённых осадочных горных пород; она слагает различные формы рельефа Земли . Залежи известняков встречаются среди отложений всех геологических систем — от докембрийских до четвертичной; наиболее интенсивное образование известняков происходило в силуре, карбоне, юре и верхнему мелу; составляют 19-22% от всей массы осадочных пород. Мощность толщ известняков чрезвычайно изменчива: от первых сантиметров (в отдельных прослоях отложений) до 5000 м.

Свойства известняка

Физико-механические свойства известняков чрезвычайно неоднородны, но имеют прямую зависимость от их структуры и текстуры. Плотность известняков 2700-2900 кг/м 3 , колеблется в зависимости от содержания примесей доломита, кварца и других минералов. Объёмная масса известняков изменяется от 800 кг/м 3 (у ракушечников и травертина) до 2800 кг/м 3 (у кристаллических известняков). Предел прочности при сжатии известняков колеблется от 0,4 МПа (для ракушечника) до 300 МПа (для кристаллического и афанитового известняка). Во влажном состоянии прочность известняков часто снижается. Для большей части месторождений характерно наличие известняков, не однородных по прочности. Потери на износ, истирание и дробимость увеличиваются, как правило, с уменьшением объёмной массы известняков. Морозостойкость для кристаллических известняков достигает 300-400 циклов, но резко изменяется у известняков иной структуры и зависит от формы и связи пор и трещин в нём. Обрабатываемость известняков имеет прямую связь с их структурой и текстурой. Ракушечник и пористые известняки легко распиливаются и обтёсываются; кристаллические известняки хорошо полируются.

Применение известняка

Известняк имеет универсальное применение в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве. В металлургии известняк служит флюсом. В производстве извести и цемента известняк — главный компонент. Известняк используется в химической и пищевой промышленности: как вспомогательный материал в производстве соды, карбида кальция , минеральных удобрений, стекла, сахара, бумаги. Применяется при очистке нефтепродуктов, сухой перегонке угля, в изготовлении красок, замазок, резины, пластмасс, мыла, лекарств, минеральной ваты, для очистки тканей и обработки кожи, известкования почв.

Известняк — важнейший строительный материал , из него изготовляются облицовочные

Камень, который представляет собой мягкую осадочную породу органического или органо-химического происхождения, состоящую в основном из карбоната кальция (кальцита). Часто в его состав входят примеси кварца, фосфата, кремния, глинистые и песчаные частицы, а также известковые остатки скелетов микроорганизмов. В данной статье мы подробно рассмотрим этот природный материал, его виды, свойства и сферу применения, а также узнаем, что представляет собой химическая формула известняка, и много другое.

Формирование известняка

Для начала давайте рассмотрим, каким образом образовались эти полезные ископаемые. Известняк в основном формируется в условиях морских мелководных бассейнов, хотя существует и пресноводный. Залегает он в виде отложений и пластов. Иногда осаждается, подобно гипсу и соли, из испаряющейся воды морских лагун и озер. Однако большая его часть отложилась именно в морях, которые не испытывали интенсивного высыхания. Формирование большинства начиналось с выделения живыми организмами из морской воды карбоната кальция для построения скелетов и раковин. Вот эти остатки умерших организмов в больших количествах накапливаются на морском дне. Наиболее ярким примером извлечения и накопления карбоната кальция являются коралловые рифы. Так, в некоторых случаях на изломе известняковой породы можно заметить отдельные раковины. Под влиянием морского течения и в результате воздействия волн и прибоев рифы разрушаются. И на к известняковым обломкам добавляется который осаждается из насыщенной им воды. Также в образовании молодых пород известняка участвует кальцит, который поступает из разрушенных древних пород.

Разновидности

Существует много видов известняков. Ракушечником принято называть скопление раковин и их обломков, сцементированных в ячеистую породу. В том случае, когда раковины имеют весьма малую величину, образуется мягкий, слабосвязанный, мажущий, тонко крошащийся известняк - мел. Оолитовая порода состоит их миниатюрных, размером с рыбью икринку, сцементированных шариков. Ядро каждого из них может быть представлено обломком раковины, песчинкой или любой другой частицей инородного материала. В том случае, когда шарики имеют более крупные размеры, например, с горошину, их принято называть пизолитами, а породу, соответственно, пизолитовым известняком. Следующей разновидностью является травертин - он образуется на поверхности при осаждении арагонита или кальцита из вод углекислых источников. Если такие отложения имеют сильнопористую основу (губчатую), ее называют туфом. Несцементированная смесь глины и карбоната кальция носить название мергель.

Кроме того, известняки могут отличаться и цветовой гаммой. Основной цвет - белый. Но он может быть и желтоватым, светло-бежевым, светло-серым, реже - слегка розоватым. Бело-розовая и бело-желтая порода считаются самыми ценными.

Формула известняка

Как уже говорилось раньше, этот природный материал состоит преимущественно из кальцита либо кальцитовых остатков скелетов и раковин, редко из арагонита. Значит, формула известняка будет иметь следующий вид: СаСО 3 . Однако чистая порода встречается крайне редко, в ряде случаев она включает в себя различные примеси кварца, глинистых минералов, доломитов, гипса, пирита и, конечно же, органических остатков. Так, доломитизированный известняк (формула этой породы включает в себя MgO) содержит от четырех до семнадцати процентов мергелистый - до 21 процента кислотных окислов (SiO 2 +R 2 О 3). В состав карбоната могут входить доломиты CaMg(CO 3) 2 , FeCO 3 и MnCO 3 , в незначительных количествах - оксиды, сульфиды и гидроксиды Fe, Са 3 (РО 4) 2 , CaSO 4 .

Известняк: свойства и применение

Физико-механические параметры этой породы чрезвычайно неоднородны, однако напрямую зависят от ее текстуры и структуры. Ученики средней школы рассматривают свойства известняка (4 класс) с позиции его внешних характеристик. Они изучают следующие параметры: цвет, плотность, прочность, состояние, растворимость. Мы пойдем немного дальше и рассмотрим более углубленно эти свойства полезного ископаемого. Известняк имеет плотность в пределах 2700-2900 кг/м 3 . Это колебание объясняется количеством содержащихся примесей кварца, доломита и других минералов. Объемная масса изменяется в гораздо больших пределах. Так, у травертинов и ракушечников она составляет всего 800 кг/м 3 , а у кристаллических пород достигает 2800 кг/м 3 . Рассматривая свойства известняка, следует учитывать, что прочность при сжатии породы напрямую зависит от его объемной массы. Так у ракушечников она составляет всего 0,4 МПа, а у афанитов приближается к 300 МПа. Приведенные выше характеристики породы определяют и применение этих материалов. Например, в строительстве более плотный известняк используется при кладке стен, а пористый хорош для облицовки и создания декоративных ансамблей.

Воздействие климатических условий

В зависимости от уровня влажности, свойства известняка могут изменяться. В первую очередь это сказывается на его прочности - она заметно снижается, если камень намочить. Кроме того, большинство месторождений характеризуется неоднородностью породы. На этот момент стоит обратить особое внимание, поскольку у неоднородного материала будет различаться плотность, что, в свою очередь, может привести к разрушению. Разбирая свойства известняка, не следует пренебрегать и таким параметром, как морозостойкость: это существенно влияет на прочность полезного ископаемого и длительность его использования. Так, у кристаллических известняков морозостойкость составляет 300-400 циклов. Однако этот показатель заметно сокращается при наличии трещин и пор в материале. Таким образом, все упомянутые свойства известняка обязательно нужно учитывать при использовании данного природного материала, дабы предотвратить его разрушение.

Известняк в строительстве

Строительная отрасль является главным потребителем рассматриваемого нами полезного ископаемого. Доломитизированный известняк используется для производства шпаклевочных и герметиков и прочего. Белый известняк в огромных количествах применяется в отделке и украшении строений. Ракушечник часто встречается в качестве строительных блоков и т. д. Мы не будем заострять внимание на этой отрасли, она и так широко известна всем. А посему идем далее.

Известняк в современном промышленном производстве

Оказывается, этот природный материал используется при производстве лакокрасочных материалов, резин и пластмасс. А очищенный от примесей, вредных для человеческого организма, применяется даже в пищевой промышленности. Изготовление стекла не представляется возможным без известняка, поскольку он выступает главным источником кальция. Эта порода стала незаменимым, а главное - доступным компонентом для производства бумаги. В повседневной жизни мы постоянно пользуемся такими изделиями, как трубы, линолеум, кафельная плитка, черепица и др., и не догадываемся, что во всех этих предметах также присутствует известняк. Даже пластиковое производство (ПП, ПВХ, кремплены, лавсаны и прочее) не обходится без этого сырья. В красках используют карбонат кальция в качестве красящего пигмента. Как видите, этот материал занимает ведущее место практически во всех отраслях производства.

Химическая промышленность

Даже такие вещи, как крем для обуви, зубная паста, чистящий порошок и проч., которыми мы пользуемся ежедневно, являются производными известняка. Это сырье используется и при изготовлении средств, применяемых для защиты окружающей среды от различного рода загрязнений. На основании всего вышеизложенного можно смело утверждать, что широко известный и доступный материал, которым является известняк, представляет собой важнейший элемент современной цивилизации.

Большой вклад в развитие резьбы по камню сделали народы Южной и Центральной Америки. Ольмеки, ацтеки, майя добились значительных успехов в умении изготавливать из халцедона, обсидиана и кремния оружие, режущие инструменты и прочие предметы обихода. Так, скалки, зернотерки, ступки и прочее создавалось ими из базальта, песчаников и известняков. Ударные и рубящие орудия производились из диорита, жадеита, нефрита и других материалов. Главным центром по обработки камня считаются города майя - Тонина и Небах.