Неметаллические полезные ископаемые.

Глава 16. Цементное сырье (карбонатные, глинистые, кремнистые и сульфатные породы).

Цемент (от лат. caementum - щебень, битый камень) - общее название порошкообразных вяжущих веществ, которые при смешивании с водой образуют пластичную массу, приобретающую затем камневидное состояние. Если в эту пластичную массу добавляется песок, мелкоизмельченный шлак и т.п., то получается строительный раствор; если же заполнителями являются гравий, щебень, галька и другие, достаточно крупные частицы, то после затвердевания такой массы образуется бетон. Мировое производство цемента как абсолютно необходимого вяжущего строительного материала постоянно возрастает, составляя в настоящее время около 1,6 млрд т, а ежегодный прирост потребности в нем оценивается в 33 млн т. Крупнейшим его производителем является Китай (570 млн т).

Рис. 86. Схема процесса изготовления портланд-цемента.

Среди множества различных типов, сортов и марок цементов, исчисляемых тысячами и различающихся своими свойствами, важнейшим водным (т.е. затвердевающим с водой) вяжущим материалом является портландцемент. Для изготовления его в качестве основного исходного сырья используются карбонатные (известняки, мел, мергель) и глинистые (глины, глинистые сланцы, аргиллиты) породы, смешиваемые в строго определенном соотношении.

Первоначально портландцемент изготавливался из богатых глиной известняков, так называемых мергелей-натуралов, имеющих близкое к требуемому отношение оксида кальция к кремнезему. Широко известными источниками такого сырья являются месторождения штата Огайо (США), района Регби-Лейстер (Центральная Англия) и Новороссийские в России. Однако в связи с резким повышением спроса на портландцемент и истощением месторождений мергелей-натуралов для его производства стали использовать глины и известняки различных месторождений.

Производство портландцемента является многоэтапным (рис. 86). Вначале исходное сырье (известняк, глина) размалывается и перемешивается. Затем эта смесь обжигается во вращающейся печи. Температура поднимается медленно: в интервале 100-110°C удаляется вся гигроскопическая вода, приблизительно при 600°C начинает удаляться гидратная и гидроксильная вода, около 800-850°C начинает разлагаться карбонат кальция: СаСО → СаО + СО^2-;

и происходит распад алюмосиликатов. Это является началом клинкер-процесса, при котором СаО вступает в реакции с алюмосиликатами и силикатами с образованием клинкерных минералов. При 1300-1500°C происходит частичное плавление этих минералов с появлением двух- и трехкальциевых силикатов и расплава. Последней стадией формирования клинкера является кристаллизация расплава и его реакция с кальциевыми силикатами. Окончательно состав клинкерных минералов формируется при охлаждении до 1000°C.

Клинкер состоит из четырех главных искусственных соединений-минералов (в порядке их значимости): β-дикальциевого силиката β-Ca₂SiO₄ (белит), трикальциевого силиката Ca₃SiO₅ (алит), трикальциевого алюмината Са₃А1₂O₆ и кальциевого алюминоферрита Ca₂A1FeO₅.

Принятые сокращения и составы портландцементных клинкерных соединений-минералов:

Частицы цементного клинкера с заданным соотношением этих соединений поступают на мельницу, где к ним добавляется до 3% гипса для регулирования процесса гидратации цемента при его использовании.

Помимо гипса в цемент могут вводиться так называемые активные добавки; они не нарушают его способности твердеть и схватываться, но улучшают прочность, способность к гидратации и другие полезные свойства. В качестве таких добавок выступают кремниевые и кремнийсодержащие материалы, диатомиты, трепелы, опоки, цеолитизированные туфы или промышленные отходы - зольная пыль, доменный шлак и др.

После помола до размеров 1-10 мкм готовый цемент упаковывается и складируется.

Когда портландцемент смешивается с водой, то его первично безводные компоненты вступают с ней в химическое взаимодействие с образованием гидратов.

Одновременно происходит множество реакций, продукты которых могут вступать в последующие реакции с начальным или новообразованными компонентами среды.

Начальная гидратация, достаточная для затвердевания цементного теста, составляет несколько часов, но реакции гидратации продолжаются месяцы и даже годы. Главным продуктом гидратации портландцемента является коллоидный гель CaO^.SiO₂^.Н₂О переменной стехиометрии в виде пленок, пластинок, розеток и т.п., образующих спутанную микроструктуру, которая в сочетании с другими факторами придает, как полагают, прочность затвердевшему продукту. На ранней стадии гидратации может происходить образование гелевых оболочек вокруг клинкерных частиц, что замедляет процесс полной гидратации.

В настоящее время промышленность выпускает несколько типов портландцемента, различающихся главным образом соотношением основных клинкерных соединений-минералов. О многообразии использования различных видов портландцементов свидетельствуют, в частности, такие его разновидности: обыкновенный, пластифицированный, гидрофобный, быстротвердеющий, тампонажный, сульфатостойкий, жаростойкий, дорожный и др.

Качество цемента, определяемое в основном соотношением его главных клинкерных компонентов и наличием загрязняющих примесей, зависит, таким образом, от химического состава исходной смеси карбонатных и глинистых пород (шихта), а также вводимых в цементный клинкер гипса и других добавок.

Если в шихте резко преобладает оксид кальция СаО, то при гидратации цемента образуется минерал портландит Ca(OH)₂, легко вымывающийся из бетона, что понижает прочность последнего, разрушая его (<белая смерть бетона>). При избытке в шихте кремнезема SiO₂ в гидратированной массе появляется инертный минерал геленит - 2CaO^.Al₂O₃^.SiO₂, также снижающий прочность изделия. При попадании в шихту оксида магния MgO (например, в виде примеси доломита) при обжиге может образоваться периклаз, гидратация которого продолжается многие годы; кроме того, переход MgO в Mg(OH)₂ сопровождается увеличением объема уже после отвердения цементной массы, что может привести к разрушению бетона; поэтому содержание MgO в шихте ограничено. Небольшое количество щелочей допустимо и даже полезно, поскольку снижается температура плавления клинкера, но при их заметных количествах образуются соединения, искажающие картину гидратации цемента и затвердение бетона.

При составлении шихты контролируется максимальное содержание ряда компонентов в карбонатных и глинистых породах соответственно: MgO 4 и 6%; SO₃ 1,3 и 5%; (К₂О + Na₂O) 1 и 3,5-4%; Р₂О₅ 0,4 и 0,6%; 2% TiO₂ (в глинистых породах). В карбонатной составляющей содержание CaO обычно более 44-45%; состав глинистых пород: Si0₂ 50-65%; Al₂O₃ 15-20%; Fe₂O₃ 6-10%. Валовый состав шихты: CaO 60-67%; SiO₂ 21-24%; Al₂O₃ 4-7%; Fe₂O₃ до 2,5%. Одновременно должны учитываться величины коэффициента насыщения (Кн), силикатного (n) и глиноземного (p) модулей:
К_н = [(СаО_общ - CaO_св) - (1,65Аl₂О₃+0,35Fe₂О₃+0,7SO₂О₃)]: 2,8(SiO_2общ - SiO_2св) = 0,82 - 0,95.
n = SiO₂ : (Аl₂О₃ + Fe₂О₃) = 1,2 - 3,5.
p = Al₂О₃ : Fe₂О₃ = 1 - 2,5.

Регулировка шихты по этим модулям обычно производится добавкой высококремнистых пород (диатомитов, трепелов, опок, кварцевого песка, маршаллита и др.), высокожелезистых продуктов (железных руд, пиритовых огарков и др.), бокситов.

Общими требованиями к качеству цементного сырья являются его однородность, выдержанность химического состава и отсутствие крупных включений других пород и минералов. При оценке месторождений этого сырья важно учитывать их близость и удобство транспортировки к заводу-потребителю, достаточность запасов для длительной (десятки лет) эксплуатации, возможность отработки открытым способом, экологические последствия разработки.

16.1. Карбонатные породы

Карбонатные породы, то есть образования, сложенные главным образом карбонатами кальция, магния и в меньшей степени железа, широко распространены в земной коре, составляя более 15% ее массы. Это в первую очередь различные известняки, мергели и мраморы, а также травертины, известковая гажа, жильные карбонатные породы, карбонатиты, карбонатные пески и другие образования. В их составе помимо собственно карбонатов в подчиненном количестве нередко присутствуют глинистые частицы, углистое вещество, кварц, полевые шпаты, сульфиды, сульфаты, хлорит, глауконит и многие другие образования. Породы характеризуются большим разнообразием структур и текстур; помимо господствующих осадочных образований среди них имеются представители метаморфического (мраморы), магматического (карбонатиты), гидротермального (карбонатные жилы выполнения, травертины) и гидротермально-метасоматического (доломиты) генезиса. Осадочные карбонатные породы могут быть образованы в морских, лагунных и озерных условиях хемогенным и кластогенным путем.

Наибольшее значение для цементной промышленности имеют самые распространенные карбонатные породы, входящие в состав двух рядов: известняк СаСО₃ - доломит CaMg(CO₃)₂ и карбонатная порода - глина. В первом ряду между указанными крайними членами фиксируется большое количество переходных разновидностей, отличающихся содержанием MgO (табл. 25), во втором - наблюдается не менее широкое разнообразие сочетаний карбонатной и глинистой составляющих породы (табл. 26), причем карбонатная может быть представлена любыми членами ряда известняк - доломит, что приводит к появлению переходных между глинами, известняками и доломитами пород.

Поскольку содержание оксида магния MgO в цементной шихте ограничено, доломиты и даже доломитовые известняки (табл. 25) мало пригодны в качестве цементного сырья, представляя больший интерес для металлургии как огнеупоры, тогда как известняки, в том числе и доломитистые, являются наиболее распространенным карбонатным компонентом этого сырья. Карбонатно-глинистые образования, объединяющие в себе оба главных компонента цементной шихты, представляются самым благоприятным сырьем для цементной промышленности. Особого внимания заслуживают мергели (см. табл. 26), химический состав которых может полностью соответствовать требуемой цементной шихте (мергели-натуралы).

Среди большого разнообразия месторождений карбонатного сырья для цементной промышленности выделяют три основных геолого-промышленных типа:
1). субгоризонтальные пласты, линзы и горизонты мела, мергелей, известняков и доломитов большого площадного распространения мощностью в метры - десятки метров в разрезах платформенных карбонатно-терригенных толщ пород различного возраста (Вольские и другие многочисленные месторождения Русской платформы, месторождения Сибирской и других платформ);
2). круто- и пологопадающие пласты, линзы и пачки ритмичного чередования мергелей, известняков и карбонатных глин мощностью в десятки метров в разрезах складчатых карбонатно-терригенных флишевых толщ большой мощности (Новороссийские месторождения);
3). слабо наклонные, быстро выклинивающиеся пластовые, линзовидные и сложной формы залежи доломитов и органогенных известняков с мелом и мергелями неравномерной, меняющейся мощности в десятки метров в составе карбонатных рифогенных, соленосных, терригенных и угленосных толщ краевых и межгорных прогибов и внутренних впадин (Еленовское месторождение в Донбассе, месторождения штатов Огайо, Индиана и Иллинойс в США).

Рис. 87. Структура аттапульгита (по П.В.Харбену и Р.Л.Бейтсу).

16.2. Глинистые породы

К глинам принято относить тонкодисперсные горные породы с преобладающим пелитовым (до 1 мкм) размером частиц, сложенные преимущественно различными глинистыми минералами с подчиненным количеством обломков горных пород, кварца, полевых шпатов, амфиболов, пироксенов, слюд и других минералов, а также органического вещества и аутигенных зерен карбонатного, сульфатного, фосфатного состава и др.

Большинство глин являются пластичными, то есть способными образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее при высыхании приданную ему форму и становящееся камнеподобным после обжига. Однако существуют и неразмокающие, так называемые сухарные глины, или <флинтклей>, а также аргиллиты и глинистые сланцы, которые подобно глинам обладают тонкодисперсным строением, близким минеральным и химическим составом. Вместе с глинами они объединяются в глинистые породы. К последним принято относить также лессы и суглинки. Промежуточными образованиями между глинами и карбонатными породами являются мергели, содержащие 50-70% карбонатной составляющей (см. табл. 26).

По размерам слагающих породу частиц преобладающей фракции 5-1, 1-0,2 и менее 0,2 мкм различают крупно-, средне- и тонкозернистые (коллоидные) глины.

Глинистые минералы, слагающие основную массу породы, представляют собой относительно стабильные водные силикаты алюминия, железа и магния слоистой, слоисто-ленточной и смешанно-слоистой структур, отличающиеся от других силикатов высокой дисперсностью, гидрофильностью, способностью к сорбции и ионному обмену. В основе их кристаллического строения лежат два типа двумерных структурных элементов: тетраэдрическая кремнекислородная сетка и октаэдрическая сетка, в углах элементарного октаэдра которой находятся ионы кислорода и гидроксила, а в центре - алюминия, железа или магния. Совокупность таких сеток образует элементарный слой, который может состоять из двух (октаэдрической и тетраэдрической), трех (двух тетраэдрических и одной октаэдрической) и более сеток, соответственно обозначенных 1:1; 2:1 и т. д. (табл. 27; рис. 87).

Все многообразие глин и их свойства определяются составом глинистых минералов, прямо связанным с ним химическим составом, а также размером частиц.

Содержание главных химических компонентов глин варьирует в широких пределах: SiO₂ 30-70%; Al₂O₃ 10-40%; Н₂О 5-15%; подчиненными компонентами являются TiO₂, Fe₂O₃, МnО, MgO, СаО, Н₂О, Na₂O, SO₃, СО₂, Р₂О₅, S, С и др. Помимо химического состава (основного показателя при решении вопроса о пригодности глин в качестве цементного сырья) к числу главнейших свойств, определяющих промышленную ценность глин, относятся их пластичность, связность, вспучиваемость, набухаемость, воздушная усадка, огневая усадка (при обжиге), огнеупорность, спекаемость, адсорбционная способность и гигроскопичность, способность к ионному обмену. Все эти свойства, определяемые по специально разработанным методикам, позволяют классифицировать глинистое сырье с учетом возможных областей его использования.

Согласно стандартной промышленной классификации, принятой для глин в нашей стране, они подразделяются следующим образом:
- по химическому составу (содержание Al₂O₃, %): высокоосновные (более 40), основные (30-40), полукислые (15-20), кислые (до 15);
- по огнеупорности (t плавления, ?С): огнеупорные (более 1580), тугоплавкие (1350-1580), легкоплавкие (до 1350);
- по цвету черепка, полученного при обжиге: беложгущие, светложгущие и темножгущие.

Несмотря на широкое распространение глинистых пород, многие из них являются дефицитным сырьем. Исключительно редки палыгорскитовые (аттапульгитовые) и сепиолитовые глины, ограниченно развиты высококачественные каолины и щелочные бентониты. В начале 80-х гг. минувшего столетия общий мировой уровень добычи глинистого сырья составил около 600 млн т, причем на долю каолинов приходилось более 17 млн т, бентонитов - более 7, аттапульгитовых и сепиолитовых глин - около 2 млн т. Наибольшее количество этого сырья было добыто в США: свыше 50 млн. т, включая 7 млн т каолина, 4,5 млн т аттапульгита и сепиолита.

Образование глинистых пород разнообразно. Среди них присутствуют как гипогенные (гидротермальные), так и гипергенные (осадочные, инфильтрационные, остаточные, обломочные и др.) продукты. Особое место занимают инфильтрационные и метаморфизованные глинистые осадки - аргиллиты и глинистые сланцы, в которых глинистые минералы большей частью превращены в слюды и хлориты.

Большая часть широко распространенных легкоплавких глин являются продуктом осаждения в морских и озерных условиях, а также делювиального и моренного происхождения. Бентонитовые глины в одних случаях представляют результат подводного разложения вулканических туфов, в других - переотложения продуктов выветривания мафических горных пород; отмечены случаи их образования путем отложения из гидротермальных растворов и метасоматическим замещением вулканических пеплов с участием подземных вод.

Выветривание главным образом силикатных пород (гранитов, гнейсов, кристаллических сланцев и др.) приводило к образованию каолинов, широко развитых среди продуктов древних линейных и площадных кор выветривания; при этом элювиальные залежи принято называть первичными, а переотложенные делювиальные и аллювиальные - вторичными. Каолин гидротермального генезиса содержит помимо каолинита диккит и накрит, ассоциируя с сульфидами цветных металлов и баритом.

В специфических условиях седиментации (озерно-болотных, дельтовых, лагунных, карстовых полостях) за счет размыва и переотложения каолиновых кор выветривания происходило накопление огнеупорных и тугоплавких глин. Их образование могло происходить также в процессе обезжелезивания бокситов с одновременным обогащением кремнеземом.

В качестве глинистого сырья для цементной промышленности помимо наиболее выгодных глинисто-карбонатных пород - мергелей - наиболее существенны месторождения морских легкоплавких глин, глинистых илов, аргиллитов и глинистых сланцев. Все они представляют пластовые линзовидные залежи мощностью в метры - десятки метров и, как правило, имеют широкое площадное распространение (многочисленные четвертичные и более древние месторождения глин Московской, Ленинградской областей и других регионов страны; месторождения глинистых сланцев и аргиллитов Западной Сибири, Дальнего Востока, а также Грузии и Казахстана).

16.3. Кремнистые кристобалит-опаловые породы

К кремнистым кристобалит-опаловым горным породам относятся широко распространенные диатомиты, трепелы и опоки, а также более редкие спонголиты, радиоляриты и силико-флагеллиты. Эти породы осадочного биохимического происхождения представляют собой в различной степени уплотненные кремнистые остатки диатомей, радиолярий и игл губок, сложенных опалом и халцедоном. Содержание в них кремнезема составляет 60-98%; остальное приходится на глинистые минералы.

В диатомитах - легких, пористых, слабо сцементированных светлых почти белых породах - наблюдаются неразложившиеся кремнистые органические остатки и очень небольшое количество примесей в виде глинистых минералов, кварца и глауконита. В светлоокрашенных трепелах эти остатки несут следы химического разложения, уступая место продуктам их преобразования - слабо сцементированным тельцам округлой формы; в них уже больше примесных, в основном аутигенных минералов (гидроксиды железа, глинистые минералы и др.). В отличие от диатомитов и трепелов опоки являются темно-серыми плотными породами, хотя и обладающими довольно высокой пористостью; в массе опалового микросферолитового материала органические остатки практически не устанавливаются; значительно больше глинистых и других аутигенных минералов.

Промышленное значение этих пород обусловлено их высокой гидравлической активностью (измеряется количеством извести СаО, поглощенной из раствора 1 г породы), малой объемной массой, высокой пористостью, фильтрационными, сорбционными каталитическими, звуко- и теплоизоляционными, абразивными и другими (табл. 28) свойствами.

В нашей стране их подавляющая часть используется при производстве цемента в качестве гидравлических активных добавок: в отличие от других кремнистых (кварцевых, кварц-халцедоновых и халцедоновых) пород, кристобалит-опаловые содержат активный кремнезем, связывающий в бетоне избыточную свободную известь. Остальная часть используется главным образом в строительстве для производства теплоизоляционных изделий, а также легкого искусственного заполнителя бетона - термолита, имеющего объемную массу 25-900 кг/м³ и получаемого при термической обработке диатомитов и трепелов. Небольшое количество этих пород идет на производство фильтров, абразивов, носителей катализаторов, используется для очистки масел и нефтепродуктов, в качестве наполнителей бумаги, пластмасс и т.п.

В США и др. промышленно развитых странах структура потребления этих пород иная. Они большей частью используются для фильтрования, чистки и сепарации различных жидкостей, а также в качестве всевозможных наполнителей.

При оценке качества диатомитов, трепелов и опок как цементного сырья определяют их химический состав и гидравлическую активность. Массовая доля SiO₂ в породе должна быть более 80%, CaO - менее 2%, Al₂O₃ - до 8%. Гидравлическая активность, как количество поглощенной СаО за 30 суток, должна быть не ниже 150 мг/г.

Помимо диатомитов, трепелов и опок в качестве активных добавок в цемент могут использоваться вулканические породы опал-кристобалитового ряда: пуццоланы - слабо сцементированные вулканические пески и пепел и трассы - те же, но уже уплотненные образования. Они также содержат в своем составе активный кремнезем; их гидравлическая активность при тех же условиях должна превышать 50 мг/г. В цементной промышленности США именно пуццоланы и трассы используются в качестве активных добавок к портланд-цементному клинкеру.

Главным геолого-промышленным типом месторождений диатомитов, трепелов и опок в нашей стане являются согласные, выдержанные по простиранию пластовые залежи широкого площадного распространения мощностью в метры-десятки метров среди терригенных и терригенно-карбонатных образований мезо-кайнозойского возраста. Такие месторождения, в частности, развиты среди палеоценовых образований Поволжья (Инзенское, Алексеевское, Атемарское, Вольское), Центральных областей (Зикеевское и др.), а также среди эоценовых толщ Зауралья (Камышловское, Ирбитское и др.).

16.4. Сульфатные породы

Ангидрит CaSO₄ и гипс CaSO₄^.2H₂O являются широко распространенными сульфатами, образующими кристаллические гранулярные либо волокнистые агрегаты. Более редкими разновидностями гипса являются тонкозернистый просвечивающий агрегат - алебастр и тонковолокнистый агрегат с шелковистым блеском - селенит. Оба минерала белые и светло-серые; по сравнению с гипсом ангидрит часто имеет голубоватый оттенок, заметно более высокую твердость (3-3,5) и больший удельный вес (2,93 по сравнению с 2,3 г/см³ у гипса).

Основная масса этих минералов входит в состав одноименных мономинеральных горных пород, содержащих также примеси карбонатов, галита, кварца, глинистых и других минералов. Гипс, кроме того, совместно с песчаным, алевритистым, глинистым и известковым материалом образует своеобразные породы (гажу), содержащие иногда значительное количество гальки и гравия.

При нагревании до температуры 120-180°С гипс теряет часть своей воды и переходит в полугидрат CaSO₄^.0,5H₂O или полуводный гипс. Этот продукт, называемый часто строительным гипсом, при смешивании с водой образует высокопрочное вяжущее вещество, быстро схватывающееся и твердеющее. Его широко используют для штукатурных и отделочных работ, изготовления всевозможных строительных конструкций, а также в качестве формовочного материала и медицинского гипса.

Обжиг ангидрита и гипса при температурах 800-1000°С приводит к частичной диссоциации CaSO4 с образованием небольшого количества (до 3%) свободной жженой извести СаО. Это так называемый кальцинированный или эстрих-гипс; он медленно соединяется с водой, превращаясь в вяжущую массу, широко используемую в строительстве для производства плиточных и бесшовных полов, лестничных ступеней, искусственного мрамора.

В цементной промышленности при производстве портланд-цемента гипс добавляется (до 3%) в естественном виде для регулирования сроков схватывания бетона. Он используется также для получения гидравлического гипсошлакового цемента, представляющего тонко измельченную смесь высушенного гранулированного доменного шлака (80-85%), гипса и портланд-цементного клинкера; этот цемент весьма эффективен при подземном и подводном строительстве в агрессивных сульфатных средах. Наконец, существует ангидритовый цемент, получаемый обжигом природного гипса при температурах 600-700°С с последующим тонким помолом вместе с различными активизирующими добавками.

В настоящее время около 90% добываемых гипса и ангидрита используется в качестве сырья для производства гипсовых вяжущих веществ и цемента. Из других областей применения этих минералов следует упомянуть производство серной кислоты, некоторых азотных удобрений, гипсования засоленных почв, в качестве облицовочного материала (алебастр) и поделочного камня (селенит и алебастр).

Мировая добыча гипса и ангидрита в последней четверти минувшего столетия составляла свыше 70 млн т/год; лидирующие страны - США (около 11 млн т/год) и Канада (свыше 7 млн т/год). Помимо природных гипса и ангидрита, сульфат кальция получают в виде отходов при производстве фосфорной кислоты из фосфатных пород. Если учесть, что производство 1 т кислоты сопровождается получением приблизительно 4,5 т фосфогипса, то современному мировому годовому уровню производства - свыше 20 млн т H₂PO₄ соответствует более 90 млн т этого продукта, что значительно превышает вышеуказанный мировой уровень добычи природного сырья.

В забоях карьеров и подземных горных выработок гипсовый и гипс-ангидритовый камень добывается преимущественно в виде кускового материала; его потери при прокаливании до температуры 600°С должны быть не менее 19 и не более 21%. Товарный гипсовый камень, используемый для производства вяжущих веществ, подразделяется на 4 сорта по минимально допустимым массовым долям CaSO₄^.0,5H₂O (%): 95, 90, 80 и 70, а гипс-ангидритовый камень - на 3 сорта: 95, 90 и 80. Гипсовый камень используется как для производства гипсовых вяжущих материалов, так и цемента, в то время как гипс-ангидритовый - только цемента. При этом цементное производство использует фракцию камня 0-60 мм, а производство гипсовых вяжущих веществ - более крупную фракцию 60-300 мм.

Хотя гипс и ангидрит могут образовываться в различных гипогенных и гипергенных условиях, наиболее значительные их концентрации связаны с обстановками аридного осадконакопления в изолированных соленосных лагунах и водных бассейнах, обогащенных сернокислым кальцием. В начальные стадии испарения эти минералы первыми выпадают в осадок, формируя основание мощных соляных толщ. Нередко пласты гипса в этих осадочных эвапоритовых толщах являются вторичными, как результат гидратации ангидрита.

Соответственно главным геолого - промышленным типом месторождений гипса и ангидрита являются линзовидные и пластовые залежи мощностью в метры-десятки метров и протяженностью от сотен метров до десятков км, залегающие в толщах карбонатных и терригенных пород, представленных известняками, доломитами, глинами и мергелями. К этому типу принадлежат крупнейшие месторождения США, Канады, Франции, ФРГ, Великобритании и других стран. В России он представлен многочисленными месторождениями Европейского Центра, Севера и Поволжья, Восточной Сибири, включая такие крупные как Залаирское кембрийского возраста в Иркутской области, Новомосковское девонского возраста в Тульской области, Звозское нижнепермского возраста в Архангельской области.

Новороссийские месторождения цементного сырья

Эти месторождения локализованы в полосе вдоль северо-восточного побережья Черного моря близ г. Новороссийска. Это - Новороссийские I, П, III, IV, Атакайское и другие месторождения глинисто-карбонатных пород, а также Баканское месторождение опок нижнепалеогенового возраста, расположенное северо-восточнее Новороссийска.

Геологически месторождения глинисто-карбонатных морских осадочных пород связаны с мощной (свыше 1 км) флишевой толщей верхнемелового возраста, слагающей крылья крупной Маркотхской антиклинали, вытянутой в северо-западном направлении параллельно берегу моря более чем на 50 км. Антиклиналь имеет изоклинальное строение, опрокинута на юго-запад с падением обоих крыльев на северо-восток под углами 25-70?; она осложнена складками более высоких порядков, сбросами и надвигами с амплитудами смещения пород в десятки метров.

Среди образований верхнемеловой толщи установлены (стратиграфически снизу вверх) туронские (нижненатухаевская подсвита), коньякские (верхненатухаевская подсвита), сантонские (гениохская свита) и кампанские (ахеянская свита) отложения; все они характеризуются переслаиванием карбонатных и глинистых пород, представленных практически всем рядом от почти чистых известняков через известковистые и глинистые мергели до слабо известковистых глин. В этом переслаивании участвуют также подчиненные прослои песчаников, алевролитов, песчанистых известняков, кремнистых известняков и мергелей. Мощность индивидуальных слоев карбонатных пород колеблется от 2 до 60 см (редко до 1 м), а глинистых - от 0,5 до 4 см.

При опробовании эти породы по содержанию CaCO3 разделяются на <высокие> (более 83%) известняки, <натуралы> (75-83%) - мергели и известковистые мергели, <низкие> мергели, среди которых различают <романчики> (60-75%), <трескуны> (39-60%), <дикари> - песчанистые известняки и <подмазки> - известковистые глины (до 39%). К <высоким> известнякам относится большая часть разреза нижне- и верхненатухаевской подсвит, нижнегениохская и нижний (фукоидный) горизонт верхнегениохской подсвиты. Мергели <натуралы> господствуют в верхнем (суджикском) горизонте верхнегениохской подсвиты. Породы ахеянской свиты и среднего горизонта верхнегениохской подсвиты относятся преимущественно к <низким> мергелям, <Высокие> известняки рассматриваются как карбонатная, а <низкие> мергели - как глинистая составляющие цементной шихты.

На индивидуальных месторождениях, эксплуатируемых карьерами, вскрывается та или иная часть (сотни метров) продуктивного разреза флишевой толщи. С учетом содержания главных компонентов добываемого сырья (табл. 29) производится его шихтовка.