Химические и физико-химические свойства карбонатных минералов плато Устюрт

АННОТАЦИЯ

Исследованы минералогические, физико-химические и физико-механические свойства карбонатных минералов Устюртского месторождения. Показано, что породы состоят в основном из известковых и мергелистых минералов на основе карбоната кальция СаСО₃. Карбонатные породы представлены в виде мелоподобных загипсованных мергелей и буровато-серых аргоногенно-детрисусовых известняков.

ABSTRACT

Have been analyzed mineralogical, physico-chemical, and physico-mechanical character of carbonic minerals having Ustyurt origin. Have been proved that the minerals consist mainly of lime and marl minerals based on carbon calcium CaCO₃. Carbonic minerals looked as chalk-like gypsum marl and dark gray argon detrisus limestone’s.

Ключевые слова: карбонат, минерал, известняк, мрамор, мел, глина, мергель, порода, Устюрт.

Keywords: carbonate, mineral, limestone, marble, chalk, clay, marl, rock, Ustyurt.

Введение. Карбонатные минералы широко распространены в Каракалпакстане, выявлены 37 месторождений известняка, мрамора, мергеля и мела.

Известняк (главным образом углекислая известь) – порода органического или химического происхождения. Образуется из раковин моллюсков, оболочек инфузорий, из материала коралловых полипов. Мрамор (кристаллический известняк) – продукт перекристаллизации разнообразных известняков под влиянием высокой температуры и большого давления. Мергель относится к известковым породам. Главные составные части – известняк с примесью глины и небольшого количества песка. Мел – мягкая рыхлая горная порода, легко рассыпающая на мелкие куски [1].

Объект и методы исследований. Объектом исследований являются карбонатные минералы плато Устюрт. Месторождения Устюртских известняков, по данным геологов, представлены крепкими мелкозернистыми и ракушечными известняками белого, светлого, темно-серого и местами розового и голубоватого цвета. Покрывающими породами являются серо-зеленые и желтоватые глины, желтые песчанки, песчано-глинистые отложения и щебенистые наносы, мощность пород – 0,5 м.

Карбонатно-глинистые породы, названные геологами мергелями, распространены на территории плато Устюрт довольно широко.

Мергели – это осадочные глино-карбонатные горные породы, включающие карбонатную (кальцит, доломит) и глинистую (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды) части с примесями кварца, полевых шпатов и т.д. В зависимости от соотношения карбонатных и глинистых компонентов возможен непрерывный ряд: известняк мергелистый – 90–95 % СаСО₃, известковый мергель – 75–90 % СаСО₃, натуральный мергель – 40–75 % СаСО₃ и глинистый мергель – 20–40 % СаСО₃ [4]. Мергелистый известняк в основном используется для производства низкосортной извести, известковый мергель – для производства гидравлической извести и ИБВ, натуральный мергель является ценным материалом в производстве портландцемента [3].

В работе использованы рентгенофазовые, минералогические, структурно-механические, ДТА термографические, химические и другие методы исследования. Съемка рентгенограмм была произведена на дифрактометре ДРОН-05. ДТА осуществлен на Q-Дериватографе системы Ф. Паулик, Н. Паулик и Л. Эрдейа.

Полученные результаты и их обсуждение. Исследование физико-химических и физико-механических свойств карбонатных минералов Устюртского месторождения показывает, что породы состоят в основном из известковых и мергелистых минералов на основе карбоната кальция СаСО₃. Карбонатные породы представлены мелоподобными загипсованными мергелями и буровато-серыми аргоногенно-детрисусовыми известняками.

Вопрос использования карбонатно-глинистых пород плато Устюрт для нужд производства строительных материалов и строительства практически еще не решен. Геологоразведочные работы, выявившие характер залегания, структуру и химический состав пород, определили возможность использования карбонатно-глинистых отложений плато Устюрт для производства вяжущих материалов. Отмечено значительное разнообразие химико-минералогического состава, простирания и мощности залегания пород различных месторождений.

Для практического использования принято несколько систем классификации. Нами использована технологическая классификация Кинда – Окорокова как наиболее приемлемая для систематизации карбонатно-глинистых пород плато Устюрт. Геологическим управлением определены выход и обнажение карбонатно-глинистых пород плато Устюрт. Установление их места в тройной диаграмме известково-глинисто-магнезиальных пород позволяет судить о возможности технологического использования пород [2].

По классификации тройной диаграммы Кинда – Окорокова в плато Устюрт преобладают магнезиальные мергели, магнезиально-глинистые и глинистые мергели. Менее распространены магнезиально-известковая глина, известковая глина, мергель и магнезиально-известковый мергель.

По классификации Кинда – Окорокова породы, относящиеся к известнякам, магнезиальным известнякам, известковым доломитам и доломитам, пригодны для производства воздушной извести. В частности, известковый мергель, магнезиально-глинистый известняк, магнезиально-известковый мергель, глинисто-известковый доломит и глинистый доломит могут быть использованы для производства гидравлической извести, а мергель и магнезиальный мергель – для получения романцемента.

Экспериментальными исследованиями, выполненными в лабораторных условиях, подтверждается возможность пользования классификации Кинда – Окорокова для предварительной оценки карбонатно-глинистых пород плато Устюрт.

Исследованы 8 проб пяти месторождений, результаты исследований и классификация пород даны в тройной диаграмме СаО – SiO₂ + R₂O₃ – MgO на основании данных валового химического анализа.

Таблица 1.

Химический состав карбонатных минералов, %

Данные табл. 1 свидетельствуют о значительном присутствии гипса в пробах № 3 и 5 Устюртского месторождения, что, безусловно, сказалось на технологических свойствах этого сырья. Положение других проб Устюртского месторождения в тройной диаграмме известково-глинисто-магнезиальных пород также несколько смещено в сторону СаО.

Действительное положение проб сырья, содержащего гипс, фактически должно быть смещено в сторону более высокого содержания глинистых и магнезиальных составляющих. Чтобы определить место породы на диаграмме в соответствии с количеством карбонатных и глинистых составляющих, содержание СаО в породе должно быть уменьшено на количество, связанное в гипсе.

Наличие в природе карбонатно-глинистого сырья со значительным содержанием гипса обусловливает целесообразность разработки четырехчленной классификации, полнее учитывающей технологические свойства классифицируемых пород. В настоящее время вполне возможна и целесообразна оценка карбонатно-глинистых пород плато Устюрт на основании классификации Кинда – Окорокова. Содержание гипса в породах может быть учтено расчетом. Влияние гипса на технологические свойства сырья и качество вяжущего материала может быть определено на основании известных по этому вопросу данных.

Химико-минералогический состав Устюртских карбонатно-глинистых пород разведанных месторождений представляет собой смесь карбонатов кальция и магния, соединений кремнезема и глинозема (в виде глинистых частиц), некоторого количества сульфата кальция в виде гипса, небольшого количества растворимых солей серной и соляной кислот. Содержание карбонатов кальция и магния колеблется в широких пределах – от 8 до 84 % CaCO₃ и от 0 до 16 % MgCO₃. Значительны также колебания глинистых примесей – от 1 до 84 %.

Химические анализы проб известняка Айбуйирского месторождения показывают, что количество СаСО₃ – 94,52 %, МgCO₃ – 1,74 %, SiO₂ + AI₂O₃ + Fe₂O₃ – 2,34 %, и по содержанию карбонатов кальция, магния и глинистых примесей он относится к классу «А». При соблюдении технологических и теплотехнических условий обжига из карбонатной породы Айбуйир возможно получить известь воздушную кальциевую 1-го и 2-го сорта.

Физико-химические свойства карбонатно-глинистых минералов плато Устюрт свидетельствуют о возможности их использования для производства различных вяжущих и строительных материалов в виде воздушной извести, строительной извести, известково-белитового вяжущего, гидравлической извести и романцемента.

Таким образом, минералогические и физико-химические исследования мергелей месторождений плато Устюрт Республики Каракалпакстан показывают, что они могут быть прекрасными сырьевыми материалами для получения на их основе вяжущих материалов, широко используемых в народном хозяйстве.

Список литературы:

1. Минерально-сырьевые ресурсы Узбекистана. Ч. 1–2. – Ташкент : ФАН УзССР, 1977. – 553 с.
2. Туремуратов Ш.Н., Бекбосынова Р.Ж. Силикатные изделия на основе известково-белитовых материалов, полученных из местных мергелей республики Каракалпакстан // Universum: химия и биология. – 2019. – № 10 (64). – С. 42–45.
3. Turemuratov Sh.N., Abilova A.J. Study of the processes of hydration structure formation in lime-belite binders on the basis of marls of the Republic of Karakalpakstan //Austrian Journal of Technical and Natural Science. – 2019. – № 7–8. – P. 64–68.
4. Turemuratov Sh.N., Kurbaniyazov S.K., Akeshova M.M. Physico-mechanical properties of lime ware binding materials affected by applied substances and undergone hydro-thermal treatment // Journal of Materials and Applications. – 2015. – P. 1179.