Omskvorota.ru

Строим дом
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Глинисто карбонатный цемент это

Глинисто карбонатный цемент это

Зональность цементации терригенных коллекторов в полосе их выклинивания

О.В. БЕСКРОВНАЯ (ВНИГРИ)

Для успешного поиска литологических и стратиграфических залежей нефти и газа важно знать закономерности поведения коллекторов в зонах выклинивания не только во время осадконакопления, но и в процессе диагенеза и катагенеза. Это позволяет устанавливать поисковые признаки приближения к линии выклинивания и осуществлять прогноз качества коллекторов.

На примерах изучения песчаных пород месторождений Усинского, Возейского, Ярегского (Тимано-Печорская провинция, средний девон), Среднеботуобинского (северо-восточный склон Непско-Ботуобинской антеклизы, нижний кембрий), Руденковского (ДДВ, визейский ярус, пласт В-26), Пынянского (Внешняя зона Предкарпатского прогиба, сарматский ярус), Восточно-Выступовического (Припятский прогиб, задонско-елецкие слои, фаменский ярус), Вэнгапурского (центральная часть Западно-Сибирской плиты, нижний мел, пласт БВ10) нами была разработана методика литологических исследований при поисках структурно-стратиграфических и литологических ловушек УВ. Рассматриваемые породы залегают на разных глубинах.

Особое внимание автор уделил изучению вещественного состава цемента и процессам, способствующим образованию в нем некоторых аутигенных минералов.

Так, песчаники Пынянского газового месторождения представлены полевошпатово-кварцевыми разностями с глинистым, глинисто-карбонатным и реже кварцевым (регенерационным) цементом. Наиболее интересны песчаники с карбонатным (кальцитовым) цементом. Вблизи линии выклинивания, в первой зоне, развиты песчаники с глинистым цементом, далее во второй зоне глинистое вещество диспергировано — песчаники с глинисто-карбонатным цементом, в третьей зоне, наиболее удаленной от линии выклинивания, глинистое вещество также диспергировано — песчаники с преобладающим содержанием карбонатного или кальцитового цемента, кальцит тонко-мелкозернистый, участками значительно перскристаллизованный. К линии выклинивания перекристаллизации песчаных пород резко уменьшается, количество кварцевого цемента не превышает 1 — 2%. В рассматриваемых песчаных породах процесс растворения проявлялся недостаточно отчетливо и, очевидно, был слабо развит.

В продуктивных песчаниках Среднеботубинского месторождения, состоящих из кварцевых и полевошпатово-кварцевых разностей, вблизи линии выклинивания в песчаниках преобладает гидрослюдистый и гидрослюдисто-хлоритовый цемент (хлорит порового типа), далее идет зона песчаников в основном с карбонатным (кальцитовым) и хлоритовым цементом, последний преимущественно пленочного типа. В следующей зоне доминируют песчаники с сульфатно-карбонатным цементом. Кварцевый цемент отмечается повсеместно, но в незначительном количестве (не более 3 %). Именно здесь, в районе Среднеботуобинского месторождения, где широко развиты соли в виде как пластов, так и цементов терригенных пород, распространены процессы разуплотнения, способствующие повышению емкостных свойств пород и условиях пласта в результате выноса из порового пространства пластовыми водами наиболее легкорастворимых солей.

В первой зоне содержание хлоритового цемента порового типа составляет до 10 %, гидрослюдистого до 8%; во второй зоне хлоритового цемента пленочного типа до 10 %, в виде пятен отмечается крупнозернистый кальцитовый цемент; в третьей зоне содержание сульфатного цемента доходит до 25%.

Таким образом, в зоне, ближе всего расположенной к линии выклинивания, преобладают песчаники с гидрослюдистым и гидрослюдисто-хлоритовым цементом, что позволяет предполагать, что осадки формировались в условиях относительно слабого химического разложения минералов и неполного выноса щелочей и щелочных земель. Благодаря отсутствию калия в морской воде существовала благоприятная среда для образования гидрослюд из продуктов изменения различных минералов.

Хлорит, отмечаемый в цементе песчаников, образовался в результате раскристаллизации неоднородной массы глинистого вещества в диагенезе и на начальных этапах катагенеза. Возникновение пленочного хлорита шло в диагенезе из интерстиционных растворов кремния, железа, алюминия. Появление хлорита нами связывается с процессами аутигенного минералообразования, которые в зоне аридного литогенеза играют значительную роль. По мнению отдельных исследователей, она возрастает с повышением солености вод водоема [2, 3, 7].

Высокоминерализованные воды, характерные для данных отложений, служили источником элементов, необходимых для образования гидрослюд и хлорита, таких, как натрий, калий, магний.

Представляет интерес развитие карбонатного (кальцитового) цемента. В диагенетическую стадию формировался мелко-среднезерниетый кальцит с реликтами мелкозернистого и со следами слабой коррозии обломочного материала. Затем происходила более интенсивная перекристаллизация кальцита уже в сформировавшейся породе с образованием крупных кристаллов и более интенсивной коррозией зерен кварца. На процессы перекристаллизации большое влияние оказало повышенное содержание сульфатных веществ, в частности ангидрита. В цементе песчаников отмечается преимущественно вторичный ангидрид, который образовался, по-видимому, в результате смешения вод разного состава (одни воды сульфатные и обеднены кальцием, а другие обогащены им), а также повышения температур.

Аналогичное распределение цементации отмечается в песчаниках Вэнгапурского месторождения. Вблизи линии выклинивания преобладают песчаники с гпдрослюдистым цементом, далее идет зона гидрослюдисто-хлоритового цемента и затем зона хлоритового цемента (хлорит пленочного типа). Тонкозернистый кальцит превалирует вблизи линии выклинивания, коэффициент конкрециеносностн, по В.И. Высоцкому [5], составляет 30 %, уменьшаясь вдали от линии выклинивания до 20 %. Интересно распределение биотита: в зонах, наиболее удаленных от линии выклинивания, его количество менее 5 %, а в близкой к ней 12 %, реже 25 %. Иногда гидратированные, разбухающие пластинки биотита настолько деформированы, что имеют вид сплошной буроватой, слабополяризующей массы. Надо отметить, что по слюде развито черное ОВ, содержание которого вблизи линии выклинивания составляет до 15 %. Одна из характерных форм изменения биотита в рассматриваемой зоне — почти полное его разложение, сопровождающееся резким расширением объема пластинок с формированием “бочковидных” образований. Любопытно замещение биотита кальцитом. Кальцит тонко-мелкозернистый, широко распространенный в первой зоне, внедряется по плоскостям спайности, замещает отдельные пакеты биотитовой пленки; участками оказывается уничтоженным все зерно. Гидрослюды и смешаннослойные сростки — аллотигенные минералы, и их распределение контролируется законами механической дифференциации, что соответствует точке зрения многих исследователей [3. 4. 6].

Представляют интерес песчаники Руденковского месторождения, залегающие на значительно больших глубинах, имеющие кварцевый и полевошпатово-кварцевый состав. На кварц приходится 60-90 %, на полевой шпат 10- 25 %. отмечается незначительное количество слюд. Вблизи линии выклинивания зерна кварца оконтурены каемками гидрослюдистых продуктов, которые их корродируют. Необходимо отметить, что содержание полевого шпата к линии выклинивания повышается, достигая 34 %. Исследования показали, что и в других ловушках литологического типа его количество возрастает по направлению к линии выклинивания.

Вблизи линии выклинивания преобладают песчаники с глинисто-карбонатным цементом, далее идет зона песчаников в основном с карбонатным (кальцитовым) цементом и более удаленная зона — с каолинитовым цементом.

Особое место в рассматриваемом регионе занимает глубинная каолинитизация, агент которой — воды с высоким содержанием органических кислот, высоким рСО 2 , с низким значением рН, агрессивные по отношению к кальциту и щелочным глинистым минералам, содержащим калий. Количество каолинита в песчаниках доходит до 12%. Наиболее важными минералогическими индикаторами здесь являются катагенный кальцит — индикатор выщелачивания карбонатов — и эпигенетический каолинит.

Читайте так же:
Залив пола цементом дома

До сих пор мы рассматривали литологическое выклинивание. Не менее важны и стратиграфические зоны выклиниваний, примером которых являются песчаники Усино-Колвинского мегавала, где в направлении от линии выклинивания выделяются зоны кварцевого каолинитового и глинисто-карбонатного цементов. Наиболее интересна зона каолинитового цемента (см. рисунок ). Песчаники имеют кварцевый и существенно кварцевый состав во всех рассматриваемых зонах.

В первой зоне кварцевый (регенерационный) цемент составляет до 10 %, глинистый цемент диспергирован и представлен мелкими чешуйками гидрослюды и смешаннослойных образований. Каемки кварца здесь появились в основном в стадию диагенеза. Углекислота находилась главным образом в свободной форме и способствовала понижению рН среды до слабокислой реакции. Дополнительным источником кварца второй генерации, безусловно, служил кремнезем, перешедший в поровый раствор вследствие растворения обломочных зерен на контактах при сдавливании на глубине.

Во второй зоне содержание каолинитового цемента составляет 12 %, в виде примесей присутствует кальцит и тонкочешуйчатый хлорит. Крупночешуйчатый каолинит заполняет как поры, так и трещины, отмечается пигментация каолинита битумом. Мы придерживаемся мнения, что каолинит образуется при наложенных процессах. Более логично связывать появление каолинита с внедрением в породы углекислых, вод. Наиболее вероятно, что перемещению растворов способствует разность рН, обусловившая образование каолинита в кислой среде, а в щелочной — кальцита.

В третьей зоне преобладает глинисто-карбонатный цемент, глинистый цемент представлен гидрослюдистыми минералами, а карбонатный — кальцитом. Именно в диагенетическую стадию формировался мелкозернистый кальцит со следами слабой коррозии обломочного материала, а в более позднюю стадию происходила более интенсивная перекристаллизация кальцита в сформировавшейся породе с образованием крупных кристаллов и более интенсивной коррозией зерен кварца, иногда с их полным замещением. Осаждение кальцита непосредственно связано с химической неустойчивостью кварца, который при наличии кальцита неизменно растворяется в виде хорошо выраженных корродированных поверхностей, а также замещается кальцитом. Можно считать, что кварц и кальцит в процессе диагенеза и катагенеза находятся в обратных реакционных соотношениях, которые контролируются изменением величины рН, парциального давления СО 2 и температуры. Интенсивность растворения кальцита более высокая на участках, расположенных вблизи линии выклинивания.

Как видно, именно характер катагенетических процессов оказал существенное влияние на перераспределение вещественного состава цемента. При изучении последнего нельзя забывать о гидродинамическом режиме осадконакопления, оказывавшем влияние на его формирование. Так, в спокойной гидродинамической обстановке отлагались тонко-мелкозернистые осадки, здесь доминируют гидрослюда и смешаннослойные образования ряда гидрослюда-монтмориллонит с содержанием набухающих слоев до 70 %. В такой зоне каолинит встречается эпизодически в виде примесей. В зоне наиболее гидродинамически активной преобладает каолинит (Усинское, Возейское, Руденковское месторождения).

Таким образом, закономерности изменения как первичных, так и вторичных свойств цементов контролируются конфигурацией линии; выклинивания и обусловлены особенностями, осадконакопления. Знание закономерностей развития зон цементации и первичных особенностей пород позволяет правильнее вести поиск подобного типа ловушек. Несомненно, основные перспективы обнаружения залежей нефти и газа будут связаны с полосами песчаников, лучше отсортированных, более мобильных, более зрелых, совпадающих с зонами активной среды осадконакоплення и развития песчаников с каолинитовым, кальцитовым цементом порового типа и хлоритовым цементом пленочного типа.

Границы зон цементации коллекторов совпадают с трендами осадконакопления или субпараллельны им в случае литологической ловушки. Если же речь идет о стратиграфической ловушке, то тренды осадконакопления субпараллельны простиранию конседиментационных структур, а границы зон цементов — линии выклинивания, что лишний раз подчеркивает вторичную природу цементов.

  1. Викулова М.Ф. Методическое руководство по петрографо-минералогическочу изучению глин. М., Гостоптехиздат, 1957.
  2. Ратеев М.А. Глинистые минералы в отложениях аридной зоны палеогена Ферганы. — Докл. АН СССР, 1958, т. 123, № 1, с. 166-169.
  3. Ратеев М.А. О соотношении аллотигенного и аутигенного глинообразования в различных типах литогенеза. — Литология и полезные ископаемые, 1964, № 2, с. 39-62.
  4. Сахибгареев Р.С., Питкевич В.Г. О происхождении глинистых минералов на примере продуктивных отложений Усть-Балыкского месторождения нефти (Западная Сибирь). — Докл. АН СССР, 1967, т. 176, № 4, с. 910-913.
  5. Сидоренков А.И., Высоцкий В.И. Конкреционный анализ — метод палеотектонических реконструкций. — Сов. геология, 1977, № 8,с. 21-32.
  6. Страхов Н.М. Образование осадков в современных водоемах. М., Изд. АН СССР, 1954.
  7. Страхов Н. М. Закономерности состава и размещения аридных отложений. М., Гостоптехиздат, 1962.

Поступила 9/XI 1981 г.

Зона преимущественного развития песчаников с цементом: 1 — кварцевым, 2 — каолинитовым, 3 — глинисто-карбонатным (кальцитовым), 4 — скважина; 5 — условная линия выклинивания пород среднего девона

Песчаник: терминология характеристики классификация осадочных горных пород

Главная страница » Песчаник: терминология характеристики классификация осадочных горных пород

Песчаники рассматриваются важной группой осадочных пород. Предполагается, что объективная оценка процентного содержания осадочных пород, классифицируемых как песчаники, составляет около 25%. Определить, что подразумевается под термином «песчаник», однако, совсем непросто. Все осадочные частицы размерами от 0,05 до 2 мм, по сути, являются песком, независимо от состава.

Попытки составления терминологии «песчаник»

Терминология «песчаника» для месторождения песка, в отличие от размера песчаного зерна, видится более сложной. Чтобы осадочную породу охарактеризовать песком, «большинство» частиц должны находиться в диапазоне песчаных размеров.

Но что значит «большинство»? Сколько более мелкого и / или более крупного материала допускает состав песка?

Учёными предпринимались различные попытки установить терминологию для смесей песка и более мелкого / крупного осадка с количественными границами.

Однако теоретически стандартной классификации не существует. На картинке ниже показаны два способа работы (верхние треугольники) со смесью песка, глины, ила.

Один способ «рациональный», составлен с учётом логичности и симметрии, другой отражает морскую геологическую практику.

Там же – в нижней части картинки, показаны два способа исследований (нижние прямоугольники) смеси песка и гравия. Первый способ — идеализированный и симметричный, второй способ отражает использование поля.

Табличные способы работы: А – смесь песка, глины, ила; B – смесь гравия и песка; П – песок; Г – глина; И – ил; ГЛ – галька; ГР – гравий; 1, 13, 22, 24 – песок; 2 – глина + песок; 3 – песчаная глина, 4, 16 – глина; 5 – песчаная илистая глина; 6 – глинистый песок; 7 – песчано-глинистый ил; 8 – илистый песок; 9 – песчаный ил; 10 – илистая глина; 11 – глинистый ил; 12, 18 – ил; 14 – грязь-песок; 15 – песок-глина; 17 – грязь; 19, 21, 23 – гравий; 20 – песок

Трудности различия песчаника и конгломерата, с одной стороны, а также песчаника и алевролита, с другой стороны, достаточно схожи. Если горная порода содержит много ила с песком, таковая обычно классифицируется илистым песчаником.

Если же горная порода содержит много гравия и песка, такой материал логично классифицировать гравийным (галечным) или конгломератным песчаником.

Однако в составе горной породы не должно быть много гравия. По мнению некоторых специалистов, только содержимое гравия на 10-20% или того меньше, позволяет классифицировать горную породу конгломератом.

Пески (песчаные отложения), между тем, допускаю составы:

  • кремнеземистые,
  • карбонатные,
  • эвапоритовые,

в случае выдуваемых ветром или переносимых водой частиц гипса на поверхностях игровых площадок в пустынях.

Но как только месторождение достаточно литифицировано под классификацию песчаника, термин применяется исключительно к силикатным породам, но не карбонатам. В случае обломочных карбонатных пород, частицы которых имеют размер песка, термин «известняк» имеет приоритет над термином «песчаник».

Различные характеристики песчаников

Существует множество характеристик песчаников, каждая из которых определяет неким образом эту осадочную породу. Часто встречаются следующие:

  1. Песчаники обладают чрезвычайно широким диапазоном основ композиции — от полного кварца до небольшого количества кварца и большого количества полевого шпата и / или фрагментов породы.
  2. Песчаники также показывают чрезвычайно широкий спектр текстур, от качественно отсортированных и хорошо округленных, до хаотичных и полуугловатых.
  3. Сортировка и округление структурных зёрен, как правило, различаются, но есть важные исключения.
  4. Основа композиции и структурная текстура тесно взаимосвязаны. Песчаники с различным структурным составом имеют, как правило, плохо отсортированные и плохо закругленные структурные зёрна. Песчаники с полностью кварцевой основой, как правило, имеют хорошо отсортированные и хорошо закругленные структурные зёрна, но опять-таки есть важные исключения.
  5. Осадочные структуры в песчаниках, как первичные, так и вторичные, являются распространёнными, заметными и чрезвычайно полезными для интерпретации условий осадконакопления в большей степени, чем в других породах.

Как определить песчаник среди других пород?

Логично выполнить изыскательскую работу на присутствие в составе наносных (детритовых) зёрен. Для такой работы подойдёт обычная ручная линза (увеличительное стекло). Если песчаник довольно мелкий и богат матрицей, этот фактор способен, однако, затруднить изыскания, особенно если порода демонстрирует переход к метаморфизму.

Насколько сложным является момент определения наличия осадочной породы, к примеру, по отношению к такому природному объекту, что представлен на картинке, демонстрирует практика исследований

Нередко породу классифицируют известняком только потому, что порода растворяется в кислоте. Но этому может способствовать карбонатный цемент или небольшой процент карбонатных зёрен либо окаменелостей, присутствующих в настоящем песчанике.

В действительно сложных ситуациях по исследованию, при абсолютном напластовании, всегда есть вероятность предположить песчаник, а не какой-нибудь другой вид породы. Но в реалии исследователь может иметь дело с вулканической магматической породой.

Ниже отмечен аннотированный перечень других типов пород, вполне способных интерпретировать песчаник:

  • вулканические,
  • известняки,
  • граниты,
  • низкоуровневая золотодобыча.

Для варианта фельзических (кислых) вулканогенных отложений существует истинная градация, где многие фельзические вулканические породы внешне схожи с определёнными «обычными» песчаниками. В случае мафических вулканитов, некоторые тёмно-серые граувакки сильно схожи с базальтами / андезитами.

Вариации промежуточных случаев для песчаника

Для варианта известняков, помимо того факта, что существуют действительно промежуточные случаи, когда одна часть структуры является карбонатной, а другая — силикатной, некоторые тёмные неископаемые известняки внешне выглядят как песчаники.

Для варианта гранитов, грубые, хорошо цементированные песчаные породы, богатые полевым шпатом, сильно похожи на граниты. Тщательное изучение текстуры и возможность увидеть принадлежности напластования, как правило, помогают достигать точного определения.

Образцы: 1, 2 — халцедоны, связанные компактно с разными оттенками серо-бежевого цвета; 1 — тёмными тонами выражены вкрапления гидроокиси марганца или дендритов; 3 — связующий компактный тип с остатками силицированных розовых песчаников; 4 — с фрагментами песчаника

Наконец, с вариантом низкоуровневой золотодобычи проблема заключается в суждении о том, где провести черту. Черту под песчаником поможет подвести список свойств этой породы.

«Фундаментальные» свойства песчаника

«компонентный» состав обычно содержит:

  • минералы,
  • обломки пород,
  • окаменелости,
  • органическое вещество.

Текстура осадочной структуры, как правило, отличается:

  • размером зерна,
  • формой зерна,
  • расположением зерна.

«Дериватные» свойства песчаника

  • химический состав;
  • объёмная плотность;
  • цвет;
  • прочность (растяжение, сжатие, сдвиг);
  • пористость;
  • проницаемость;
  • скорость упругой волны;
  • электрические свойства;
  • теплоемкость;
  • теплопроводность и т.п.

В дополнение к этому, есть ряд других важных вещей, которые допустимо описать, но которые не вписываются в приведенный выше список:

  • рыхлость (степень уплотнения или литификации);
  • разделяющие характеристики;
  • развитие расщепления породы;
  • характеристики выветривания;
  • склон / формирование скалы.

Составляющие песчаников (частичный обзор)

Минеральный скелет:

  • кварц (обычно доминирующий);
  • полевой шпат (шпат >> плагиоклаз; обычно частично изменён; микроклин > ортоклаз);
  • фрагменты породы (кремень / кварцит действуют как кварц; другие не устойчивы);
  • тяжелые минералы (разнообразные; большинство минералов; редки в изобилии);
  • слюды (обычные, малой % долей; мусковит >> биотит);
  • обломочные карбонаты (смеси распространены меньше, чем законченные структуры);
  • глауконит (локально, иногда в богатых кварцем породах).

Пустой заполнитель:

  • кварц (как вторичные гипертрофии);
  • кварц (в виде рекристаллизованного аморфного кремнезёма);
  • кремень (аморфный кремнезём);
  • кальцит (реже доломит);
  • гематит (первичный или вторичный);
  • экзотика (ангидрит, гипс, барит, галит, сидерит и т. д.);
  • матрица (мелкий материал, не аутигенный);
  • мелкозернистые нефиллосиликаты (кварц, полевой шпат, карбонаты);
  • мелкозернистые филлосиликаты (начинаются как глинисто-минеральные грязи, перекристаллизовываются в «серицит», «белую слюду», хлорит);
  • богатые филлосиликатом фрагменты крупных горных пород.

Классификация песчаников по принципу трёхмерного треугольника

Много усилий ушло на разработку рациональных классификаций песчаников — больше, чем для других осадочных пород. Геологи согласны с тем, что классификации важны и полезны не только для общения, но и для организации мышления.

Качественно сделанная классификация может помочь выявить основные закономерности, которые необходимо объяснить. Существует много разных видов классификации. Обычно проводится различие между генетической и описательной классификацией.

При классификации пород существует общее согласие, что лучшая классификация — это описательная, тогда как за основу берётся генетическая. Преимущество генетической классификации в том, что этот вариант более объективен, но одновременно ориентирован на происхождение породы.

Проблема с классификацией песчаника, подобной эолийской, в том, что интерпретация условий осадконакопления встроена, что не защищает от ошибки.

Ниже отмечены некоторые из важных генетически основанных определяющих параметров, которые можно использовать:

  • происхождение,
  • минералогическая зрелость,
  • текстурная зрелость,
  • осадочная среда,
  • диагенез.

Почти все без исключения разработанные классификации использовали первые три из параметров списка. Большое количество классификаций было официально предложено в печатном виде. Все классификации, кроме нескольких, однако, принесли мало пользы на практике.

Большинство представляют не более чем исторический интерес на данный момент времени. Наиболее широко используемыми остаются сейчас только три классификации. Получили названия по именам учёных:

  • Петтиджон,
  • Поттер,
  • Сивер.

Технология классификаций показана на картинке ниже в виде трёхмерной модели:

Классификация песчаников по принципу Петтиджон, Поттер, Сивер: QTZ – кварц; FS – полевой шпат; RF – фрагменты породы; A – арениты; W – граувакки; M – сланцы; PM – процентная матрица (

Основная идея классификации заключается в том, что существует два широких текстурных вида песчаников:

  1. Арениты, без заметной мелкой матрицы вместе с минеральным скелетом.
  2. Граувакки, с ощутимой мелкой матрицей вместе с минеральным скелетом.

Внутри каждого из этих классов песчаника имена присваиваются на основе процентного содержания трёх основных компонентов структуры:

  1. Кварца.
  2. Полевого шпата.
  3. Фрагментов породы.

Однако отмеченные классификации допустимо использовать только в ограниченной степени в данной области. Эти варианты предназначены для тонких работ.

Видится, например, полезным применение в полевых условиях, только если песчаник довольно грубый. Если обнаруживается невозможность применения в полевых условиях, остаётся петрология – составление треугольных композиционных диаграмм.

При помощи информации: SbGeo

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Глинисто карбонатный цемент это

Типичным сырьем в технологии портландцемента являются известняк и глина.

Месторождения мергеля, сформировавшиеся в результате совместного осаждения известняка или мела и глины в водных бассейнах, встречаются реже. В России используют чаще мел и глину. Стоимость сырья составляет 25. 30% от себестоимости цемента. Соотношение ме­жду компонентами в под­готовленной сырьевой смеси

составляет по массе 75. 80% карбоната кальция и 20…25% глины. За­вод, выпускающий 1,8-2,4 млн. т цемента в год, потребляет 3. 4 млн. т мела и 720. 960 тыс. т глины.

Известняки — наиболее распространенная осадочная, горная порода. Под термином «известняк» подразумеваются многочисленные разновид­ности карбоната кальция, но, как правило, это два минерала: кальцит и арагонит. Кальцит, наиболее распространенный в земной коре минерал, формирует массивы известняковых гор, образующихся при различных геологических процессах. Самостоятельной разновидностью карбоната кальция органогенного происхождения является мел — мягкая, слабосцементированная порода, содержащая 98. 99% карбоната кальция в виде скелетных остатков фораминифер — простейших корненожек. Мел имеет сильно развитую внутреннюю пористость и высокую удельную поверхность, значительно превышающую все другие разновидности карбонатных пород. Мел залегает большими толщами на территории Русской платформы в районах Белгорода, Брянска, Курска, юга Воронежской области, Мордовии, Средней Волги, Славянска в Украине.

Мощные толщи меловых отложений достигают 30. 80 м. Качество известняковых пород зависит от их структуры. Считают, что мелкозернистый (менее 0,01 мм ) кальцит мела легче взаимодействует с кислотными оксидами глины. СаО, выделившийся из плотных мраморовидных извес т няков, реагирует медленнее, отдельные кристаллы кальцита в известняка могут быть повышенной твердости в сравнении с основной породой недостаточно измельченными поступают в печь. Несмотря на большой расход энергии на помол сырья, с установкой печей большой длины высокая плотность известняка часто рассматривается технологами как положительный фактор.

При низкой естественной влажности плотные известняки позволяют работать с пониженной влажностью шлама. Кроме того, при помоле сырья плотного известняка нет переизмельченных частиц (диметром 5 мкм и меньше), трудно улавливаемых в электрофильтрах и выносимых из печей с отходящими газами. Удается осуществить хороший контакт сырьевых реагентов при обжиге.

Сильно развитая внутренняя поверхность мела обусловливает как избыточное обводнение шлама для перемещения по заводским коммуникациям, так и ограниченный контакт частиц мела и глины на начальных этапах обжига.

Кроме структуры сырья важно постоянство химического состава поступающего из карьера известняка. Кремниевые включения в виде так называемого карста, кремниевые желваки и кварцевые зерна нежелатель­ны. Равномерно распределенные, ограниченные глинистые примеси по­вышают однородность сырьевой смеси.

Химический состав известняков, используемых цементными заводами, характеризует высокое содержание СаО (47. 55%). Допустимо примене­ние пород, в которых СаО не менее 42% при работе на газе и мазуте и 44% СаО при работе на угольном топливе. Использование известняка при меньшем, чем указанные величины СаО, возможно при условии, если второй компонент вносит в сырьевую смесь недостающее количество ок­сида кальция.

Ввиду близости ионных радиусов с ионом кальция (1,04Ả) в известня­ках могут содержаться примеси ионов Мп 2+ (0,91), Fe 2+ (0,80), Zn + (0,83) и Mg 2+ (0,74) [3,23]. Допустимое содержание MgO — 3,2%.

Карбонатные породы

Промышленность использует различные карбонатные породы: осадочные известняки и их разновидность—мел, доломиты и их разновидность — доломитовую муку, мергели, гидротермальные травертины, карбонатные породы карбонатитовых комплексов, известковые туфы. Существует ряд классификаций карбонатных пород, в том числе кальциевых их разностей.

В промышленности используется и такое образование карбонатного состава, как «ракушка», представленное еще не литифицированным осадком, состоящим из раковин и их обломков (иелеципод и других организмов).

Между известняками, сложенными преимущественно кальцитом, и доломитами, состоящими в основном из доломита, существует ряд смешанных карбонатных пород. Границы между различными разновидностями этого ряда не общепризнаны. Согласно предложению С. С. Виноградова, границей между известняками и слабодоломитизированными известняками следует считать породу, содержащую 1,2% МgО, а если в ней MgO от 4 до 10%, то ее относят к доломитовым известнякам, в многодоломитовом известняке MgO 10—17%, в сильномергелистом доломите 19,67—21,42%, в чистом доломите 21,86—21,42%.

Существует ряд переходных разностей между карбонатными породами различной магнезиальности и глинами (магнезиальные мергели, мергелистые доломитовые известняки и др.).

Состав карбонатных пород играет большую роль в их оценке. Для большинства отраслей промышленности наиболее благоприятен однородный состав. Неоднородность состава вызывает непостоянство физико-механических свойств. Прослои, особенно тонкие, глинистых и песчано-глинистых пород, карстовые полости, заполненные обломочным материалом, наличие желваков кремня и другие неоднородности осложняют технологический процесс переработки сырья.

В качестве отрицательного явления следует отметить присутствие выделений сульфидов (пирита, марказита и др.), зерен полевых шпатов, слюд, глауконита, а в большинстве случаев и фосфата. Для некоторых отраслей промышленности (стекольной, производство белого цемента и др.) повышенное содержание железа считается вредным, В промышленности карбонатные породы используются благодаря особенностям их состава и ряду свойств. К этим свойствам относятся механическая прочность, белизна, способность образовывать при помоле определенной формы частицы, декоративность, диэлектрические особенности, объемная масса, твердость (небольшая твердость обусловливает способность к распиловке и невысокую абразивность, но повышенную истираемость), пористость, огнеупорность и др.

Карбонатные породы в процессе использования подвергают механической обработке (дроблению, измельчению, распиловке и пр.), более глубокой термической, химической и др. Прочность карбонатных пород на сжатие в воздушно-сухом состоянии колеблется от 30—80 МПа у известняков-ракушечников, до 40—140 МПа и реже более 200 МПа. Только дроблению подвергают карбонатные породы при использовании их в качестве рваного камня — щебня и бута. При этом в оценке качества сырья большое значение имеют механические свойства, определяемые прочностью в водонасыщенном или сухом состоянии, морозостойкостью, сопротивлением удару и др., а также водопоглощением, дробимостыо, коэффициентом размягчения, износом в полочном барабане и др.

Например, камень, используемый в качестве щебня для бетона гидротехнических сооружений, должен иметь прочность на сжатие в водонасыщенном состоянии не менее 50 МПа; дробимость в цилиндре в сухом состоянии, определяемую по потере массы через определенное время дробления, не более 10% для сооружений зоны переменного уровня воды и 14% для подводных и надводных частей сооружений; морозостойкость, определяемую числом циклов попеременного замораживания и оттаивания (в водонасыщенном состоянии), — не менее 100; объемную массу не менее 2,4—2,3 г/см3.

Для щебня, используемого в дорожном бетоне, прочность на сжатие в водонасыщенном состоянии для верхнего слоя покрытий дорог дожна быть не менее 80 МПа, а для нижнего — не менее 60 МПа. В целом же для бутового камня в зависимости от характера использования минимальная прочность на сжатие может колебаться от 10 до 80 МПа. Распиловке подвергаются карбонатные породы для получения штучного камня — это облицовочные блоки, стеновые камни, бортовые камни, брусчатка и т. д.

Кроме ряда физических (или, как их называют, физико-механических) свойств при оценке сырья для изделий этого типа учитывают выход продукции из горной массы, в ряде случаев его декоративность, а также возможности утилизации отходов, получаемых при добыче и переработке. Декоративность имеет большое значение при использовании камня для облицовки, а также для изготовления художественных изделий. Для скульптурного мрамора существенное значение имеют не только характер окраски и структура породы, но и просвечиваемость (глубина просвечиваемости, определяемая толщиной пластины, способной к просвечиванию). Для камня, применяемого дли изготовления плит для полов, большое значение имеет истираемость.

Часть карбонатных пород используется в виде так называемой: крошки, диаметр частиц 0—40 мм. Например, мраморная крошка для изготовления мозаичных и декоративных строительных деталей подразделяется на три класса: 0—5; 5—10 и 10—20 мм; прочность на сжатие — не менее 50 МПа в воздушно-сухом состоянии. Мраморная крошка для изготовления декоративных штукатурок, мозаичных бетонов и растворов подразделяется на четыре класса 0,63—5; 5—10; 10—20 и 10—40 мм; минимальная прочность на сжатие 30 МПа в водонасыщенном состоянии. Крошка карбонатных пород используется и для изготовления асфальта бетонных и битумоминеральных смесей и других изделий.

В естественном молотом виде карбонатные породы применяются в сельском хозяйстве (для известкования почв, как минеральная подкормка и др.), в кабельной промышленности, для которой важна изометричность частиц и их диэлектрические свойства, в лакокрасочной промышленности, в медицине, при производстве резины, линолеума, бумаги и т. д.

Большое значение имеют карбонатные породы для производства вяжущих веществ, в том числе строительной извести и особенно цементов. Для получения строительной извести применяют известняки и доломитовые известняки; для гидравлической извести — глинистые известняки, содержащие 8—20% глинистого компонента. При обжиге известняка получается жженая известь СаО, которая при затворении с водой дает гашеную известь (пушонку). Гашеная известь при смешивании с водой дает известковое тесто, а при добавлении воды и песка — строительный раствор.

Если в известняке количество глинистых веществ до 3—5%, то из такого известняка получают жирную известь, если больше — тощую известь (серую). Наличие MgO замедляет гашение. По составу к гидравлической извести (способной затвердевать в воде) близок роман-цемент. Сырье или сырьевая смесь для производства роман-цемента должны иметь гидравлический модуль (отношение CaO + MgO к сумме SiO2 + Аl2О3 + Fe2О3) от 1,3 до 1,7, в то время как у гидравлической извести оно составляет от 1,7 до 9). Роман-цемент относится к относительно низкокачественным вяжущим веществам, и его производство резко сокращено. Более ценный продукт — портландцемент, но при производстве его к сырью предъявляют ряд требований.

Исходная, подлежащая обжигу минеральная смесь (шихта) должна иметь определенный состав. Обычно шихту составляют из известняка и глинистых пород — глин, суглинков, аргиллитов, лёссов и др. Иногда глинистая часть заменяется доменным шлаком, остающимся после выплавки чугуна, сланцевым коксом, золой горючих сланцев, белитовым (нефелиновым) шламом, получаемым при извлечении из нефелина глинозема, и др., например, применяются порфироиды, можно использовать вместо глин базальты. В некоторых случаях применяются природные смеси, отвечающие составу шихты — мергели-натуралы.

Один из основных показателей нормального состава шихты — коэффициент насыщения. Этот коэффициент колеблется в пределах 0,82—0,95. Необходимо выдерживать кремнеземный (п) и глиноземный (р) модули.

Предел колебания п 1,2—3,5, р 1—2,5. Если основные компоненты шихты не обеспечивают кремнеземный модуль из-за низкого содержания SiO2, то в шихту вводят кварцевый песок, маршаллит, опоки, трепелы и другие кремнистые продукты; если низка железистость шихты, то добавляют богатые железом продукты: пиритные огарки, колошниковую пыль, железные руды. При низком содержании А1203 вводят бокситы и другие высокоалюминиевые продукты. Кроме того, состав шихты контролируется составом исходных пород.

В продукте обжига шихты — клинкере — содержание MgO должно быть не выше 4,6%, редко до 6%, ТiO2 не выше 0,3%, редко до 4— 5%. В процессе обжига шихты образуются трехкальциевый силикат (аллит, двухкальциевый силикат (белит), трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит, содержание (в %) которых соответственно 42—65; 15—50; 2—15 и 10—25.

В клинкере может остаться некоторое количество СаО, поэтому ее следует связать, добавляя в клинкер продукты, способные взаимодействовать с СаО. Такие добавки называют активными или гидравлическими. К гидравлическим добавкам относятся горные породы разного генезиса: осадочного — диатомиты, трепелы, опоки и спонголиты; пирометаморфического — глиежи; вулканогенного и вулканогенно-осадочного — пеплы, пемзы, туфы, туфолавы; некоторые цеолитовые породы; витролипариты и др.; выветрелые основные породы — диабазы, базальты. Кроме того, к ним относятся некоторые техногенные продукты — доменные шлаки, белитовый шлам, топливные золы, отходы керамики (битые и бракованные кирпич и черепица и др.).

Кроме гидравлических добавок в клинкер добавляют гипс, регулирующий время схватывания бетона. Цемент получается в результате помола клинкера с вышеназванными добавками. После затворения цемента водой и добавок заполнителей получают бетон. В качестве заполнителей тяжелых бетонов используют гравий, песок, щебень; для легких бетонов — различные горные породы и продукты их переработки. В естественном виде легкими заполнителями являются осадочные породы — известняки-ракушечники и вулканогенные породы — вулканические шлаки, пемзы и пумидиты (пеплы).

При термической обработке из осадочных пород — глин, глинистых илов и суглинков — получают керамзит, аглопорит и другие, легкие заполнители; из диатомитов и трепелов — гермолит; из вермикулита, формирующегося в процессе выветривания — вспученный вермикулит; из вулканогенного перлитового сырья (водосодержащих стекловатых пород) — вспученный перлит. Легкими заполнителями могут служить и некоторые техногенные продукты (металлургические шлаки, фосфозит и т. д.).

Существует ряд специальных видов цемента — цветные, беложгущиеся, тампонажные и др. Тампонажные цементы, используемые при бурении, получают из шихты, состоящей из известняков и бокситов. Расширяющиеся цементы приготовляют на основе глиноземистого цемента и гипсо-известкового сплава, а высококремнеземистые— на основе перлита.

Алюмофосфатные цементы характеризуются высокой жаростойкостью. Можно получить цемент, используя красные шламы (отходы алюминиевой промышленности), феррохромовые шлаки (отходы ферросплавного производства). Имеются сульфотодержащие цементы, для получения которых используют отходы туковой промышленности (фосфогипс), и ряд других разновидностей цементов.

В химической промышленности кальциевые карбонатные породы применяются в производстве кальцинированной соды, кормового преципитата, суперфосфата, карбида кальция, едких калия и натрия, хлорной извести и др. Главное требование — высокая чистота сырья.

Известняк входит в состав стекольной шихты; основная вредная примесь здесь — хромофоры, в том числе железо, марганец и др.

Большое количество карбонатных пород используется в металлургии. Доломиты применяют как огнеупоры (в том числе смодо-доломитовые), а также для извлечения магния. Кальциевые карбонатные породы широко используются в качестве флюса (в том числе при производстве чугуна и стали, глинозема, олова, свинца, никеля, меди и т. д.); при этом имеют значение не только химический состав карбонатных пород, по и их механические свойства (прочность, кусковатость), а также в производстве силикатного кирпича (как основной компонент), строительной керамики, меловых промывочных жидкостей для бурения скважин, химически осажденного мела и др.

Доломиты применяют в производстве стекла, минеральной ваты, глазури, стекольного волокна, совелита, электросталеплавпльном производстве, производстве сульфитной целлюлозы, магнезиальной извести, при известковании кислых почв и т. д.

Карбонатный портландцемент

Карбонатный портландцемент — еще один вид смешанного цемента с микронаполнителями, который с успехом используют в строительстве уже достаточно долго. Он не содержит активных минеральных добавок, но при этом позволяет создавать остаточно прочные, а главное незаменимые асбестоцементные изделия. Такой смешанный цемент имеет вполне умеренную стоимость, но высокую эффективность, чем и привлекает строителей.

Основные характеристики

Карбонатный портландцемент – это вяжущий материал, который состоит из вполне знакомых всем ингредиентов, однако отличается от стандартного цемента без каких-либо добавок.

Смесь изготавливается из нескольких элементов:

  • Цементного клинкера, который присутствует во всех цементах, вне зависимости от вида и марки. Клинкер занимает около 50 процентов от всей массы и имеет достаточно тонкий помол;
  • Доломита или известняка, причем количество его совсем не малое,- от 30 до 50%.

Что касается качества клинкера, то специалисты советуют использовать для создания карбонатного портландцемента материал с большим содержанием глины, а также трехкальциевого алюмината (более 13%). В целом, добавочные компоненты являются полностью инертными, ведь использование активных добавок при создании такого карбонатного материала просто не разрешено.

Свойства и особенности

Отличительной чертой карбонатного портландцемента считается сниженное выделение тепла при гидратации, которое становится возможным при ступенчатом помоле всех ингредиентов.

Инертные добавки особых свойств раствору не придают, но могут повлиять на прочность и имеют особенности твердения. Так, для работы с этим материалом требуется небольшое количество воды, кроме этого он характеризуется:

  • Особенным помолом, значительно более тонким, чем стандартный цемент. Величину помола просто проверить с помощью сита. Как правило, остаток при прохождении сквозь сито 02, должен быть не более 2%;
  • Отсутствием активных добавок;
  • Кристаллической структурой
  • Повышенным содержанием углекислого магния.

Что касается скорости схватывания, то она высокая. В среднем, бетонный раствор начинает застывать уже через 30 минут после заливки и полностью затвердевает уже через 5 часов.

Особенности использования

Карбонатный цемент не применяется повсеместно и имеет вполне простые и понятные задачи. Уже долгий период времени он используется не только для заливки фундаментов, но и для изготовления стандартных асбестоцементных изделий. Хоть инертный доломит не оказывает прямого влияния на свойства изделия, они в любом случае оказываются очень прочными, твердыми и, конечно же, недорогими, ведь добавки значительно снижают себестоимость готового элемента.

Карбонатный цемент обязательно поможет заказчику, который решил возвести временный мост или избавиться от части цементного стакана. Несмотря на твердость и прочность, застывший бетон очень боится соляной кислоты и полностью разрушается под ее воздействием, что тоже нужно учесть перед началом работ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector