Мел (chalk)

Содержание

-Общие сведения о меле.

-Физико-химические свойства мела.

-Крупные месторождения мела.

-Кальций – щелочноземельный элемент 2-й группы периодической системы.

-Марки мела и их назначение.

-Что такое мел?

-Что представляет собой известняк?

-Интересные факты о caco3.

-Известняк – один из наиболее распространенных минералов

-Известняк – животное или растительное происхождение?

-Древнейшее строение на земле построено из известняка

-Мел – Саксонские корни

-Как из мела была сделана паста

-Кальций – 5-й наиболее часто встречающийся в организме элемент

-Известняк встречается только на Земле и возможно на Марсе

-Мел для грифельной доски на самом деле не мел

-Яичная скорлупа – идеальный источник кальция

-Е170 – известняк

-Геологическая справка.

-Производство известняка.

-Использование известняка с доисторических времен до наших дней.

-История использования мела и продуктов на его основе.

Сфера применения мела

-Сырьё.

-Обжиг

-Особенности производства

-Геологическая практика на меловом карьере

-Общие сведения о минералах и горных породах.

-Использование горных пород КМА как сырья стройиндустрии.

-Характеристика карьеров

-Минералогический состав мела

-Применение мела

Мел – применение в различных отраслях промышленности.

-Использование мела в бумажной промышленности.

-Использование мела в животноводческой отрасли.

-Использование мела в резинотехнической отрасли.

-Использование мела в стекольной отрасли.

-Использование мела в строительной промышленности.

-Известняк (мел)

-Запасы мела

-Мел карбонатная порода (разновидность карбоната кальция)

-Российские месторождения мела

-Кальцит - лечебные свойства

Мел — это белая горная порода, мягкая и рассыпчатая. Мел не растворяется в воде.

В составе мела обычно находится незначительная примесь мельчайших зёрен кварца и микроскопические псевдоморфозы кальцита по ископаемым морским организмам (радиолярии и др.) Нередко встречаются крупные окаменелости мелового периода: белемниты, аммониты и др. Его элементы относятся к семейству щелочноземельных металлов, которые составляют подгруппу периодической системы элементов.

Мел. Его скармливают в мелкоразмолотом виде в качестве источника кальция. Если мел загрязнен, его промывают, высушивают и дают в смеси с концентрированными кормами. В 100 г мела содержится 36-39 г кальция. Примерная норма мела взрослым лошадям - 30-70 г, молодняку - 20-50 г в сутки.

Общие сведения о меле.

Известняк (мел) в современной мировой индустрии является широко используемым материалом. Развитие отраслей резинотехнической и электротехнической, полимерной, лакокрасочной и др. промышленностей требует увеличения выпуска качественных наполнителей, к которым в первую очередь относится мел. Ежегодное потребление природного мела в кусковом, дробленом и измельченном виде в развитых странах превышает 150 млн.т. В США и Стране кленового листа ежегодно производится свыше 7,5 млн. т. молотого мела и более 15 млн. т. в Европе.

Мел как широко доступный наполнитель приобретает исключительно важное значение для многих производств. Отличительная особенность этого природного материала связана с тем, что он легко добывается и перерабатывается при относительно небольших расходах. Добыча и переработка мела не вызывает серьезных экологических нарушений. Запасы мела практически неограниченны во многих Европейских странах, странах бывшего СНГ и в Российской Федерации. Мощный меловой пояс простирается через весь Европейский континент, включая север Франции, южную часть Великобритании, Польшу, проходит через Украину, Российскую Федерацию и смещается в Азию – Сирию и Ливийскую пустыню. Запасы мела распределены по территориям неравномерно: около 48 – 50 % запасов качественного мела с высоким содержанием известняка и магния, минимальным содержанием вредных примесей сосредоточены в Российской Федерации; около 32 – 33 % на Украине и немногим более 12 % в Белоруссии.

Имеются небольшие по запасам месторождения в Казахстане, в Литве и Грузии. Общие балансовые запасы мела в Российской Федерации оцениваются в 3300 млн. т. при неограниченных прогнозных запасах. Белгородская область имеет практически неограниченные прогнозные ресурсы мела. Всего в области разведано 29 месторождений мела с суммарными запасами 1000 млн. т. Наиболее крупными месторождениями мела являются Лебединское, Стойленское и Логовское.

При этом на Лебединское и Стойленское месторождения приходится 75 % разведанных запасов мела Белгородской области. Эти два месторождения эксплуатируются по добыче железных руд, где мел является вскрышной породой. Ежегодно на перечисленных месторождениях добывается и вывозится в отвалы свыше 15 млн. т. Мела, где он безвозвратно теряется. Только незначительная его часть (около 5,0 млн. т.) используется для производства цемента и получения молотого мела. Помимо традиционных потребителей мела за последние годы появились новые потребители, такие как целлюлозно-бумажная промышленность, где вместо каолина начали применять высокодисперсный мел.

Также мел начали применять для раскисления кислых почв, было доказано, что его активность на 30 % выше, чем у известковой муки. Мел карбонатная порода (разновидность карбоната кальция) почти полностью сложенная кальцитом (91-98,5%). Внешне это белая слабо цементированная, тонкозернистая, пачкающаяся порода, именуемая «белый писчий мел». В составе мела различают три основных форменных элемента кальцитового состава как биогенного, так и аутогенного происхождения. Органические остатки слагают обычно большую часть породы (до 75 %). В главной массе они представлены скелетными оболочками планктонных водорослей-кокколитофоридов, а также фораминифер (иногда до 40 %). Размер скелетных остатков составляет 5-10 мкм. Переменное, но иногда существенное значение (10-90%) имеет порошкообразный кальцит с частицами размером 0,5-2 мкм. Меньшее развитие принадлежит более крупным (5-10 % мкм.) хорошо Нограниченным кристаллам кальцита.

Встречаются раковины иноцерамов (местами до 13 –20 %), остатки криноидей, морских ежей, кораллов. В незначительном количестве, обычно до 5, реже до 10-12 % присутствуют пелитоморфные некарбонатные примеси, в основном терригенного, реже аутогенного происхождения: кварц, полевые шпаты, глинистые минералы (глауконит, каолинит, гидрослюда, монтмориллонит), опал, халцедон, пирит и др. Местами встречаются конкрекции кремня. В меловых толщах наблюдается развитие крупных выдержанных трещин – пластовых и вертикальных, заполненных меловой мукой. На поверхностных выходах сеть трещин сильно сгущается.

При пропитке образцов мела маслом в них проявляются скрытые жильчатые структуры в виде переплетающихся мельчайших трещин, а также следы многочисленных ходов червей – илоедов. Накопления белого писчего мела являются специфической особенностью позднемеловой эпохи и встречаются почти во всех ярусах верхнего мела, начиная от сеномана и до масстрахта включительно. Мелоподобные известняки распространены в третичных отложениях, в палеозое меловые накопления не сохраняются, преобразуясь в различные известняки. Возможности промышленного использования мела определяются как составом слагающих его компонентов, так и их структурными особенностями, от которых в основном зависят физико-механические свойства породы. Мел в своей основе – мономинеральная порода биохимогенного происхождения, сложенная кальцитом – CaCO 3. В составе этого минерала теоретически содержатся 56,03 % CaO и 43,97 % СО 2 . Кальцит кристаллизуется в тригональной сингонии. Спайность совершенная по ромбоэдру. Твердость по шкале Мооса 3, плотность 2,72 г/ M3. Основной диагностический признак- «вскипание» от капли соляной кислоты (5-10 %), тем более бурная, чем меньше зерна кальцита. Цвет кристаллов бесцветный, белый. При нагревании на воздухе кальцит диссоциирует при температуре 800-900 ?С. Процентное содержание в меле карбонатов характеризует его качества, определяет технологию производства и пригодности меловой продукции для различных отраслей народного хозяйства.

Изучению минералогического состава и текстурно-структурных составляющих посвящено много работ. По химическому составу меловые породы более однородны на месторождении и отличаются по основным составляющим элементам в незначительных пределах. Карбонатная часть мела состоит из трех групп компонентов: органических остатков (растительные, животные); кристалликов кальция с четко выраженными гранями; порошкового кальцита. Органические остатки - это основная составляющая мела и состоит из планктонов, кокколитофорид, фораминифер и др. Кокколитофориды- это одноклеточные известковые водоросли, от которых в теле сохранились кокколиты и рабдолиты. Последние в меле встречаются очень редко. Кокколиты самой различной плоской формы и размеров, в пределах 2-5 мкм, есть во вех известковых отложениях мелового периода Днепровско-Донецкой впадины, чаще в виде плоских пластинок, блюдец, выпуклых дисков, иногда попарно соединенных перемычкой. Рабдолиты имеют вытянутую форму: форму трубочек, стерженьков, столбиков или палочек иногда с диском или раструбом на конце. Их содержание достигает 50 %. Порошковый кальцит-одна из составных частей мела и мергелей, его содержание в некоторых меловых породах достигает 60 %. Некарбонатная часть чаще всего в меле представлена кварцем, полевыми шпатами, опалом, халцедоном и др.

Содержание некарбонатных пород невелико, но они значительно усложняют технологию получения высококачественного мелового порошка.Природный мел по физико-структурным признакам и составу подразделяются на 4 типа, характеристика которых приведена в таблице.

Физико-химические свойства мела.

Изучением физико-химических свойств природного мела занимались многие исследователи главным образом в инженерно геологическом плане. Было установлено, что мел относится к жестким палускальным породам. Его прочность во многом зависит от влажности. Временное сопротивление сжатию в воздушно-сухом состоянии изменяется от 1000 до 4500. Сухой мел имеет модуль упругости от 3000 МПа (для рыхлого мела) до 10000 МПа (для плотного) и ведет себя как упругое тело. Угол внутреннего трения мела равен , сцепление в условиях всестороннего сжатия достигает 700-800. При увлажнении прочность мела начинает снижаться уже при влажности 1-2%, а при влажности 20-30% прочность на сжатие увеличивается в 2-3 раза, при этом появляются пластические свойства.

Проявление вязко-пластических свойств природного мела с увеличением его влажности приводит к серьезным осложнениям в технологии при его переработке. От этого происходит налипание мела на элементы транспортных средств (ковш экскаватора, кузов самосвала, питатель, ленточный конвейер).

Наблюдается залипание валковых зубчатых дробилок. Это приводит в некоторых случаях к отказу добычи мела с нижних обводненных горизонтов, хотя по качеству мел нижних горизонта относится к качественному мелу. Природный мел практически не обладает морозостойкостью, после нескольких циклов замораживания и размораживания он распадается на отдельные кусочки размером 1-3 мм. Это явление в некоторых случаях является положительным фактором. Так, например, при использовании мела в качестве мелиоранта для раскисления почвы не обязательно его измельчать до крупности – 0,25 мм (известняковая мука), а можно вносить в почву дробленый мел до – 10 мм. При замораживании и размораживании с ежегодным перепахиванием почвы кусочки мела разрушаются и его действия по нейтрализации почвы сохраняются длительное время. Как уже отмечалось, мел состоит в основном из двух основных частей – карбонатная часть, растворимая в соляной и уксусной кислотах (карбонаты кальция, магния) и некарбонатная часть (глины, мергели, кварцевый песок, окислы металлов и др.) которые не растворяются в указанных кислотах. Карбонатная часть мела на 98-99% состоит из известняка. В небольшом количестве присутствуют карбонаты магния , которые образуют рассеянные в основной массе мела кристаллы магнезиального кальцита, доломита и сидерита. Наиболее приемлемой является классификация по содержанию карбонатов и маркам продуктов из мела.

В приведенной классификации чистым мелом назван почти чистый известняк с незначительными примесями: (амфорфный) - растворимые в воде вещества . Первоначально считалось, что мел это горная масса , которая по химическому составу и физическим свойствам одинакова по всему месторождению. Однако при длительной эксплуатации месторождения и особенно при переходе мелового предприятия на выпуск более качественной меловой продукции было установлено, что на различных участках (горизонтах) мел отличается как по химическому составу, так и по физико-механическим свойствам. В этой связи на некоторых месторождениях мела проводится геолого-технологическое картирование, при котором обозначаются участки качественного мела.

Крупные месторождения мела.

Наиболее крупные месторождения качественного мела находятся в Белгородской области. Разведано свыше 29 месторождений мела с утвержденными запасами 1,0 млрд.т. Прогнозные запасы мела практически не ограничены. К наиболее крупным разведанным месторождениям мела относятся Лебединское и Стойленское, где мел добывается как вскрышная порода. По Лебединскому месторождению утверждены запасы по категории А+В+С1 – 388млн.т., а по Стойленскому по категории С1- 575млн.т. По оценке института «Центрогипроруда» добыча мело-мергельных пород на этих карьерах на период до 2005 года составит порядка 25 млн.т. ежегодно.

Из всего попутно добываемого мело-маргельного сырья только 5,0 млн.т. ежегодно потребляется Оскольским цементным заводом, а остальная часть вывозится в отвалы и теряется безвозвратно. Другим крупным месторождением качественного мела является Шебекинское, Белгородской области. Детальные геологоразведочные работы были произведены на этом месторождении в 1951 году и позднее в 1972 году. Балансовые запасы на 1.01.1997г. составляют 23,5 млн.т., что при производственной мощности завода по переработке мела 350 тыс.т. составляет обеспеченность около 70 лет. По условиям применяемой на заводе технологии переработки мела продуктивная толща мела при подсчете запасов разделена на верхнюю часть «сухого» мела с естественной влажностью около 20% и нижнюю часть «влажного» мела с влажностью более 20%. Соотношение запасов «сухого» и «влажного» мела составляет 2,5. Верхний горизонт до абсолютной отметки 145-150м. меловой толщи характеризуется содержанием до 96-97,5% и нерастворимым остатком 1,5-2,5%. Нижний горизонт до абсолютной отметки 109 м. содержит 97,5-99% и 0,7-1,9% нерастворимого остатка. Мел на Шебекинском месторождении по химическому составу относится к высококачественному мелу и находит широкое применение в различных отраслях промышленности (лакокрасочной, резинотехнической, кабельной, бумажной и др.) В период 1956-1957гг. было разведано новое месторождение мела в Белгородской области – Петропавловское, расположенное в 3-х км. от ст. Беломестное Юго-Восточной железной дороги.

По качеству мел не уступает мелу Шебекинского месторождения, а по некоторым показателям даже превосходит его. Полезная мощность меловой толщи составляет 30 м. Мел выходит почти на поверхность и мощность вскрыши составляет всего 2-3м. Высокое качество природного мела обеспечило на ЗАО «Мелстром» производство высококачественной продукции для многих отраслей промышленности (лакокрасочной, резинотехнической, полимерной и др.). На базе собственного мела организовано производство красок, шпаклевок и др. материалов.

Одним из старейших месторождений мела, эксплуатируемых уже несколько десятилетий, является Белгородское, расположенное практически в черте города. В геологическом строении месторождения принимают участие, кроме верхней толщи мела, третичные и четвертичные отложения. На базе этого месторождения работает Белгородский комбинат строительных материалов (БКСМ), который производит известь, силикатный кирпич и порошковый мел. По своим химическим свойствам мел этого месторождения можно отнести к качественному, но он имеет более плотную структуру и при измельчении без классификации получить кондиционный товар не представляется возможным. Из других разведанных месторождений Белгородской области с высоким качеством мела можно отметить Волоконовское, Чернянское, Фироновское, Чураевское. К месторождениям с запасами менее качественного мела Белгородской области можно отнести Валуйское, Заслоновское, Знаменское, Казацкие бугры и Корочанское. Мел этих месторождений содержит относительно низкие показатели (82-87%) и засорены другими примесями. Из этого мела без глубокого обогащения получить качественную продукцию не представляется возможным. Без обогащения этот мел может быть использован для производства извести и применяться в сельском хозяйстве как мелиорант для раскисления почвы. Месторождения мела Воронежской области относятся к туронконьякскому возрасту.

Мел имеет высокое содержание (до98,5%) и низкое содержание некарбонатных примесей – менее 2%, обогащен амфорным кремнеземом, принесенным, очевидно, из сантонских отложений. Залегает мел в непосредственной близости к поверхности и прикрыт элювием мела или четвертичными отложениями.

Характерной особенностью мела месторождения Воронежской области является его водонасыщенность. Содержание влаги в меле достигает 32%, что вызывает серьезные затруднения при его добычи и переработке. К наиболее крупным месторождениям Воронежской области можно отнести Копанищенское, Бутурлинское, Крупренниковское и Россошанское. Меловая толща на Копанищенском месторождении колеблется в пределах 16,5-85 м.(средняя 35 м.). Вскрыша представлена почвенно-растительным слоем и составляет всего 1,8-2,0 м. По вертикали толща мела разделяется на две пачки, из которых нижняя содержит до 98%, а верхняя несколько меньше (96-97,5%). Бутурлинское месторождение с предельно однородным белым мелом турунского яруса с мощностью от 19,5 до 41м. мощность вскрыши доходит до 9,5 м. и представлена растительным слоем, мергелями, песчаниками и песчано-глинистыми образованиями. Содержание карбонатов кальция и магния достигает 99,3%, при относительно ебольшом количестве некарбонатных составляющих.

Кальций – щелочноземельный элемент 2-й группы периодической системы.

Соединения кальция известны с древних времен, однако до 17 в. об их природе ничего не знали. Египетские строительные растворы, которые исользовались в пирамидах Гизы, были основаны на частично обезвоженном гипсе CaSO 4 ·2H 2 O. Он же является основой всей штукатурки в гробнице Тутанхамона. Римляне использовали строительный раствор из песка и извести (полученной при нагревании карбоната кальция CaCO 3 ): во влажном климате Италии он был более устойчив.

Название элемента – от латинского calx, calcis – известь («мягкий камень»). Оно было предложено Г.Дэви в 1808, выделившим металлический кальций электролитическим методом. Дэви смешивал влажную кальциевую «землю» (оксид кальция CaO) с оксидом ртути HgO на платиновой пластине, которая являлась анодом. Катодом служила платиновая проволока, погруженная в жидкую ртуть. В результате электролиза получалась амальгама металла, который можно было получить в чистом виде, испарив ртуть. Кальций является пятым из наиболее распространенных в земной коре элементом и третьим по распространенности металлом (после алюминия и железа). На долю кальция приходится около 1,5% от общего числа атомов земной коры. Во многих частях поверхности Земли имеются значительные осадочные залежи мела, которые образовались из остатков древних морских организмов. В них это соединение находится, в основном, в виде минералов двух типов.

Чаще встречается ромбоэдрический кальцит, в теплых морях образуется орторомбический арагонит. Представителями минералов первого типа является сам кальцит, а также доломит, мрамор, мел и исландский шпат. Громадными пластами мела в виде арагонита образованы Багамские острова, о-ва Флорида-Кис и бассейн Красного моря. Другие важные минералы – гипс CaSO 4 ·2H 2 O, ангидрит CaSO 4 , флюорит CaF 2 и апатит Ca 5 (PO 4 ) 3 (Cl,OH,F). Значительное количество кальция находится в природных водах в виде гидрокарбоната. Кальций содержится и в организмах многих животных. Гидроксоапатит Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) является основой костной ткани позвоночных. Из мела, в основном, состоят кораллы, раковины моллюсков, жемчуг, яичная скорлупа.

Металлический кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция, который является побочным товаром в процессе Сольве или образуется в реакции между соляной кислотой и известняком (мелом). Сравнительно мягкий блестящий металл имеет бледно-желтую окраску. Он химически менее активен, чем другие щелочноземельные металлы, так как на воздухе покрывается защитной оксидно-нитридной пленкой. Его даже можно обрабатывать на токарном станке.

 Кальций активно реагирует с неметаллами. При нагревании в кислороде и на воздухе воспламеняется. С водой кальций реагирует с выделением водорода и образованием гидроксида кальция. Он растворяется в жидком аммиаке с образованием темно-синих растворов, из которых при выпаривании можно получить блестящий аммиакат медного цвета Са(NH 3 ) 6 . Металлический кальций используется, главным образом, как легирующая добавка. Так, введение кальция повышает прочность алюминиевых подшипников. С помощью кальция регулируют содержание углерода в чугуне и удаляют висмут из свинца. Он используется для очистки стали от кислорода, серы и фосфора. Его применяют и для поглощения кислорода и азота, в частности, для удаления примесей азота из технического аргона. Он служит восстановителем при производстве других металлов, таких как хром, цирконий, торий и уран. Например, металлический цирконий можно получить из его диоксида: ZrO 2 + 2Ca = Zr + 2CaO. Кальций также непосредственно реагирует с водородом с образованием гидрида кальция СаН 2 , который является удобным источником водорода. Наиболее важным галогенидом кальция является фторид CaF 2 , так как в виде минерала (флюорит) он является единственным промышленно важным источником фтора.

Белый тугоплавкий фторид кальция мало растворим в воде, что используется в количественном анализе. Хлорид кальция CaCl 2 также имеет большое значение. Он является компонентом рассолов для холодильных установок и для заполнения шин тракторов и другого транспорта. С помощью хлорида кальция удаляют снег и лед с дорог и тротуаров. Эвтектическая смесь CaCl 2 –H 2 O, содержащая 30 масс. % CaCl 2, плавится при –55° С. Эта температура существенно ниже, чем в случае смеси хлорида натрия с водой, для которой минимальная температура плавления составляет –18° С. Хлорид кальция применяется и для защиты угля и руды от замерзания при транспортировке и хранении. Его используют в бетонных смесях для ускорения начала схватывания, повышения начальной и конечной прочности бетона. Хлорид кальция является отходом многих химико-технологических процессов, в частности, крупнотоннажного производства соды. Однако потребление хлорида кальция значительно уступает его производству, поэтому около содовых заводов образовались целые озера, наполненные рассолом CaCl 2 . Такие пруды-накопители можно видеть, например, в Донбассе. Наиболее широкое применение из соединений кальция имеют карбонат, оксид и гидроксид.

Самая распространенная форма известняка – карбонат кальция. Смешанный известняк и магния носит название доломит. Карбонат кальция и доломит используются в качестве строительных материалов, дорожных покрытий, реагентов, понижающих кислотность почвы. Их добывают во всем мире в огромных количествах. Известняк (мел) CaCO 3 является также важнейшим промышленным реагентом, который необходим для получения оксида кальция (негашеной извести) CaO и гидроксида кальция (гашеной извести) Ca(OH) 2 . Оксид и гидроксид кальция являются ключевыми веществами во многих областях химической, металлургической и машиностроительной промышленности. Известь СаО производится в огромных количествах во многих странах и входит в десятку химических веществ с максимальным объемом производства. Большие количества извести расходуются при производстве стали, где она используется для удаления фосфора, серы, кремния и марганца. В кислородно-конверторном процессе на тонну стали требуется 75 кг извести. Она заметно продлевает жизнь огнеупорной облицовки. Известь используется также в качестве смазочного материала при вытягивании стальной проволоки и нейтрализации отходов травильных жидкостей, содержащих серную кислоту. Еще одно применение в металлургии – производство магния. Известь – наиболее распространенный химический реагент для обработки источников воды для питья и промышленности. Ее используют вместе с квасцами или солями железа для коагуляции суспензий и удаления помутнения, а также для смягчения воды за счет удаления временной (гидрокарбонатной) жесткости.

Еще одна область применения извести – нейтрализация кислотных растворов и промышленных отходов. С ее помощью устанавливают оптимальное значение рН для биохимического окисления сточных вод. Известь используют и в газопромывателях для удаления диоксида серы и сероводорода из газовых отходов электростанций, работающих на ископаемом топливе, и печей для плавки металлов.

В химической промышленности известь используется при производстве карбида кальция (для последующего получения ацетилена), цианамида кальция и многих других веществ. Важным приобретателем является также стекольная промышленность. Наиболее распространенные стекла содержат в своем составе около 12% оксида кальция. Инсектицид арсенат кальция, который получают нейтрализацией мышьяковой кислоты известью, широко используется для борьбы с хлопковым долгоносиком, яблонной плодожоркой, табачным червем, колорадским жуком. Важными фунгицидами являются известково-сульфатные аэрозоли и бордосские смеси, которые получают из сульфата купрума и гидроксида кальция.

Большие количества гидроксида кальция требуются для целлюлозно-бумажной промышленности. На бумажных предприятиях отработанный раствор карбоната натрия обрабатывают известью для регенерации каустической соды (гидроксида натрия NaOH), используемой в технологическом процессе. Около 95% образовавшейся суспензии мела высушивается и вновь обжигается во вращающихся печах для регенерации оксида кальция. Отбеливающие жидкости для бумажной пульпы, содержащие гипохлорит кальция, получают реакцией извести с хлором.

Производство высококачественной бумаги требует использования специально осажденного известняка (мела). Для этого сначала обжигают карбонат кальция и собирают по отдельности диоксид углерода и оксид кальция. Последний затем обрабатывают водой и вновь переводят в карбонат. Тип образующихся кристаллов, а также их размеры и форма зависят от температуры, рН, скорости смешивания, концентраций и присутствия добавок. Мелкие кристаллы (менее 45 мкм) часто покрывают жирными кислотами, смолами или смачивающими веществами. Мел придает бумаге яркость, непрозрачность, восприимчивость к чернилам и гладкость. В более высоких концентрациях он нейтрализует сильный глянец, вызываемый добавками каолина, и дает тусклый матовый оттенок. Такая бумага может содержать 5–50% (по массе) осажденного известняка (мела). СаСО 3 также используется как наполнитель в резинах, латексах, красках и эмалях, а также в пластиках (около 10% по массе) для улучшения их термостойкости, жесткости, твердости и обрабатываемости. В быту и медицине осажденный мел применяется как средство, нейтрализующее кислоту, мягкий абразив в зубных пастах, источник дополнительного кальция в диетах, составная часть жевательной резинки и наполнитель в косметике.

Известь применяется и в молочной промышленности. Известковую воду (насыщенный раствор гидроксида кальция) часто добавляют к сливкам при отделении их от цельного молока, чтобы понизить их кислотность перед пастеризацией и превращением в масло. Снятое молоко затем подкисляют, чтобы отделить казеин, который смешивают с известью для получения казеинового клея. После ферментации оставшегося снятого молока (сыворотки) к нему добавляют известь, чтобы выделить лактат кальция, который используют в медицине или как сырье для последующего получения молочной кислоты

Марки мела и их назначение.

Наиболее важными требованиями к продуктам из мела (кроме содержания карбонатов) является его крупность – тонина помола, выражаемая остатком на ситах, определенных размеров, или процентное содержание частиц заданного размера (например 90% частиц размером 2,0 мкр.). различные марки мела и их назначения, выпускаемы в Российской Федерации и странах СНГ, приведены в таблице.

Что такое мел?

Во всем мире не найдется человека, который бы за свою жизнь не столкнулся с мелом. В миллионахклассов на Земле школьники пишут мелом на доске. А что бы делал учитель без мела?

А ты знаешь, что вначале мел был животным? В водах океанов существуют различные видымельчайших растений и животных. Одним из них является одноклеточное существо под названием«фораминифера» с панцирем из извести.

Отмирая, они опускаются на океанское дно. Со временем образуется толстый слой из этих панци-рей. Конечно, на это уходят миллионы лет. Постепенно этот слой цементируется и превращается вмягкий карбонат кальция, который мы называем мелом.

Как мы уже знаем, различные изменения на Земле превращали морское дно в сушу. Такоеслучилось в районе пролива Ла-Манш. Слои мела, находившиеся на морском дне, были поднятынад поверхностью моря. Наиболее рыхлые участки были размыты водой, оставив высокие меловыескалы.

Наиболее известные находятся у Дувра на английской стороне и у Дьеппа — на фран-цузской.

В различных районах мира мел залегает вдали от моря, там, где когда-то было море. Пример этому— штаты Канзас, Арканзас и Техас в США. Но самый лучший природный мел получают в Британии.

Сотни лет человек использует мел для различных целей. Мел, которым мы пользуемся в классе,смешивают со связующими примесями, чтобы он не крошился. Лучший мел для школы на 95%состоит из мела. Добавляя различные красители, можно получить мел любого цвета.

После пульверизации, промывки и фильтрации из мела получают белый порошок, которыйприменяется для добавления в замазку, краску, лекарства, бумагу, зубную пасту и различнуюпудру!

Мягкий, мучнистый карбонат кальция; водная углекислая известь, белая краска. | Сев. и вост. дрожди, дрозжи (или мел), в яросл. мель ж. | мел, у ловчих птиц, болезнь, жесткое белое испражненье.

Мелок, меловая палочка, для черченья или для записки картежного выигрыша. Играть на мелок, в долг. Играли на чистые, а сочлись на мелок. Меловой, из мела состоящий и к нему относящийся. Меловые горы. Меловая краска. Меловая белизна. Меловой запах. Меловитый, мелистый, на мел похожий; | несколько мелу содержащий. Меловидный, наружностью на мел похожий. Мелить что, натирать сухим мелом, чертить им. -ся, страд. и возвр. Вымелить замшу.

Домелить что, кончить. Замели мелком, заметь, поставь знак. Мелок измелился. Намелить перевязь, намазать мелом с клеем. Помели еще. Перемелил все. Промелил все утро. Весь замелился, замарался. Меленье, мелка, действие по знач. гл. Меловщик м. торгующий мелом.

Что представляет собой известняк?

Известняк состоит из трех элементов, особенно важных для всех органических и неорганических соединений на земле: углерода, кислорода и кальция. Известняк (CaCO3), белый, твердый, нетоксичный и не имеет запаха. Поверхностные отложения земли содержат более 4% известняка, что делает его одним из наиболее распространенных природных материалов. Известняк встречается в виде окаменелостей во всех частях света, он также является основным компонентом морских раковин и основной причиной жесткости воды. Растворенный в водах рек, морей и океанов, минерал можно также обнаружить в расплавленном состоянии в составе «холодной» карбонатной лавы, или в твердом состоянии в виде сталактитов и сталагмитов или же, как основной компонент целых горных образований.

Интересные факты о caco3. Известняк – один из наиболее распространенных минералов

Известняк составляет более 4% от всей земной коры. Более 20% всех осадочных пород состоит из мела или карбоната кальция.

Известняк – животное или растительное происхождение?

Карбонат кальция – неорганическая осадочная порода, сформированная из останков микроскопических раковин фораминифер. До 1953 года считалось, что мел также происходит из останков фораминифер, но было доказано, что мел в основном состоит из кокколитов, выделяющих известь морских водорослей. Таким образом, известняк имеет и животное, и растительное происхождение.

Древнейшее строение на земле построено из известняка

Пирамида Хуфу, которую обычно называют «Великая пирамида», является старейшей постройкой на земле и состоит из 2,5 миллионов известняковых блоков, каждый из которых весит около 2,5 тонн.

Мел – Саксонские корни

Предполагается, что слово мел произошло от Саксонского 'Hwiting-melu', что в переводе означает «отбеливающий порошок».

Кальций – 5-й наиболее часто встречающийся в организме элемент

Кальций – основная составляющая костей и зубов. Он также необходим для нормального функционирования мышц и нервов.

Как из мела была сделана паста

Паста, слово итальянского происхождения, обозначавшее не только макароны, но и массу, употреблявшуюся художниками при изготовлении пастельных мелков для рисования. Они растирали мел, красящий порошок и жидкий клей на водной основе в однородную массу. Из массы затем формировали карандаши, которые высушивали.

Известняк встречается только на Земле и возможно на Марсе

В трех метеоритах марсианского происхождения АLН 84001, Накла и Шерготти содержится известняк и следы гипса.

Мел для грифельной доски на самом деле не мел

Основа для писчего мела - не карбонат, а сульфат кальция (caso4), который получают из гипса (caso4-2H2O). Мелки также содержат красители, клей и масло в качестве связующего компонента.

Яичная скорлупа – идеальный источник кальция

Скорлупа куриного яйца, по данным исследований венгерских медиков, состоящая на 90% из известняка, является отличным средством для решения проблемы недостатка кальция. Именно кальций карбонат легко усваивается. А скорлупа, помимо всего прочего, содержит все необходимые для нашего организма микроэлементы, такие как медь, фтор, марганец, молибден, железо, фосфор, сера, кремний, цинк и другие.

Е170 – известняк

Е170 (пищевая добавка – известняк, относящаяся к категории красителей) не столько краситель, сколько стабилизатор, препятствующий комкованию.

Геологическая справка.

Известняк встречается в виде белого минерала (кальцита) который присутствует в меле, карбонате кальция и мраморе. Некоторые из этих окаменелостей образовались путем неорганических процессов, но большинство из них - органического происхождения образовавшиеся из останков бесчисленного количества морских организмов. Большинство запасов – это известняки, окаменелости содержащие кальцит, доломит и небольшие примеси железосодержащих карбонатов. Доломит – это бикарбонат кальция и магния, с химической формулой CaMg(CO3)2. Известняки обычно чисто белые. Однако при наличии примесей встречаются самые различные цвета, чаще всего белый, рыжий и серый. Наиболее часто встречающаяся форма организации кристаллов карбонатов кальция естественного происхождения – это гексагональная форма кальцита. Реже встречается арагонит, имеющий обособленную или концентрированную игольчатую трехмерную кристаллическую структуру, обычно в термальных источниках раковины моллюсков и жемчужины состоят из арагонита.

Производство известняка.

Известняк производится 2 способами: путем добычи естественных природных запасов или путем химического осаждения. Химически осажденный известняк производится посредством осаждения или как побочный товар масштабных химических производств.

Использование известняка с доисторических времен до наших дней.

Известняк используется с доисторических времен и до наших дней. История известняка показывает, как на протяжении веков человечество использовало уникальные свойства этого минерала для улучшения качества жизни.

История использования мела и продуктов на его основе.

Сегодня измельченный, в том числе химически осажденный мел является одним из наиболее широко используемых продуктов в индексе промышленного производства. Известняк используется в качестве добавок и наполнителей в различных отраслях, начиная от производства герметиков, строительных смесей, стекла, красок, чернил, бумаги, пластиков и резины, и до кормов для животноводства, фармацевтики, косметической и пищевой промышленности, очистке воды и во многих других.

Сфера применения мела

Цементная промышленность является одной из важнейших отраслей материального производства. Значение этой отрасли в народном хозяйстве определяется прежде всего ее неразрывной связью с ходом капитального строительства.

Цемент - один из главнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов, железобетонных предметов торговли, а так же для скрепления отдельных деталей строительных конструкций, гидроизоляции и многих других целей.

Для строительных нужд вяжущие материалы стали использовать уже в глубокой древности. Первыми искусственными вяжущими веществами были гипс и известь, применявшиеся древними египтянами и греками при возведении монументальных сооружений, сохранившихся до наших дней.

В Великобритании в 1796 году было получено гидравлическое вяжущее вещество - романцемент - измельченный товар обжига природных мергелей. Примерно до середины XIX века романцемент был основным вяжущим веществом, применяемым в гидротехническом строительстве. В 1824г. в Британии, а в 1825г. в Российской Федерации, независимо друг от друга, создали новый материал, который в результате своего внешнего сходства в затвердевшем виде с природным камнем, добываемым вблизи английского города Портленда, получил название портландцемент.

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, гипса и некоторых добавок. Производство складывается из двух основных технологических процессов: получение клинкера и его помол с соответствующими добавками. Первый процесс наиболее энергоёмкий и ответственный, так как от качества клинкера зависят основные свойства цемента.

Существует несколько способов производства портландцемента:

-сухой

-мокрый

-полусухой

-комбинированный

Выбор способа производства зависит от особенностей приготовления сырьевой смеси. Сухой способ предусматривает приготовление сырьевой смеси из предварительно высушенных тонкомолотых компонентов и обжиг их в порошкообразном состоянии. При мокром способе тонкое измельчение и гомогенизацию смеси осуществляют в водной среде. Полученная водная суспензия - шлам направляется на обжиг. Полусухой способ связан с получением гранул из сырьевой смеси, которые затем поступают на обжиг.

Комбинированный способ включает операцию приготовления сырьевой муки по мокрому способу с последующим обезвоживанием её на фильтрах. На обжиг поступает полусухая масса.

Но полусухой и комбинированный способ применяются довольно редко, поэтому основными можно назвать сухой и мокрый способы. Мокрый способ привлекает простотой измельчения сырьевых материалов и их гомогенизации.

Кроме того, он обеспечивает лучшие саеитарно-гигиенические условия работы обслуживающего персонала и, несмотря на то, что этот способ отличается большой энергоемкостью, он получил наибольшее распространение.

Рассмотрим технологический процесс производства портландцемента по мокрому способу подробнее.

Сырьё.

Для производства портландцемента в качестве сырьевых материалов применяют главным образом карбонатные и глинистые породы, а так же другие природные виды сырья и искусственные материалы, получаемы в виде промышленных отходов.

Помимо основных сырьевых материалов в производстве портландцемента используют и различные корректирующие добавки.

Карбонатные породы могут быть представлены в виде карбоната кальция, мела, карбоната кальция-ракушечника, известнякового туфа и т. д. Во всех этих породах наряду с CaCO3 могут содержаться примеси глинистых веществ, доломита, кварца, гипса… Особенно хорошим сырьем является мел, т. к. он легко измельчается при добавлении воды.

В качестве глинистого сырья обычно используют глину или глинистый сланец.

В качестве промышленных отходов на некоторых цементных заводах широко применяются доменные шлаки(отходы от выплавки чугуна), а так же нефелиновый шлам - отход производства алюминия из нефелинов. Нефелиновый шлам может полностью заменить глинистый компонент в сырьевой смеси и примерно на 50% карбонатный.

Приготовление шлама.

Сырье на завод доставляется обычно большегрузным автотранспортом, хотя возможно использование ленточ-ных конвейеров или гидротранспорта.

Иногда цементные заводы строят возле обширных залежей глины. Тогда глина дробится непосредственно на месте добычи и, перемешанная с водой поступает в глиноболтушку непосредственно по нефтепроводам.

Твердые породы предварительно дробят в дробилках (двух- или трехста- дийное дробление) до размеров кусков 8-10 мм. Мяг-кие породы (глину и мел) измельчают в дробилках до кусков размером 100 мм, а затем распускают в глиноболтушках-железобетонных круглых резервуарах диа-метром до 10 и высотой 2,5-3,5 м, футерованных изну-три чугунными плитами. В центре болтушки вращается крестовина с прикрепленными к ней стальными грабля-ми для измельчения глины.

Глину в болтушку подают небольшими порциями вместе с водой. Грабли разбивают большие куски на зерна размером не более 3-5 мм, которые легко рас-пускаются в воде. Полученный шлам насосами перекачи-вается в расходные бункера сырьевой мельницы для по-мола с дробленым карбонатом кальция. Если в качестве карбо-натного сырья используется мел, то его предварительно (после дробления) вместе с глиной распускают в болтушках, а затем домалывают в мельницах. Крупные включения собираются на дне резервуара и периодиче-ски удаляются.

Качество цемента существенно зависит от химического состава сырьевой смеси, поступающей на обжиг. Однако из-за неоднородности сырья химический состав может изме-няться. Поэтому необходимо постоянно следить за хими- ческим составом шихты и корректировать его в процессе работы. Но контролировать состав путём непосредственного забора проб из печи невозможно. Контроль достигается использованием вертикальных и горизонтальных шламбассейнов. Шлам из мельницы подается сначала в первый вертикальный бассейн. Шлам другого состава поступает во второй вертикальный бассейн. Зная точный химический состав этих двух шламов, можно рассчитать состав требуемого шлама. Путем пе-рекачивания нужных количеств шлама из этих бассейнов в третий получают готовый для обжига шлам. При перекачивании откорректированного шлама в вертикальный бассейн его тщательно перемешивают струями сжатого воздуха (аэрируют). Перед подачей в печь шлам из вертикального бассейна перекачивают в горизонталь-ный, где его перемешивают механическим способом.

Порционное корректирование состава шлама - до-вольно длительная и трудоемкая технологическая опе-рация. К тому же этот процесс периодический.

Более перспективен поточный способ приготовления сырьевого шлама.

Химический состав шлама постоянно проверяется автоматически работающими пробоотборниками и рент-геновским квантометром. Шламы из двух бассейнов сме-шиваются и попадают в третий - расходный, пройдя предварительно экспресс-анализ с помощью сложных электронных устройств.

Обжиг.

Обжигают сырьевую смесь (шлам) во вра-щающихся печах различной длины и диаметра. Топливо в виде газа или каменноугольной пыли вдувается в печь с нижнего конца.

Дымовые газы с температурой 150-200 °С удаляются со стороны верхнего конца.

По характеру процессов температурные зоны в печи называют: 1-до 200о- испарения(сушка шлама); 2- 200-800о- подогрева; 3- 800-1000о- декарбонации;

4- 1000-1300о- экзотермической реакции; 5- 1300-1450-1300о- спекания; 6-

1300-1000о- охлаждения.

В зоне 3 происходит процесс разложения CaCO3 по схеме

CaCO3-->CaO + CO2

CaO в свою очередь вступает в соединения с элементами глинистого компонента CaO*Fe2O3; Cao*SiO2; CaO*Al2O3.

В зоне 4 происходит насыщение этих соединений до соответствующих клинкерных материалов. В зоне 5 образуется основная часть портландцементного клинкера - кальцевый силикат 3CaCO*SiO2

Для утилизации теплоты отходящих газов и повыше-ния степени теплообмена между материалом и горячими газами используют различного вида теплообменные уст-ройства. Так, в печах длиной 185 м, работающих по мок-рому способу, применяют фильтры-подогреватели, цеп-ные завесы и металлические теплообменники.

Фильтры-подогреватели устанавливают в холодной части печи на расстоянии 3-5 м. Фильтры-подогревате-ли снижают запыленность отходящих газов до 2-3% и уменьшают затрата теплоты на 210 кДж/кг. Повыше-ние температуры газов и их запыленности приводит к загустеванию шлама.

Влажность шлама, выходящего из фильтра-подогревателя, не должна быть_ниже

33-35%, а температура газов в этой зоне - не более 200 оС.

На расстоянии 1 м от фильтра-подогревателя уста-навливает цепные завесы. Длина цепной зоны 40-50 м, масса цепей 170-225 т, поверхность цепей 3500-4500 м2 . Цепи обычно навешиваются двумя способами: свободно свисабщими концами или гирляндами. Причем последний метод крепления эффективнее. Цепи аккумулируют теплоту газов и передают ее шламу, ускоряя тем самым процесс сушки. Из цепной зоны шлам выходит в виде гранул.

В зон подогрева печи устанавливают металлические теплообменники.

Применение таких теплообменных устройств увеличивает интенсивность подогрева материала, который разделяется на несколько мелких потоков.

Открытая поверхность материала и скорость прогрева увеличивается, а температура газов снижается, что предохраняет цепи от преждевременного выгорания. Однако на этом участке печи резко возрастает пыление материала.

Для снижения пылевыделения рекомендуется следить за влажностью материала, которая не должна превышать 2-3%.

При использовании коротких печей целесообразнее применять запечные теплообменники: концентраторы шлама и распылительные сушилки. Концентраторы шлама увеличивают производительность печи до 25%, а издержка теплоты снижают на 15-20%. Однако применение их сдерживается значительным пылевыделением, т. к. значительная часть шлама пересушивается и потоком горячего газа, что требует установки дополнительных фильтров. Распределительные сушилки из-за сложности работы форсунок, низкого коэффициента паронапряжения, громоздкости конструкции и сложности в эксплуатации не находят широкого распространения.

Клинкер, полученный на выходе из печи подлежит помолу в трубных мельницах открытого или замкнутого цикла. Тонкость помола характеризуется остатком на сите и составляет 8-12% для большинства цементов.

Хранят готовый цемент в цементных силосах - железобетонных ёмкостях диаметром 10-12 метров и высотой 20-25м., вмещающие 2500-4000т. цемента.

Основной качественной характеристикой цемента является его прочность(марка)

Марка цемента соответствует пределу прочности образцов

4*4*16см. на сжатие, изготовленных из раствора1:3 по массе с песком, твердевших 28 суток в воде прт температуре 20-+2 град.

Прочность колеблется от 300 до 600 кгс/см2. Промышленность выпускает цементы марок 400-550, а по особым заказам - М600.

Особенности производства

Производство быстротвердеющего портландцемента (БТЦ), особобыстротвердеющего портландцемента (ОБТЦ), сульфатостойкого портландцемента, пуццоланового портландцемента и других цементов отличается рядом особенностей. БТЦ и ОБТЦ отличаются от обычного портландцемента интенсивным набором прочности в пер-вый период твердения. БТЦ марки 400 через 3 суток обеспечивает прочность при сжатии 25 МПа, а в возра-сте 28 суток 40 МПа, БТЦ марки 500 соответственно 28 и 50 МПа.

Получают БТЦ совместным измельчением до удель-ной поверхности 3500-4000 см2/г портландцементного клинкера с содержанием СзS и СзА около 60-65 % и гипса, содержание которого в пересчете на S0з не должно превышать 3,5 %.

Быстротвердеющий портланд-цемент получают из однородной по составу сырьевой смеси с пониженным содержанием вредных примесей. Использование БТЦ и ОБТЦ в производстве бетонных и железобетонных предметах торговли и конструкциях позволяет сократить время твердения бетона.

Сульфатостойкие цементы, образующие цементный камень, устойчивый к агрессивному действию вод, содержащих сульфатные анионы SО2-4..К этой груп- пе цементов относят сульфатостойкий портландцемент (без добавок и с минеральными добавками), сульфато-стойкий шлакопортландцемент, пуццолановый портланд-цемент. Получают сульфатостойкие цементы измельче-нием клинкера с содержанием СзА не более 5 %, Сз5 - 50 %, СзА+С4АР-22 % с добавками и без добавок.

По ГОСТ 22266-76 (сизм.) сульфатостойкие цементы име-ют марки 300,

400 и 500.

При изготовлении шлакопортландцемента в качестве активной минеральной добавки применяют гранулиро-ванный доменный шлак. Шлак можно вводить не толь-ко на стадии помола, но и при получении клинкера, заме-няя часть глинистого компонента. Это снижает затрата топлива, так как не требуются издержки теплоты на раз-ложение глины.

Сырьевую смесь с использованием шлака можно по-лучать как сухим, так и мокрым способом. Более распро-странен сухой способ, так как при мокром способе шлак быстро расслаивается вследствие выпадания в осадок частичек шлама. Смесь готовят путем совместного по-мола карбоната кальция и шлака в мельницах по замкнутому циклу, причем помол совмещают с сушкой. Если шлак имеет влажность более 10 %, то его предварительно су-шат в сушильных барабанах при температуре не выше 600-700 °С. Повышение температуры приводит к рас-стекловыванию шлака и снижению его активности. Получают шлакопортландцемент помолом в многока-мерных мельницах клинкера, высушенного шлака и гип-са. Количество кислых шлаков в шлакопортландцементе 30-40 %, основных - 50-60 %.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент изготовля-ют более тонким измельчением обычной сырьевой смеси (до 4000-5000 см2/ г), используя для этого двустадий- ный помол: вначале измельчают клинкер, а затем клин-керный порошок, шлак и гипс.

Пуццолановый цемент получают совместным помо-лом клинкера, гипса и активной минеральной добавки (20-40 %). Добавки перед помолом дробят и сушат до влажности 1-2 %. Совместный помол производят в многокамерных трубных мельницах по открытому циклу так как большинство активных минеральных добавок менее прочны, чем клинкер. В случае использования плотной, твердой добавки помол ведут по замкнутому циклу.

Геологическая практика на меловом карьере

На протяжении долгого пути своей истории человек использовал легко доступные материалы. Прошли многие века. Прежде чем он смог превратить некоторые из них в бетон, керамику и стекло, металлы и сплавы. Это привело к коренным изменениям в труде и быте человека.

В настоящее время без применения минералов невозможно развитие важнейших отраслей науки и техники.

Превращение одних веществ и материалов в другие, обладающие заданными комплексом полезных свойств, было и всегда будет главной задачей химии и химической технологии, возможности которых в этом отношении практически неисчерпаемы.

Применение железа человеком началось в 5-3 тысячелетиях до н.э., когда люди начали подбирать метеориты и делать из них орудия труда, охоты и украшения. В 1 тысячелетии до н.э. начали выплавлять железо из руд.

Происхождение и внутреннее строение Земли.

Земля является одной из группы планет вращающихся вокруг Солнца и одновременно вокруг собственной оси. Характерной особенностью планет Солнечной системы является их оболочечное строение. Каждая из планет состоит из концентрационных сфер отличающихся составом и состоянием вещества. Земля отличается азотом и гравитационным полем, которое способно удерживать вокруг планеты газовый слой (атмосфера).

В атмосфере выделяется несколько сфер отличающихся составом, которые расположены в следующем порядке по мере удаления от Земли: тропосфера, стратосфера, лизосфера, термосфера, мезосфера.

Преобладающие химические элементы атмосферы: N, O, Ar.

Гидросфера - это водная оболочка Земли, которая включает в себя все океаны, моря, реки, озера, болота, подземные воды. Преобладающие химические элементы: Н, О.

Биосфера- это оболочка в которой живут организмы.

Земля представляет собой эллипсоид вращения. Температура вблизи поверхности Земли от -880С до +560С.

Экваториал. радиус Земли r = 6378 км, меридиальный =6356 км. Vземли =1,093*1012 км3,

mземли=5.58*1021 т, средняя плотность=5,517 гр/см3

В Солнечной системе планеты движутся одинаковым образом в одной плоскости и в тоже время происходит их вращение аналогичным образом вокруг собственной оси. Это дает основание предполагать, что все планеты солнечной системы образовались в результате одного и того же геологического процесса.

Около 4,5 млрд. лет назад в космическом пространстве в результате ранее протекавших процессов нуклеосинтеза существует весь набор химических элементов составляющих нашу солнечную систему. Химические элементы находящиеся в космическом пространстве в виде межзвездного газа, постепенно концентрируется в протосолнечное облако. При медленном сжатии этого облака начинало образовываться солнце. Вращающееся облако принимало дискообразную форму. Эта стадия являлась началом формирования протосолнечной туманности. Температура туманности падала и газ конденсировался в частицы размером в несколько мм. В следствие механической неустойчивости облако разделилось на группы тел - микропланеты. Они сталкиваясь друг с другом сливались разрастаясь, в конце концов до размера настоящей планеты.

По первой из точек зрения, первоначально планета земля была холодной, однако ее поверхность непрерывно подвергалась бомбардировке падающими метеоритами и астероидами. В местах падений поверхность плавилась и бурлила. В то время поверхность Земли была похожа на лунный ландшафт. В следствие начавшегося распада радиоактивных элементов в недрах Земли, началось плавление вещества, слагающего Землю, ее перемещение и дифференциация то есть начался процесс формирования внутренней биосферы Земли.

Главнейшими методами исследования внутренних частей Земли, являются геофизические(сейсмические) методы, основанные на изучении упругих сейсмических волн создающих продольные и поперечные колебания. Продольные волны распространяются как в жидком так и в твердом веществе, поперечные -только в твердом. Следовательно если вещество не пропускает поперечные систематические волны, то оно находится в жидком агрегатном состоянии. Так же скорость сейсмических волн увеличивается с увеличением плотности вещества. При резком изменение плотности скорость волн скачкообразно меняется.

Ядро Земли является центральной частью планеты, его радиус=3400км. Ядро занимает 16% объемы Земли и содержит более 1/3 массы Земли. Различают внешнее ядро слой ДЕ, которое находится в жидком агрегатном состоянии, а также внутреннее субъядро находящееся в твердом агрегатном состоянии.

Мантия Земли самая мощная из геосфер Земли, занимает 82% объема Земли. В ней сосредоточено 68% массы Земли. На глубине 100-200км в мантии находится пластичный слой атмосферы. Мощность этого слоя различна, но может достигать толщины 200-300км. В сейсмически неустойчивых районах астеносферы. Располагается очень близко к литосфере, а под устойчивыми материалами атмосферы опускается глубже.

Астеносфера играет огромную роль в развитии процесса, в результате термодинамически огромные массы расплавленного вещества, находящихся в астеносфере, поднимаются к поверхности Земли, вызывая движение блоков земной коры.

Земная кора (литосфера).

Твердая оболочка Земли сложена в основном твердыми породами невысокой плотности, которые богаты такими химическими элементами как Si и Ae. В связи с этим земная кора часто носит название сиалической оболочки (сиаль). Средняя толщина земной коры составляет 35км, в горных районах-70км, под океанами и морями 5-12км.

От мантии Земли земная кора отделена четкой границей, которая носит название поверхность Мохо. Различают континентальную кору (суша), океаническую кору (кора, находящаяся на дне океана), кора переходной области (океанический шельф).

Континентальная кора состоит из базальтового, осадочного и гранитного слоев.

Океаническая кора состоит только из базальтового и осадочного слоев.

Континентальная состоит из щитов, платформ и геосинклинальных поясов. Щиты и платформы являются очень устойчивыми жесткими структурами, не способные к деформации (например: Канадский и Финоисландский щиты, Русская-Украинская платформа).

Щиты и платформы обрамлены геосинклинальными поясами (складчатые пояса) в пределах которых происходит горообразующий процесс. В этих местах происходят частые землетрясения, и наблюдается вулканическая деятельность.

Океаническая кора.

Средняя длина океанов ниже уровня моря составляет 4,8км. Океаническое дно в целом представляет собой однообразную равнину над которой поднимаются горные цепи создающие мировую систему океанических хребтов. Их ширина достигает 1000км. В среднем над дном океана хребты поднимаются на 3-4км.

Острова Тихого и Атлантического океанов являются вершинами этих хребтов. наибольшие глубины встречаются в океанических желобах. Самое глубокое составляет 11000км.

Общие сведения о минералах и горных породах.

Минералы и горные породы на протяжении многих тысячелетий привлекали внимание человека. С помощью камня он охотился ,добывал огонь и пищу, строил свои жилища, защищался от врагов.

Минералы и горные породы не только сами широко применяются в науке и технике, но и служат сырьем для получения различных материалов. Открытие новых свойств минералов, внедрение материалов на их основе в ведущие области науки и техники служит ускорению научно-технического прогресса- узловой проблемы развития экономики на современном этапе.

Термин «минерал» происходит от слова «минера»-кусок руды. Минералы представляют собой природные химические соединения, возникающие в результате разнообразных геологических процессов, совершающих в земной коре. Они встречаются в твердом, жидком и газообразном состоянии.

Минеральное сырье (полезное ископаемое) — природное или техногенное минеральное образование, которое в сыром или переработанном виде может быть использовано в практической деятельности человека.

Виды минерального сырья выделяются по различным позициям. Выделяют следующие полезные ископаемые: металлические и неметаллические; твердые, жидкие и газообразные; породы, минералы и элементы; общераспространенные и необщераспространенные; находящиеся в ведении федеральных и местных органов управления; стратегические и прочие. Выделяют от 160 до 400 разновидностей минерального сырья. Распространена классификация минсырья по группам, используемым в разных отраслях производства, которая включает металлы, горнохимическое, горноиндустриальное, строительное и энергетическое сырье (табл. 1).

Классификация видов минерального сырья по их использованию. (По И. Ф. Романовичу, 1990, Л. Ф. Наркелюну, 1996 с добавлениями).

В силу прогресса в технологии постоянно изменяются требования к минеральному сырью, появляются новые виды минерального сырья. Это требует выделения нетрадиционных видов сырья, к таким в настоящее время можно отнести глауконит как калийное удобрение, гуминовые кислоты, получаемые из бурого угля и ряд других.

С правовой точки зрения в России выделяется две группы полезных ископаемых — общераспространенные и необщераспространенные. Первые включают: песок (кроме формовочного, стекольного, кварцевого для производства огнеупоров и фарфоро-фаянсовых предметов торговли), галька, гравий, глина (кроме каолиновой и некоторых других), доломит, кварцит (кроме динасового — огнеупорного), песчаник, мел, гипс, мергель, туф, карбонат кальция, сланец (кроме горючего), гранит, базальт, диорит, сиенит, порфир. Они могут разрабатываться без получения специальных лицензий. Все остальные виды минерального сырья считаются не общераспространенными и для их разработки необходимо получение специальных разрешений — лицензий.

Полезный компонент — горная порода, минерал, химическое соединение или элемент, которые являются предметом добычи и промышленного использования.

Руда — природное или техногенное образование, содержащее полезный компонент в таких концентрациях, количестве, минералах и имеющее такое строение, которые определяют его рентабельную добычу из недр. Это понятие включает природный, исторический и технолого-экономические аспекты.

Руды могут быть моно- или поликомпонентными (комплексными). В последнем случае, как правило, выделяются главные (главный) и второстепенные (попутные) компоненты. Это характерно для медно-никеле-вых с платиноидами, многих сульфидных (колчеданных), некоторых радиоактивных или железных руд.

По минеральному составу и своему строению руды бывают технологически легкими для переработки (легко вскрываемыми) или упорными. Так, руды циркония могут быть сложены бадделеитом — ZrO2, цирконом — ZrSiO4 или 3BAHaAHT0MNa4(Ca,CeTFe2 + )2ZrSi6OI7(OH,Cl)2.

Рудоносными, рудовмещающими или несущими оруденение называются горные породы и отдельные элементы геологического строения, содержащие руду.

Промышленный концентрат (промышленный товар) — товар переработки и обогащения руды, который является предметом поставки для дальнейшего использования в промышленности.

Хвосты — отходы переработки и обогащения руды. В большинстве случаев получаются обводненные илистые хвосты, которые сливаются в хвостохранилища.

Вскрышные породы (пустые породы) — горные породы, которые извлекаются из недр вместе с рудной массой. В случае объемной карьерной добычи крупных месторождений угля, железных, золотых или алмазных руд формируются техногенные горы отвалов — терриконы. Как правило они плохо зарастают растениями и служат источником загрязнения, если не подвергаются систематической рекультивации.

Месторождение полезных ископаемых — природное или техногенное скопление минерального сырья, которое по своим качественным, количественным, горнотехническим, географо-экономическим и геоэкологическим параметрам соответствует условиям его рентабельной разработки. Если по имеющимся данным еще неясно промышленное значение оцениваемого скопления руд, пользуются понятием потенциальное месторождение.

Минералы в природе могут возникать в результате самых разнообразных физико-химических процессов. Они могут образовываться магматическим путем,- выделиться из магматического расплава при его застывании на недоступных глубинах или из лав при извержении вулканов. Гидротермальный путь образования минералов- это выпадение их из горячих водных растворов. Минералы могут образовываться и на поверхности Земли при участии поверхностных вод, кислорода воздуха, углекислоты, жизнедеятельности организмов.

В природе минералы нередко встречаются в виде естественности полиминеральных агрегатов, которые называются горными породами. Причем, горной породой называются не любые минеральные агрегаты, но лишь те , о которых говорят, что они образуют земную кору как геологически самостоятельные составные части.

Таким образом, горные породы в отличие от минералов физически более сложные тела. Горные породы возникают в определенных геологических условиях на суше или в недрах Земли, на дне морей и океанов.

В зависимости от происхождения они делятся на три типа- осадочные, магматические и метаморфические.

Осадочные породы залегают в виде хорошо выраженных пластов, в них нередко встречаются остатки ископаемых организмов. Они возникли в результате осаждения минеральных частиц и растворения химических или путем накопления остатков организмов и растений на дне озер, морей и океанов. Так образовывались пески и глины, известняки и мел, торф и ископаемый уголь.

Если горные породы возникают в результате кристаллизации огненно-жидкого вещества- магмы, они называются магматическими.

В том случае, когда магма застывает на глубине, кристаллизация идет медленно, и образуются хорошо раскристаллизованные горные породы: гранит, диорит, габбро, дунит, пироксенит. Такие горные породы называются глубинными или интрузивными. Если магма изливается на поверхность через жерла вулканов и растекается в виде покровов или потоков, возникают излившиеся или эффузивные породы. Они отличаются плотным тонкозернистым или стекловидным сложением. Представителями таких пород являются обсидиан, андезит, базальт. При извержении вулканов из жерла вылетает огромное количество твердых частиц (кусочки затвердевшей лавы, обломки от стенок кратера) – вулканический пепел . эти частицы, осаждаясь, образуют слои, которые под действием вышележащих осадков цементируются. Так образуются различные вулканические туфы.

Осадочные и магматические горные породы, попадая в нижние участки земной коры в результате горообразовательных процессов, подвергаются процессам перекристаллизации под действием высоких температур и давления. Так образуются метаморфические горные породы: гнейс, мрамор, кварцит, различные сланцы.

Минерально-сырьевые ресурсы Белгородской области.

Территория Белгородской области (общая площадь 27,1 тыс. М2) располагается в пределах юго-западного склона Воронежского кристаллического массива (ВКМ) или Воронежской антеклизы, и является частью КМА. Эта платформа сложилась под действием древнего горообразования и вулканизма. Впоследствии ее фундамент многократно подвергался разломам, прогибам, вследствие чего возникли впадины и выступы. Воронежский выступ повсюду прикрыт плащом осадочных пород.

Геологическое строение этого района определяет состав и размещение полезных ископаемых в Белгородской области и ее минеральные ресурсы. С Воронежским выступом кристаллических пород связано месторождение железных руд КМА. К толщам осадочных пород приурочены крупные запасы строительного сырья.

Главным минеральным богатством области являются железные руды .обнаружены большие запасы железистых кварцитов, содержащих 25…40% чистого железа .для использования в качестве сырья в черной металлургии их необходимо обогащать. Кроме железистых кварцитов имеются богатые железные руды с содержанием 45-65% чистого железа. Они не требуют обогащения и пригодны не только для доменной , но и для мартеновской плавки.

На территории Белгородской области располагаются три крупных железорудных района: Белгородский, Старооскольский и Новооскольский, общей площадью более 3 тыс. Км2. наибольшее промышленное значение имеет Белгородский железорудный район. Здесь добываются богатые железные руды с содержанием железа 60…62%.

Помимо железных руд в недрах Белородчины обнаружены бокситы – Висловское месторождение (Яковлевский район), выявлены многочисленные проявления и других руд цветных металлов. Общий потенциал богатых руд КМА составляет 71,8 млрд т, из них в Белгородском рудном районе сосредоточено 67,6 млрд т, в Михайловском —1,37 млрд т и Оскольском - 1,52 млрд т. Большая часть богатых руд (48,4 млрд т, или 67,4%) относится к яковлевскому, 5,2% - к шемраевскому, 27,6% - к стойленскому и 0,4% -к чернянскому ШТ.

Комплексные глинозем-железные руды приурочены к формации доверхневи-зейской латеритной коры выветривания и относятся к висловскому геолого-потенциальному типу. Они сформировались в ранне-средневизейское время, генетически и пространственно связаны с бокситами и богатыми железными рудами Белгородского рудного района. Их подсчитанные ресурсы составляют 3,7 млрд т.

В целом ведущая роль среди известных и прогнозируемых железорудных месторождений КМА принадлежит объектам, сложенным железистыми кварцитами Лебединского ГПТ и богатыми рудами яковлевского и шемраевского ГПТ.

В Оскольском рудном районе дальнейшее расширение производства электрометаллургического концентрата, металлизованных окатышей и брикетов возможно за счет освоения Приоскольского, Северо-Волотовского, Огибнянского месторождений, в меньшей степени — глубокого до обогащения товарной руды Чернянского, Салтыковского, Погромецкого и других месторождений и участков.

Белгородский рудный район характеризуется крупнейшими в Российской Федерации ресурсами богатых железных руд, бокситов и железоалюминиевого сырья. Огромный рудный потенциал начнет осваиваться промышленностью после ввода в эксплуатацию Яковлевского рудника. Особого внимания заслуживают комплексные железо-рудно-бокситовые месторождения, прежде всего Висловское. Расчетные технико-экономические показатели совместной разработки бокситов и богатых железных руд этого месторождения свидетельствуют о его высокой потенциальной рентабельности.

Сложные горно-геологические и горно-технические условия отработки глу-бокозалегающих богатых железных руд обусловливают применение нетрадиционных способов их извлечения.

В народном хозяйстве из нерудных ископаемых особое значение имеют богатые по своим запасам и высоким качествам месторождения мела, расположенные почти по всей территории области. По химическому составу мел Белородчины относится к группе чистого ,так как содержание в нем углекислого кальция (СаСО3) составляет более 95%. Такой мел сразу же после размола без обогащения может использовать в химической и резинотехнической отраслях промышленности.

Наиболее мощные меловые отложения прослеживаются на возвышенных склонах Северского Донца, в бассейнах Нежеголи, Оскола, Тихой сосны, Айдара, Ворсклы и по другим рекам. В центральных районах области меловая толща в 30…35 м пригодна для хозяйственного использования, а к югу эта толща увеличивается до 150м.

Широкая обнаженность меловых залежей позволяет вести разработку ценного полезного ископаемого открытым способом. В Белгороде, Шебекино, Алексеевке, Ровеньках, Логовом действуют крупные комбинаты по добыче и обжигу мела. Выпускаемая продукция отличается высоким качеством и пользуется широкой известностью в нашей стране и за ее пределами.

Практически неисчерпаемы запасы глин, месторождения которых встречаются почти повсеместно. В Белгородском, Борисовском, Вейделевском. Красногвардейском, Ровенском, Старооскольском и некоторых других районах имеются залежи огнеупорных и тугоплавких глин. В Алексеевском районе известны запасы красноватых легкоплавких глин. Они являются ценным сырьем для производства керамзита. К легкоплавким и полуогнеупорным сортам относятся гончарные и черепичные глины. Гончарные глины содержат в себе много примесей, имеют пеструю окраску, тонкоилистое строение и большую пластичность. Они являются хорошим сырьем для керамических предприятий местной промышленности. В области имеются огнеупорные и тугоплавкие глины.

Богаты и разнообразны по своему механическому составу месторождения песка. Месторождения сосредоточены во многих районах области: Вейделевском, Шебекинском. Белгородском , Грайворонском, Алексеевском и др. В настоящее время разрабатывается около 11 месторождений песка, которые обеспечивают народное хозяйство строительным, закладочным, формовочным песком, песком для растворов и бетонов.

Из других полезных ископаемых следует отметить наличие в некоторых районах торфа ( Белгородском, Ивнянском, Старооскольском, Новооскольском). Имеются незначительные месторождения каменного угля, промышленного значения они не имеют.

В области известны месторождения мергелей, трепела и опок. Встречаются месторождения фосфоритов, но часто они имеют не высокое качество , поэтому практической ценности для промышленного использования не представляют.

В Белгородской области имеются различные красящие природные материалы , из которых можно получать разноцветные краски: желтые, красные и коричневые из охристых глин, для получения зеленых пригодны глауконитовые пески; для изготовления синих- вивианит. Для изготовления технических красок используют также бурый железняк.

Таким образом, основное богатство недр Белгородской области заключается в запасах железных руд и нерудного сырья. Топливными ресурсами область не располагает. Огромные запасы нерудного сырья используются для развития цементной промышленности, производства силикатного кирпича, керамзита, извести, молотого мела, бетонов, растворов и многих других отраслей хозяйства.

Использование горных пород КМА как сырья стройиндустрии.

При добыче и обогащении железных руд образуется большое количество отходов, причем в несколько раз большее, чем полезного товара.

В Российской Федерации железистые кварциты добываются на Кольском полуострове и в Карелии, в бассейне Курской магнитной аномалии.

Железорудный бассейн КМА расположен в пределах юго-западного склона и частично сводовой части Воронежской антеклизы Средне-Русской возвышенности. Площадь магнитной аномалии около 150 тыс.км2.На территории бассейна распространены два промышленных типа руд: метаморфические- железистые кварциты, и богатые железные руды. В геологическом строении КМА принимает участие комплекс сложно дислоцированных и в различной степени метаморфизированных скальных пород, которые прорываются крутопадающими секущими телами магматического генезиса. Скальные породы образуют Курскую складчатую систему, состоящую из ряда антиклинорных синклинорных зон. Среди пород курской серии, в значительно больших объемах попадающих в зону горных работ при эксплуатации месторождений. Выделяются стойленская и коробковская свиты. Первая сложена в основном кварцитопесчанниками и кварц- мусковитовыми сланцами. Коробковая железорудная свита, состоящая из двух подсвит железистых кварцитов и двух подсвит сланцев, является продуктивной. Нижняя подсвита сложена железистыми кварцитами с подчиненными прослоями безрудных кварцитов и сланцев. Таким образом, при разработке месторождений железных руд в зону горных работ попадает целый комплекс скальных и осадочных горных пород, которые по своему строению, минеральному составу и свойствам часто отличаются от традиционного сырья стройиндустрии. мощным источником сырья для производства строительных материалов являются отходы обогащения железных руд.

При обогащении железных руд на предприятиях КМА скапливаются в отвалах многочисленные отходы: вскрышные и попутно добываемые породы, «хвосты» мокрой и в меньшей степени сухой магнитной сепарации.

Отходы сухой магнитной сепарации (СМС) представляет собой щебень серого цвета, запыленный тонкими пылеватыми частицами. Отходы СМС включают кварциты, диоритовые порфириты и микрозернистые сланцы. Минералогический состав: кварц, биотит, серицит, плагиоклаз, амфиболы, магнетит, биотит. По химическому составу отходы СМС отличаются от традиционно применяемых гранитов пониженным содержанием глинозема (5-7%), повышенным количеством оксидов железа и щелочноземельных металлов. Оксиды железа в основном входят в состав магнетита и гематита, а щелочноземельные металлы- в состав амфиболов.

Химический состав железосодержащих отходов горнорудных предприятий КМА

Отходы мокрой магнитной сепарации (ММС) железистых кварцитов по химико- минералогическому составу близки к слаборудным кварцитам. Породообразующий минерал кварц(более 60%), далее магнетит (до 8%), роговая обманка, оксиды железа, пирит.

Были получены силикатные материалы автоклавного твердения плотной и поризованной структуры на основе отходов ММС.

Главный источник получения строительных материалов- горные породы. Их используют как сырье для изготовления керамики, стекла, теплоизоляционных и других предметов торговли, а также для производства неорганических вяжущих веществ-цементов, извести и гипсовых.

В большинстве случаев каменные материалы оказываются местным строительным материалом, свойства которого не всегда известны и требуют тщательного изучения.

Характеристика карьеров

Также в ходе геологической практики мною был посещен меловой карьер «Зеленая поляна» при котором находится Белгородский комбинат строительных материалов. Данный карьер находится по отношению к Белгороду на северо- востоке на протяжении 2 км от окраины.

На территории промышленной площадки БКСМ существует три карьера: два действующих и один резервный. Добыча производится открытым способом. Карьер представляет собой котлован. Протяженность около 1,5-2 км на 900 м с востока на запад. Глубина котлована 80-100 м.полезные ископаемые отличаются по цвету, породы находящиеся над мелом называются вскрышными.

На вскрышные породы приходится 4 выступа.

Прежде чем добраться до меловых пород снимается три слоя земляных пород. Разрабатывается тремя уступами: верхний, средний и нижний .

Основной породообразующий минерал – кальцит (СаСО3)- 92-98%. Поэтому мел, является очень качественным. Влажность мела:

- в верхнем уступе от 3 до 5%;

- в среднем уступе от 5 до 8%;

- в нижнем уступе от8 до 12%.

Содержание чистого СаСО3 92-95%. Преобладают глинистые и песчаные примеси.

Мел отвечает высоким технологическим качествам и химическому составу.

Минералогический состав мела

Мел — белая горная порода, мягкая и рассыпчатая, состоит почти исключительно из мельчайших зёрен скрытокристаллического минерала кальцита (природного известняка), составляющего до 99 % от общей массы. Мел не растворяется в воде.

Основной минерал – кальцит СаСО3; встречается его разновидность – арагонит. В составе мела обычно находится незначительная примесь мельчайших зёрен кварца и микроскопические псевдоморфозы кальцита по ископаемым морским организмам (радиолярии и др.) Нередко встречаются крупные окаменелости мелового периода: белемниты, аммониты и др. Его элементы, относятся к семейству щелочноземельных металлов, которые составляют подгруппу периодической системы элементов.

Верхний слой мела разрабатывается скреберами, нижний – экскаваторами. Мощность ковша скребера – 8 M3. твердость мела 1,4-1,5 по шкале Мооса.

Разрабатываемый мел потребляет комбинат строительных материалов для получения извести. Известь идет на производство материалов автоклавного твердения, силикатного кирпича, ячеистого бетона. Отходы обжига извести используются в сельском хозяйстве для повышения плодородности почв.

Кальцит- СаСО3. химический состав: СаО-56%, СО2-44%, примеси Mg, Fe, Mn, Zn, Sr, Ва, С. Цвет – молочно-белый, за счет примесей приобретает желтую, розовую, голубую, серую и даже черную окраску.

Арагонит – СаСО3. химический состав такой же, как у кальцита: СаО -56%, СО2- 44%, в качестве примесей чаще чем в кальците встречаются Sr (до 5,6%). Цвет белый, желтовато-белый, светло-зеленый, серый.

Применение мела

Мел - необходимый компонент "мелованной бумаги", используемой в полиграфии для печати качественных иллюстрированных изданий.

Молотый мел широко применяется в качестве дешёвого материала (пигмента) для побелки, окраски заборов, стен, бордюров, для защиты стволов деревьев от солнечных ожогов.

Мел применяют в лакокрасочной промышленности (белый пигмент), резиновой, бумажной, в сахарной промышленности — для очистки свекловичного сока, для производства вяжущих веществ (известь, портландцемент), в стекольной промышленности, для производства спичек. В этих случаях обычно используют т.н. Мел осаждённый, полученный химическим путём из кальцийсодержащих минералов.

Мел используется для письма на больших досках для общего обозрения (например, в школах).

При недостатке кальция медицинский мел может быть прописан как добавка к пище.

Мел получают двумя способами:

-измельчением пород и осадочных отложений (природный или натуральный известняк);

-химическим осаждением (химически осажденный известняк).

Частицы природных наполнителей (даже с высокой степенью микронизации), как правило существенно крупнее, чем у продуктов, полученных осаждением.

Тонкодисперсный мел может иметь различную форму частиц, зависящую от формы кристалла и способа измельчения.

Существует два способа измельчения — сухой и мокрый. Мокрый размол и микронизация дают более гладкие и круглые частицы, что является более предпочтительным сухому размолу, так как гладкие частицы вызывают в процессе использования меньший износ оборудования. Для получения тонкодисперсного мела его подвергают микронизации (используют механическое струйное и ультразвуковое измельчение).

Основной промышленной сферой потребления мелкодисперсного мела является производство пластмасс — 55% суммарного потребления (полиолефины, ПВХ, термореактопласты). Потребительское назначение мела в составе пластмасс для коррекции белизны; для увеличения сопротивляемости разрушению при ударе; для упрощения обработки и действия как теплопоглотитель; для стабилизации экзотермических процессов в установках полимеризации; для снижения исходной стоимости.

В производстве резины мел используется для улучшения износостойкости, повышения стойкости и эластичности в различных температурных условиях, экономии дорогостоящего каучука и других компонентов.

Особенно широко используется мел в композиционных материалах на основе поливинил-хлорида (ПВХ).

Так, в кабельных и обувных пластикатах в значительных концентрациях применяют мел. Его используют в обязательном порядке в рецептурах для изготовления оболочек кабелей — 50 масс, частей и выше на 100 масс, частей ПВХ, что составляет примерно 25-30% от веса готового товара.

Мел применяют также в жестких (непластифицированных) ПВХ материалах для получения профильно-погонажных предметов торговли — "вагонка", оконные профили, трубы и т.д. Содержание мела в таких материалах — 5-20%.

Важнейшими свойствами мела, как наполнителя для ПВХ материалов, являются:белый цвет (белизна 78-96%), высокая природная дисперсность, округлая форма частиц, легкая диспергируемость, сравнительно низкая гигроскопичность, низкая абразивность.

Свойствами, затрудняющими применение мела, являются его способность агрегирования при незначительном увлажнении из-за большой "связности" частиц. Это приводит к зависанию и слеживаемости его в бункерах, затруднению транспортировки и использования. Для устранения этих явлений мел подвергают поверхностной обработке — гидрофобизации, заключающейся в нанесении на поверхность частиц поверхностно-активных веществ, придающих мелу свойства не смачиваться водой и обуславливающих хорошую сыпучесть. В качестве гидрофобизирующих добавок применяют стеариновую кислоту, стеарин и стеарат кальция или их смеси в количестве до 2% от массы мела. Гидрофобный мел — это белый порошок с объемной массой не менее 700 г/дм3, влажность его не более 0,2%.

Если ранее в качестве наполнителя в полимерных композициях использовался мел природный или химически осажденный из-за его широкой доступности и низкой стоимости (до $100 за 1 т), то в последнее время, в связи с возросшими требованиями к качеству пластикатов и благодаря появлению на промышленном рынке высококачественных сортов гидрофобных мелов и их аналогов, таких как "Омиакарб" турецкой фирмы "Омия", "Гидрокал" турецкой фирмы "Мизар" и российского "Руслайн-90Т", предприятия по выпуску ПВХ композиции перешли на использование гидрофобизированного мела. Хотя цена таких наполнителей примерно в два раза выше, их использование позволило улучшить технологию, повысить качество и расширить ассортимент наполненных ПВХ материалов.

О предприятии ОАО «Стройматериалы»:

«Стройматериалы» г.Белгорода с момента своего образования является одним из крупнейших производителей строительных материалов в области и за ее пределами.

В 2001 году предприятие отметило свое 140-летие.

С 1 марта 2004 года запущена в эксплуатацию линия по производству сухих строительных смесей. Предприятие предлагает следующие виды продукции: шпаклевки: универсальную, финишную универсальную и финишную белую, штукатурная смесь: универсальная, а также клей плиточный.

ОАО «Стройматериалы» — одно из крупнейших предприятий по производству мела технического дисперсного и высокодисперсного. Высокое содержание в меле CaCO3 позволяет широко применять его как наполнитель в лакокрасочной, полимерной, резинотехнической промышленности, строительстве и производстве строительных материалов.

Предприятие производит кирпич силикатный, мастику герметизирующую морозостойкую строительную «Тегерон» для герметизации закрытых вертикальных стыков наружных стен и для уплотнения мест примыкания оконных и дверных блоков к элементам стен жилых и общественных зданий, в том числе в районах Крайнего Севера, мастику герметизирующую нетвердеющую «Гемаст», предназначенную для герметизации стыков стекла (стеклопакетов, панелей из органических светопрозрачных материалов) и элементов ограждений теплиц, выполненных из алюминия и оцинкованных стальных профилей.

Блоки из ячеистых бетонов стеновые, выпускаемые ОАО, улучшают теплоизоляционные свойства наружных стен, известь, как вяжущее средство, применяемая в этих предметах торговли, обеспечивает пористость, позволяющую дышать стенам.

Для приготовления растворов, вяжущих материалов для производства строительных материалов предприятие предлагает Вам известь строительную.

В кожевенной промышленности широко применяется известь комовая.

Для известкования почв и санитарной обработки помещений для животных и птиц предлагает муку известняковую, а для производства комбикормов и минеральной подкормки сельскохозяйственных животных и птиц — природный молотый мел.

Мел – применение в различных отраслях промышленности. Использование мела в бумажной промышленности.

В бумажной промышленности в качестве наполнителя и отбеливателя применялся каолин, месторождения которого находятся на Украине и Казахстане. В связи с распадом СССР эти месторождения остались за пределами Российской Федерации. Качество поставляемых каолиновых глин резко ухудшалось при возрастании цен на них. Это поставило перед бумажной промышленностью Российской Федерации вопрос о замене каолиновых глин на известняк – мел. В пользу этого говорит тот факт, что за последнее десятилетие бумажная промышленность Западной Европы освоила использование мела и объем его потребления неуклонно увеличивается. Использование мела в качестве наполнителя и пигмента в производстве бумаги и картона может быть при условии выполнения требований к этому виду сырья, прежде всего в отношении оптических свойств и гранулометрического состава. Уровень белизны природного мела, используемого за рубежом в качестве пигмента, составляет 90 – 95 % (по Эльрефо). Для наполнителя бумаги применяют природный мел с белизной 85 – 95% и выше. В бумажной промышленности используется измельченный природный мел высокой степени дисперсности. Средний размер частиц мела (пигмента) по зарубежным данным составляет 0,7 – 1,0 мкм с содержанием частиц:

менее 2 мкм – 90 %;

менее 1 мкм – 60 %;

менее 10 мкм – 35 %.

По тем же зарубежным данным наполнитель высококачественный бумаги характеризуется средним размером частиц 1,5 – 2,0 мкм. При этом содержание частиц менее 2 мкм – 40 %, а частиц 10 мкм – 95 %. Некоторые сорта природного мела для наполнения бумаги имеют средний размер частиц 5,0 – 7,0 мкм, однако не содержат фракцию свыше 20 мкм, а содержание частиц 10 мкм составляет 95 – 99 %. Высокая дисперсность измельченного мела положительно влияет на гладкость, пористость, печатные и оптические свойства бумаги, снижается абразивность товара. Это имеет важный момент, так как абразивность природного мела значительно превышает абразивность каолина, что приводит к преждевременному износу дорогих узлов и деталей бумагоделательного оборудования. Технические требования на мел для бумажной промышленности приведены в таблице.

  Использование мела в животноводческой отрасли.

Значительная часть мела используется в животноводческой отрасли для подкормки с/х животных и приготовления комбикормов. Специальных ГОСТов на кормовой мел не существует. Министерством Сельского хозяйства еще в 1970 году были утверждены временные технические условия (ВТУ), которые действуют до настоящего времени. В таблице приведены технические требования на кормовой мел.

  Использование мела в резинотехнической отрасли.

По количеству наполнителей, используемых в резиновой промышленности, мел занимает первое место. Это объясняется, с одной стороны, чисто экономическими соображениями – относительно не большой стоимости мела и возможностью без вреда для резиновых смесей вводить его в большом количестве, с другой стороны- технической целесообразностью, поскольку мел облегчает технологический процесс изготовления резиновых предметов торговли: ускоряет процесс вулканизации резины и придает ее поверхности гладкость. Мел широко применяется так же для производства пористой и губчатой резины, кожзаменителей и др. продукции. Мел, используемый резиновой промышленностью, должен соответствовать требованиям ГОСТа 1208-66 и ТУ 21-01-143-68. Эти стандарты распространяются соответственно на мел природный обогащенный, представляющий собой порошкообразный товар, который получается из природного мела методом мокрого или сухого обогащения, и на мел сепарированный, являющийся порошкообразным товаром, получаемым из природного мела путем его дробления, просушки, размола и классификации по крупности в воздушных сепараторах. Технические требования для резиновой промышленности (ГОСТ 12085-88) приведены в таблице.

  Использование мела в стекольной отрасли.

Мел в числе других карбонатных пород в стекольном производстве применяется в качестве одного из компонентов шихты при варке стекла, вводимого в шихту в порошковом виде в количестве до 30 % от объема последней. Мел придает стеклу термическую стойкость, механическую прочность, устойчивость против химических реагентов и выветривания. Практика стекольных заводов показывает, что наиболее вредной примесью в карбонатном стекле являются окислы железа, которые придают стеклу нежелательную зеленую окраску и снижают его светопроницаемость. Вредными примесями являются и такие элементы как TiO 2 , Mh 3 O 4 и Cr 2 O 3 , однако эти соединения в меле встречаются крайне редко. Примеси MgO , Al 2 O 3 не являются вредными, но их количество должно быть по возможности постоянным, что обеспечивает стабильность шихты и готовой продукции. Мел, применяемый в шихте для варки оконного и технического стекла, должен удовлетворять следующим требованиям: содержание CaO должно быть не менее 53 %; содержание Fe 2 O 3 – не более 0,1 %. Кроме того, в стекольной промышленности мел используется для производства соды. Содержание CaCO 3 (в сумме с 1,2 М gCO 3 ) для дробленного мела установлено в пределах 90-97%, для товарного молотого мела 96-98%.

Использование мела в строительной промышленности.

Одним из крупных потребителей мела является строительная промышленность, где мел используется для производства цемента, извести, различных шпаклевочных и малярных материалов. Используется мел для побелочных работ в виде растворимой меловой пасты и молотого порошка. Требования к мелу для производства побелочных работ (ГОСТ 12085 - 88) приведено в таблице.

Для использования мела в цементной промышленности больших ограничений нет с учетом постоянного состава мела. Цементное сырье регламентируется предельным содержанием: оксида магния (не выше 4 %), серного ангидрида (1,3%), сумма оксидов щелочных металлов-1% и фосфорного ангидрида не более 0,4%.Превышение этих показателей следует ожидать только по фосфорному ангидриду. Качество мела для производства строительной воздушной смеси регламентируется по содержанию CaCO 3, которое должно быть не менее 95 %, а MgCO 3 не более 2,5 %. Глинистых примесей в меле не должно быть выше 2 % (известь жирная). При большем содержании последних известь получается более тощая. Для производства строительной гидравлической извести с содержанием глинистых примесей более 8 %, пригоден «мергельный» мел. По кусковатости выделяют группы щебня мм: крупный с размером кусков 400-200, средний от 200 до 80 и мелкий от 80 до 15. Мелочи ниже допустимого предела не должно содержаться более 30 %.

Известняк (мел) в современной мировой индустрии является широко используемым материалом. Развитие отраслей резинотехнической и электротехнической, полимерной, лакокрасочной и др. промышленностей требует увеличения выпуска качественных наполнителей, к которым в первую очередь относится мел. Ежегодное потребление природного мела в кусковом, дробленом и измельченном виде в развитых странах превышает 150 млн.т. В США и Стране кленового листа ежегодно производится свыше 7,5 млн. т. молотого мела и более 15 млн. т. в Европе.

Мел как широко доступный наполнитель приобретает исключительно важное значение для многих производств. Отличительная особенность этого природного материала связана с тем, что он легко добывается и перерабатывается при относительно небольших издержках. Добыча и переработка мела не вызывает серьезных экологических нарушений. Запасы мела практически неограниченны во многих Европейских странах, странах бывшего СНГ и в Российской Федерации.

Мощный меловой пояс простирается через весь Европейский континент, включая север Франции, южную часть Великобритании, Польшу, проходит через Украину, Российскую Федерацию и смещается в Азию – Сирию и Ливийскую пустыню.

Запасы мела распределены по территориям неравномерно: около 48 – 50 % запасов качественного мела с высоким содержанием известняка и магния, минимальным содержанием вредных примесей сосредоточены в Российской Федерации; около 32 – 33 % на Украине и немногим более 12 % в Белоруссии. Имеются небольшие по запасам месторождения в Казахстане, в Литве и Грузии. Общие балансовые запасы мела в Российской Федерации оцениваются в 3300 млн. т. при неограниченных прогнозных запасах.

Белгородская область имеет практически неограниченные прогнозные ресурсы мела. Всего в области разведано 29 месторождений мела с суммарными запасами 1000 млн. т. Наиболее крупными месторождениями мела являются Лебединское, Стойленское и Логовское. При этом на Лебединское и Стойленское месторождения приходится 75 % разведанных запасов мела Белгородской области. Эти два месторождения эксплуатируются по добыче железных руд, где мел является вскрышной породой.

Ежегодно на перечисленных месторождениях добывается и вывозится в отвалы свыше 15 млн. т. Мела, где он безвозвратно теряется. Только незначительная его часть (около 5,0 млн. т.) используется для производства цемента и получения молотого мела.

Помимо традиционных потребителей мела за последние годы появились новые потребители, такие как целлюлозно-бумажная промышленность, где вместо каолина начали применять высокодисперсный мел. Также мел начали применять для раскисления кислых почв, было доказано, что его активность на 30 % выше, чем у известковой муки.

Мел карбонатная порода (разновидность карбоната кальция) почти полностью сложенная кальцитом (91-98,5%). Внешне это белая слабо цементированная, тонкозернистая, пачкающаяся порода, именуемая «белый писчий мел». В составе мела различают три основных форменных элемента кальцитового состава как биогенного, так и аутогенного происхождения. Органические остатки слагают обычно большую часть породы (до 75 %). В главной массе они представлены скелетными оболочками планктонных водорослей-кокколитофоридов, а также фораминифер (иногда до 40 %). Размер скелетных остатков составляет 5-10 мкм. Переменное, но иногда существенное значение (10-90%) имеет порошкообразный кальцит с частицами размером 0,5-2 мкм. Меньшее развитие принадлежит более крупным (5-10 % мкм.) хорошо Нограниченным кристаллам кальцита. Встречаются раковины иноцерамов (местами до 13 –20 %), остатки криноидей, морских ежей, кораллов. В незначительном количестве, обычно до 5, реже до 10-12 % присутствуют пелитоморфные некарбонатные примеси, в основном терригенного, реже аутогенного происхождения: кварц, полевые шпаты, глинистые минералы (глауконит, каолинит, гидрослюда, монтмориллонит), опал, халцедон, пирит и др. Местами встречаются конкрекции кремня.

В меловых толщах наблюдается развитие крупных выдержанных трещин – пластовых и вертикальных, заполненных меловой мукой. На поверхностных выходах сеть трещин сильно сгущается. При пропитке образцов мела маслом в них проявляются скрытые жильчатые структуры в виде переплетающихся мельчайших трещин, а также следы многочисленных ходов червей – илоедов.

Накопления белого писчего мела являются специфической особенностью позднемеловой эпохи и встречаются почти во всех ярусах верхнего мела, начиная от сеномана и до масстрахта включительно. Мелоподобные известняки распространены в третичных отложениях, в палеозое меловые накопления не сохраняются, преобразуясь в различные известняки. Возможности промышленного использования мела определяются как составом слагающих его компонентов, так и их структурными особенностями, от которых в основном зависят физико-механические свойства породы. Мел в своей основе – мономинеральная порода биохимогенного происхождения, сложенная кальцитом – CaCO3.

В составе этого минерала теоретически содержатся 56,03 % CaO и 43,97 % СО2. Кальцит кристаллизуется в тригональной сингонии. Спайность совершенная по ромбоэдру. Твердость по шкале Мооса 3, плотность 2,72 г/ M3. Основной диагностический признак- «вскипание» от капли соляной кислоты (5-10 %), тем более бурная, чем меньше зерна кальцита. Цвет кристаллов бесцветный, белый. При нагревании на воздухе кальцит диссоциирует при температуре 800-900 ◦С.

Процентное содержание в меле карбонатов характеризует его качества, определяет технологию производства и пригодности меловой продукции для различных отраслей народного хозяйства. Изучению минералогического состава и текстурно-структурных составляющих посвящено много работ.

По химическому составу меловые породы более однородны на месторождении и отличаются по основным составляющим элементам в незначительных пределах.

Карбонатная часть мела состоит из трех групп компонентов: органических остатков (растительные, животные); кристалликов кальция с четко выраженными гранями; порошкового кальцита.

Органические остатки - это основная составляющая мела и состоит из планктонов, кокколитофорид, фораминифер и др. Кокколитофориды- это одноклеточные известковые водоросли, от которых в теле сохранились кокколиты и рабдолиты. Последние в меле встречаются очень редко.

Кокколиты самой различной плоской формы и размеров, в пределах 2-5 мкм, есть во вех известковых отложениях мелового периода Днепровско-Донецкой впадины, чаще в виде плоских пластинок, блюдец, выпуклых дисков, иногда попарно соединенных перемычкой. Рабдолиты имеют вытянутую форму: форму трубочек, стерженьков, столбиков или палочек иногда с диском или раструбом на конце. Их содержание достигает 50 %. Порошковый кальцит-одна из составных частей мела и мергелей, его содержание в некоторых меловых породах достигает 60 %.

Некарбонатная часть чаще всего в меле представлена кварцем, полевыми шпатами, опалом, халцедоном и др. Содержание некарбонатных пород невелико, но они значительно усложняют технологию получения высококачественного мелового порошка.

Российские месторождения мела

Как известно, все применяющиеся в науке сорта и виды мела, равно, как и их типы и оттенки, вырабатываются из различных меловых карьеров и зависят от тех примесей, которые, в свою очередь, содержатся все в тех же карьерах. Кстати, содержание примесей в меле, а также разносортность мела зависит от того, в каком месте расположен карьер - от типа прилегающих к меловым залежам почв, а также от постоянных погодных условий в данном регионе.

В общем, условий и условностей хватает везде. Наверное, не нужно перечислять то, что зависит также от этих условностей, например, определённый тип мела может быть использован только в определенной отрасли, например, самый нежный помол мела, используется в изготовлении косметики, мел чуть покрупнее - в бытовой химии, а самый крупнодисперсный мел - в строительстве, в химической и прочей промышленности. Конечно же, дилетанту, вроде обычных пользователей косметики или стройматериалов, трудно определить, какой сорт мела, какого помола лежит перед ним. Например, нам трудно отличить мелкий помол от среднего или крупного в общей массе. Для этого нужна обязательная аппаратура, которая сможет разложить мел и сказать не только его помол, но и то, какая влажность содержится в этом меле, хотя, это, несомненно, сыпучее вещество. И все же влага там есть.

Так вот, добыча мела различной влажности или наоборот, сухости, происходит в карьерах на различной глубине. Например, довольно крупным месторождением по добыче мела является Шебекинское месторождение мела в Белгородской области, где добываются высококачественные сорта мела. Здесь добывается сухой мел с влажностью около 20% в верхних слоях карьера, на глубине около 120 метров, другой же сухой мел с повышенной, тем не менее, влажностью, добывается на глубине около 140 метров и влажность этого мела больше 20%.

Помимо этого крупного месторождения, добычи которого хватит в полной мере на 70 лет и более, есть еще несколько не менее крупных, таких как Петропавловское, где мел добывается без необходимости проникновения в толщу земли, т.е. выбирается на поверхности.

Помимо этих месторождений мела, есть еще и Волоконовское, Чернянское, Фироновское, Чураевское.

На данных месторождениях производят самый высококачественный вид мела. Для добычи же менее высококачественного сорта мела, используются месторождения, известные как Валуйское, Заслоновское, Знаменское, Казацкие бугры и Корочанское.

Источники

К.В. Чаус, Ю.Д. Чистов, Ю.В. Лабзина: Технология производства строительных материалов, предметов торговли и конструкций М.:Стройиздат 1988

С.Г. Гаряев, М.В. Сопин Основы технологии и технико-экономическая оценка производства строительных материалов, предметов торговли и конструкцій БелГТАСМ

Конспект лекций доцента кафедры маркетинга Никифоровой Евгении Петровны.

Опубликовано на forexAW.com: Среда, 13 Январь, 2010 года — 15:40.

Последнее редактирование: Вторник, 2 Февраль, 2010 года — 16:33.