Характерные особенности минералогического состава глин неосвоенных зон Опошнянского месторождения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Освоение новых месторождений глин как сырья для керамики позволяет избежать быстрого истощения месторождений дефицитных дорогостоящих глин Украины. С этой точки зрения привлекают внимание глины неосвоенной зоны Опошнянского месторождения.

Минералогический состав глин отражает условия их образования и оказывает решающее влияние на технологические свойства глин, предназначенных для производства керамических изделий [1, 2]. Исследование минералогического состава глин сопряжено со значительными трудностями. Вследствие высокой дисперсности глинистых минералов (из-за которой линии интерференции на рентгенограммах получаются диффузными (размытыми) и слабыми по интенсивности), близкого строения кристаллических решеток (из-за которого линии интерференции глинистых минералов практически налагаются друг на друга) становится практически невозможно установить их минералогический состав, используя только один какой-либо современный метод анализа. Учитывая тот факт, что отдельные группы глинистых минералов можно различить с помощью рентгенофазового анализа, а отдельных представителей этих групп - только с помощью термографического, петрографического, а в некоторых случаях - электронно-микроскопического методов анализа, в настоящих исследованиях использовали комплексный метод анализа, включающий применение химического, дифференциально-термического, рентгенофазового и петрографического методов.

Термографические исследования выполняли на дериватографе ОД-103 в воздушной среде при скорости подъема температуры 10?С/мин. Рентгенографические исследования проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3, используя CuK- излучение. Для наиболее полного проведения петрографических исследований на оптическом поляризационном микроскопе МИН-8 образцы глин изучали в прозрачных шлифах и иммерсионных препаратах. Для проведения исследований глин неосвоенной зоны Опошнянского месторождения отбирали керн глубиной 18 м до яруса белых полтавских песков. По глубине керна найдено несколько пластов глин различного цвета, из которых методом квартования были отобраны пробы. Результаты химического анализа глин приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Результаты химического анализа глин неосвоенной зоны Опошнянского месторождения

Применение комплекса современных методов анализа показало наличие следующих минералов: кварца, каолинита, обладающего различной степенью структурной упорядоченности и геометрического совершенства кристаллов, слюд и гидрослюд, монтмориллонита, бейделлита, полевого шпата и смешано-слоистых глинистых образований, что согласуется с исследованиями [2] . Наиболее распространенными являются: кварц, каолинит, монтмориллонит и гидрослюды. Смешано-слоистые образования принадлежат преимущественно типу гидрослюды - монтмориллонит.

Изучение дифрактограмм исследуемых проб глин показало наличие нескольких минералов: кварца, монтмориллонита, кальцита, слюды, полевого шпата и каолинита, причем соотношение этих компонентов ощутимо меняется в зависимости от глубины залегания глин.

Острые ярко выраженные дифракционные максимумы, соответствующие кварцу, указывают на сильную запесоченность исследуемых глин. Это подтверждают результаты петрографического анализа: содержание кварца колеблется в зависимости от глубины залегания глины в пределах 20-60 об. %.

Минералы монтмориллонитовой группы представлены на дифрактограммах набором диффузных полос со слабой интенсивностью (рис. 1). Известно [3], что дифракционные максимумы, соответствующие минералам монтмориллонитовой группы, имеют характерный габитус (очень диффузны) и слабую интенсивность даже при высоком их содержании в пробе, а при содержании менее 10% их линии практически не проявляются. Различить отдельных представителей данной группы с помощью РФА невозможно, поэтому результаты уточняли, изучая термограммы проб глин. Для монтмориллонита характерно наличие а термограммах трех эндоэффектов: при 50-150 ?С со ступенькой при 200-235 ?С, соответствующего удалению межпакетной воды, при 550-760 ?С, соответствующего удалению конституционной воды, и при 800-860 ?С, соответствующего разрушению кристаллической решетки. Последний эндоэффект непосредственно переходит в экзоэффект при 900-1000 ?С, что связано с образованием алюмосиликатной шпинельной фазы, которая переходит в муллит при 1100-1200 ?С [1]. На термограммах бейделлита отсутствует ступенька при 200-235 ?С, второй эндопик проявляется в более узком температурном интервале - 500-600 ?С.

Рис. 1. ДТА-кривые исследуемых глин. Глубина залегания глин: 1-0.7-1.7 м; 2-1.7-3.4 м; 3-3.4-4.7 м; 4- 6.1-9.0 м; 5-11.8-14.0 м; 6-14.0-17.0 м.

минеральный глина запесоченность

Экзоэффект присутствует в интервале температур 900-925 ?С. Нонтронит характеризуется двумя эндоэффектами : при 100-200 ?С и 400-625?С, а также двумя экзоэффектами: при 810-980 и 925-1180 ?С. Так как на всех термограммах в интервале 800-1000 ?С присутствует только один экзоэффект, можно с уверенностью утверждать об отсутствии нонтронита в исследуемых глинах.

В таблице 2 представлены результаты рентгенофазового анализа проб исследуемых глин в виде изменения в относительных единицах интенсивности характеристических дифракционных полос минералов, слагающих эти глины. Как видно из таблицы, в пробах 6-8 монтмориллонит не найден. Однако на термограммах данных проб имеется ступенька при 175-200 ?С, а также эндоэффект при 760 ?С (проба 6), что указывает на присутствие в перечисленных пробах кроме бейделлита монтмориллонита. Это подтверждается петрографически: под микроскопом видны бесцветные слабо анизотропные агрегаты монтмориллонита в количестве 4-18 об.%(в зависимости от глубины залегания глины). (табл.3). Бейделлит преобладает в виде бесцветных агрегатов плотно контактирующих зерен размером менее 4 мкм в количестве ~ 30-45 об.%.

Кальцит в исследуемых глинах присутствует в незначительном количестве, о чем говорят размытые дифракционные максимумы со слабой интенсивностью. Кальцит разлагается в интервале 910-940 ?С на СаО и СО2 , что сопровождается на термограммах мощным эндоэффектом в интервале 880-940 ?С. При незначительном его содержании в пробе глубина эффекта резко уменьшается, а температура диссоциации снижается до 775 ?С [3], что объясняется снижением парциального давления СО2 при разбавлении карбоната другими минералами. Согласно [3] на термограммах кальцит может быть обнаружен при его содержании в пробе 0.5-1%. На термограммах исследуемых глин эндоэффект его диссоциации поглощен более глубоким эффектом, связанным с удалением конституционной воды в монтмориллоните и бейделлите.

Таблица 2 - Интенсивность основных пиков минеральных составляющих глин неосвоенной зоны Опошнянского месторождения

Таблица 3 - Минеральный состав образцов глин

Полевые шпаты не дают термических эффектов в интервале температур 20-1200 ?С, поэтому присутствие небольших их количеств в исследуемых глинах регистрируется рентгеновским и петрографическим методами анализа. Согласно петрографическому методу анализа исследуемые глины содержат крупные зерна калиевого полевого шпата (ортоклаз) размером 70-60 мкм и плагиоклаза (твердый раствор NaAlSi3O8 - CaAl2Si2O8) размером до 60 мкм в количестве до 5-7 об.%.

Слюды наиболее легко определяются петрографически. Установлено, что они, в основном, представлены биотитом, образующим таблитчатые, листоватые зерна размером до 160 мкм. В подчиненном количестве содержится мусковит в виде таблитчатых зерен размером до 50 мкм. Кроме того, листоватые зерна гидрослюд размером до 40 мкм найдены в агрегатах каолинита.

Каолинит фиксируется всеми методами анализа, присутствует в виде агрегатов с включениями слюд, гидрослюд и гематита. На кривых ДТА присутствуют пики, характерные для каолинита: большой эндотермический при 580 - 590 ?С и короткий интенсивный экзотермический при 920 - 930 ?С. Наличие акцессорных минералов зарегистрировано только петрографически. Их слагают: рутил, циркон, глауконит и турмалин.

В зависимости от глубины залегания существенно меняется минералогический состав глин Опошнянского месторождения. Если при залегании на глубине до 6 м глины характеризуются каолинито-гидрослюдистым составом, то на глубинах 6 - 17 м преобладает монтмориллонито-гидрослюдистое сочетание минералов.

Согласно [4, 5] по химическому составу (табл. 1) глины пригодны для производства строительной керамики по всей исследованной глубине залегания. Учитывая, что пластичность глин зависит от количества глинистого минерала (каолинита, монтмориллонитов), наиболее перспективно использовать глины, залегающие на глубине более 6 м, где суммарное его содержание составляет 50 - 60 %. Кроме того, на указанной глубине в исследованных глинах резко снижается количество крупных включений карбонатов и гематита, что также делает выбор указанного горизонта глин наиболее предпочтительным.

Таким образом, в результате проведенных исследований изучен минералогический состав глин неосвоенной зоны Опошнянского месторождения. На основе проведения комплексного метода анализа выбран наиболее перспективный для производства строительной керамики горизонт глин.

Литература

1. А.И. Августинник. Керамика. - Л.: Стройиздат. - 1975. - 592с.

2. М.Г. Бергер. Глинистые минералы полтавской серии, их происхождение и значение для стратиграфии (юго-восточная часть Днепровско-Донецкой впадины и северо-западная окраина Донбасса)./ Автореферат диссертации на соискание уч.степени канд. геол.-минерал. наук. - Харьков: ХГУ. - 1969.

3. Н.И. Горбунов, И.Г. Цюрупа, Е.А. Шурыгина. Рентгенограммы, термограммы и кривые обезвоживания минералов, встречающихся в почвах и глинах. М.: изд-во АН СССР. - 1952. - 188с.

4. Химическая технология керамики и огнеупоров/под ред. Будникова П.П.- М.: Стройиздат. - 1972. - 552с.

5. М.И. Рыщенко, З.А. Ливсон, В.К. Левитский. Исследование глин Опошнянского месторождения с целью получения глазурованных фасадных плиток.// Стекло и керамика. - 1961. - №10. - с.42-44.

Размещено на Allbest.ru