Общие сведения о карбонатных породах

Москва, 2018

Методические рекомендации по применению Классификации запасов и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Карбонатные породы. Разработаны Федеральным бюджетным государственным учреждением «Всероссийский институт минерального сырья им. Н.М.Федоровского (ФБГУ «ВИМС») по заказу Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации.

Одобрены секцией НТС Минприроды России, протокол от 18.12.2018 № 15

 

Предназначены для работников предприятий и организаций, осуществляющих свою деятельность в сфере недропользования, независимо от их ведомственной принадлежности и форм собственности.

Настоящие Методические рекомендации направлены на обеспечение пользователей геологоразведочной информацией по месторождениям песка и гравия, необходимой для проведения работ по этапам и стадиям геологоразведочного процесса, для выбора современных и эффективных методов исследования геологических объектов, для принятия решений о продолжении или прекращении геологоразведочных работ, о вовлечении запасов месторождений в промышленное освоение, а также о проектировании новых или реконструкции существующих предприятий по добыче и переработке природного песчано-гравийного материала.

 

Принятые сокращения:

 

ГРР — геологоразведочные работы

ГИС — геофизические исследования в скважинах

МПР — Министерство природных ресурсов РФ

МСБ — минерально-сырьевая база

ОПР — опытно-промышленная разработка

ПГМ — песчано-гравийный материал

ПР — прогнозные ресурсы

ТПИ — твердые полезные ископаемые

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1     ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАРБОНАТНЫХ ПОРОДАХ.. 4

2     СТЕПЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ ТЕРРИТОРИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НА КАРБОНАТНЫЕ ПОРОДЫ ПО МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКИМ (МИНЕРАГЕНИЧЕСКИМ) ЗОНАМ, БАССЕЙНАМ, РУДНЫМ РАЙОНАМ, ПОЛЯМ, РУДОПРОЯВЛЕНИЯМ, ФЛАНГАМ И ГЛУБОКИМ ГОРИЗОНТАМ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.. 15

3     ОЦЕНКА ПРОГНОЗНЫХ РЕСУРСОВ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД, В ТОМ ЧИСЛЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АПРОБАЦИИ ПРОГНОЗНЫХ РЕСУРСОВ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД, ПОСТАНОВКЕ ИХ НА КАДАСТРОВЫЙ УЧЕТ. 16

4     ГРУППИРОВКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД ПО СЛОЖНОСТИ СТРОЕНИЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ, ПОИСКОВ, ОЦЕНКИ, РАЗВЕДКИ.. 20

5     ИЗУЧЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА КАРБОНАТНЫХ ПОРОД.. 21

6     ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД.. 34

7     ИЗУЧЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ, ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ, ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ДРУГИХ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД.. 37

8     ПОДСЧЕТ ЗАПАСОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД, В ТОМ ЧИСЛЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕСЧЕТЕ И ПЕРЕУТВЕРЖДЕНИЕ ЗАПАСОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД.. 39

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 47

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 49

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 59

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 63

 

 

СТЕПЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ ТЕРРИТОРИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НА КАРБОНАТНЫЕ ПОРОДЫ ПО МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКИМ (МИНЕРАГЕНИЧЕСКИМ) ЗОНАМ, БАССЕЙНАМ, РУДНЫМ РАЙОНАМ, ПОЛЯМ, РУДОПРОЯВЛЕНИЯМ, ФЛАНГАМ И ГЛУБОКИМ ГОРИЗОНТАМ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

8. Степень изученности минерагенических таксонов (зон, районов, узлов, полей, рудопроявлений и месторождений) определяется оцененными и подсчитанными в их пределах категориями прогнозных ресурсов и запасов в соответствии с требованиями Классификации запасов и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Степень изученности разноранговых минерагенических таксонов определяет целесообразность продолжения геологического изучения недр в их пределах.

Минерагенические таксоны (зоны, районы, узлы, рудные поля, рудопроявления и месторождения), принятые для оценки прогнозных ресурсов и запасов рудных полезных ископаемых, не соответствуют специфике некоторых нерудных ТПИ, когда объектом изучения является не минеральное образование, а непосредственно горная порода, например песок и гравий, глинистые породы, плотные горные породы (осадочные, магматические, метаморфические, используемые в качестве строительных и облицовочных камней, технологического сырья). В этих случаях следует использовать упрощенный ряд таксонов: перспективная площадь (область распространения соответствующей литологической формации) — проявление — месторождение.

Степень изученности территорий обусловлена оцененными и подсчитанными в их пределах категориями прогнозных ресурсов и запасов карбонатных пород в соответствии с требованиями «Классификации запасов и прогнозных ресурсов…» [3], а также — определяет целесообразность продолжения геологического изучения недр в их пределах.

9. Запасы месторождений подсчитываются при проведении оценочных и разведочных работ на потенциальных месторождениях, месторождениях и их частях.

На стадии оценочных работ подсчитываются запасы основных и попутных твердых полезных ископаемых и компонентов в основном по категории C₂ и, в ограниченном количестве, на участках детализации — по категории C₁. Подсчет запасов производится на основании технико-экономического обоснования временных разведочных кондиций данного месторождения. На разведочной стадии производится подсчет запасов основных и попутных твердых полезных ископаемых и компонентов по категориям C₁ и B, в менее изученных частях месторождений — C₂. Подсчет запасов осуществляется на основании технико-экономического обоснования разведочных кондиций, учитывающего данные по геологическому строению, вещественному составу, качественным показателям выявленных геолого-промышленных типов руд, технологическим свойствам руд (технологическим типам и сортам), гидрогеологическим, инженерно-геологическим и горно-техническим условиям эксплуатации, экологической обстановке, инфраструктурному развитию территории и актуальным рыночным показателям.

10. На протяжении стадий разведки и эксплуатационной разведки ведется учет движения запасов с оценкой изменений запасов твердых полезных ископаемых в результате их прироста, погашения, пересчета, переоценки или списания с баланса горно-добычного предприятия.

11. Сфера применения карбонатных пород достаточно велика (см. Таблицу 2– Структура использования карбонатных пород в России). Государственным балансом учет ведется по каждому отдельно взятому виду сырья, в связи с чем отобразить сырьевую базу (балансовые запасы) по состоянию на 01.01.2018 не представляется возможным.

12. В Российской Федерации учет прогнозных ресурсов карбонатных пород по всем категориям не ведется. Эта группа ТПИ не включена в «Перечень твердых полезных ископаемых, по которым проводится количественная оценка и учет прогнозных ресурсов …» (приложение к приказу Минприроды России № 90 от 27.02.2002 г «Об оценке, апробации и учете прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых по состоянию на 01.01.2003 г и в последующие годы»).

13. Изученность территории РФ на карбонатные породы следует считать достаточной с учетом имеющихся на данный момент технологий промышленного обогащения и переработки руд.

Оценка степени изученности территории на карбонатные породы может меняться во времени как в связи с пересмотром прогнозного районирования на базе полученных новых геологических данных, так и в связи с новыми технологическими решениями и экономической конъюнктурой, следствием чего может быть вовлечение объектов нераспределенного фонда недр, ранее не считавшимися перспективными.

Москва, 2018

Методические рекомендации по применению Классификации запасов и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Карбонатные породы. Разработаны Федеральным бюджетным государственным учреждением «Всероссийский институт минерального сырья им. Н.М.Федоровского (ФБГУ «ВИМС») по заказу Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации.

Одобрены секцией НТС Минприроды России, протокол от 18.12.2018 № 15

 

Предназначены для работников предприятий и организаций, осуществляющих свою деятельность в сфере недропользования, независимо от их ведомственной принадлежности и форм собственности.

Настоящие Методические рекомендации направлены на обеспечение пользователей геологоразведочной информацией по месторождениям песка и гравия, необходимой для проведения работ по этапам и стадиям геологоразведочного процесса, для выбора современных и эффективных методов исследования геологических объектов, для принятия решений о продолжении или прекращении геологоразведочных работ, о вовлечении запасов месторождений в промышленное освоение, а также о проектировании новых или реконструкции существующих предприятий по добыче и переработке природного песчано-гравийного материала.

 

Принятые сокращения:

 

ГРР — геологоразведочные работы

ГИС — геофизические исследования в скважинах

МПР — Министерство природных ресурсов РФ

МСБ — минерально-сырьевая база

ОПР — опытно-промышленная разработка

ПГМ — песчано-гравийный материал

ПР — прогнозные ресурсы

ТПИ — твердые полезные ископаемые

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1     ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАРБОНАТНЫХ ПОРОДАХ.. 4

2     СТЕПЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ ТЕРРИТОРИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НА КАРБОНАТНЫЕ ПОРОДЫ ПО МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКИМ (МИНЕРАГЕНИЧЕСКИМ) ЗОНАМ, БАССЕЙНАМ, РУДНЫМ РАЙОНАМ, ПОЛЯМ, РУДОПРОЯВЛЕНИЯМ, ФЛАНГАМ И ГЛУБОКИМ ГОРИЗОНТАМ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.. 15

3     ОЦЕНКА ПРОГНОЗНЫХ РЕСУРСОВ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД, В ТОМ ЧИСЛЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АПРОБАЦИИ ПРОГНОЗНЫХ РЕСУРСОВ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД, ПОСТАНОВКЕ ИХ НА КАДАСТРОВЫЙ УЧЕТ. 16

4     ГРУППИРОВКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД ПО СЛОЖНОСТИ СТРОЕНИЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ, ПОИСКОВ, ОЦЕНКИ, РАЗВЕДКИ.. 20

5     ИЗУЧЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА КАРБОНАТНЫХ ПОРОД.. 21

6     ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД.. 34

7     ИЗУЧЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ, ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ, ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ДРУГИХ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД.. 37

8     ПОДСЧЕТ ЗАПАСОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД, В ТОМ ЧИСЛЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕСЧЕТЕ И ПЕРЕУТВЕРЖДЕНИЕ ЗАПАСОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД.. 39

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 47

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 49

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 59

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 63

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАРБОНАТНЫХ ПОРОДАХ

1. Настоящие Методические рекомендации разработаны в соответствии с Положением о Министерстве природных ресурсов и экологии Российской Федерации, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 11 ноября 2015 г № 1219 [1], Положением о Федеральном агентстве по недропользованию, утвержденным Постановлением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2004 г № 293 (в редакции от 07.07.2016 г) [2] и содержат основные положения по применению Классификации запасов и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых [3] в отношении карбонатных пород.

2. Методические рекомендации направлены на оказание практической помощи недропользователям и организациям, осуществляющим:

- планирование и проведение геологоразведочных работ ранних стадий, нацеленных на выявление перспективных объектов и реализацию потенциала разноранговых металлогенических таксонов (рудные зоны, районы, узлы, рудные поля, рудопроявления) с количественной оценкой прогнозных ресурсов разных категорий;

- проектирование и проведение оценочных и разведочных работ на месторождениях с подготовкой материалов по подсчету запасов полезных ископаемых для представления их на государственную экспертизу;

- сбор данных и подготовку материалов для проектирования разработки месторождения.

3. Карбонатные породы — горные породы, сложенные в основном карбонатами природными. К этой группе могут быть отнесены все горные породы, состоящие из кальцита, арагонита, доломита, магнезита, сидерита, анкерита, родохрозита, витерита и др. Основные минералы, слагающие карбонатные породы: кальцит, доломит и в меньшей степени магнезит. В карбонатных породах почти всегда присутствуют глинистое и органические вещество, кварц, часто глауконит, пирит, фосфорит, кремень и тд.

Настоящие методические рекомендации составлены применительно к месторождениям известняка, мела и доломита, используемых в черной и цветной металлургии, химической промышленности, в производстве цемента и других вяжущих материалов, для выпуска резины, стекла, сахара, получения известняковой муки для мелиорации кислых почв, минеральной подкормки в животноводстве и птицеводстве, а также в других отраслях промышленности, где требования к карбонатному сырью определяются в основном его химическим и минеральным составом.

Известняк — осадочная горная порода, состоящая главным образом из кальцита, редко из арагонита, содержащая примеси обломочного и глинистого материала, доломита и органического вещества. Обломочный материал представлен кварцем, опалом, халцедоном, пиритом, оксидами железа, глауконитом, фосфоритом и др. Структура и текстура разнообразны. Известняк обычно твердый и плотный (объемная масса 2,57 т/м³, у ракушечников 1,2–1,5 т/м³), пористость различна, предел прочности при на сжатии 94 МПа и при растяжении 9 МПа. Химический состав чистого известняка приближается к теоретическому составу кальцита (56,04 % СаО и 43,96 % СО₂).

Мел — разновидность известняка, представляющая собой слабо сцементированную белую мажущую породу, состоящую из остатков кокколитофорид, фораминифер, обломков раковин моллюсков, зерен порошковатого и зернистого кальцита. Объемная масса мела 1,5–1,6 т/м³, пористость 40–50 %, естественная влажность до 20–35 %, твердость низкая, прочность в сухом состоянии обычно не больше 4–5 МПа.

Доломит — карбонатная порода, состоящая главным образом из одноименного минерала с примесью кальцита, иногда гипса, ангидрита, оксидов железа, глинистого материала. Физико-механические свойства близки к таковым свойствам известняка. Структурно-текстурные особенности разнообразны. В чистом доломите содержится 30,41 % СаО, 21,86 % МgO и 47,73 % СО₂. Между доломитами и известняками существует непрерывный ряд переходных карбонатных пород. Карбонатную породу с содержанием МgO более 11 % относят к доломиту.

Доломитовая мука — рыхлая (до сыпучей) карбонатная порода, имеющая вид муки или песка и состоящая из зерен доломита; является продуктом разрыхления и избирательного выщелачивания доломитов в зоне выветривания.

Мергель — глинисто-карбонатная порода, которая состоит на 50–75 % из кальцита или (и) доломита и на 25–50 % из нерастворимого остатка, представленного преимущественно глинистым материалом.

Известковый туф (травертин) — легкая пористая порода, образовавшаяся в результате осаждения карбоната кальция из горячих или холодных источников, обогащенных углекислотой.

Гажа — рыхлая рассыпчатая порошкообразная порода, состоящая из карбоната кальция. Синонимы: мел озерный, известняк луговой, известняк пресноводный, лимнокальцит.

4. Общепринятой классификации карбонатных пород по генезису, составу и структуре пока не имеется. Наиболее полна, проста и удобна для практического использования классификация В.Н. Киркинской (1973) [4].

По соотношению кальцита и доломита среди известково-доломитовых пород выделяются: известняк — при содержании кальцита 100–95 %, известняк доломитистый — 95–75 %, известняк доломитовый — 75–50 %, доломит известковый — 50–25 %, доломит известковистый — 25–5 % и доломит — 5–0 % кальцита (и 95–100 % доломита).

Присутствие эпигенетических образований кальцита или доломита отражается в названии породы прилагательным «кальцитизированный» или «доломитизированный».

При наличии глинистого и обломочного материала в количестве до 5 % карбонатные породы относят к чистым разностям, более высокое содержание примесей отражается в названии породы. При содержании примесей 5–25 %, в зависимости от их состава, карбонатную породу называют песчанистой, алевритистой или глинистой, при 25–50 % — соответственно песчаной, алевритовой или мергелем.

Присутствие других минералов (ангидрит, гипс, фосфат и др.) в количестве до 25 % отражается в названии карбонатной породы с указанием их содержания. Более высокое содержание таких минералов (25–50 %) дает основание характеризовать породу двойным наименованием (фосфатно-известняковая порода, ангидрито-доломит и т д.).

По структурно-текстурным особенностям карбонатных пород, отражающим условия их образования, различают четыре группы: зернистые, органогенные, обломочные и смешанные.

Природные типы карбонатных пород определяются вещественным составом и структурно-текстурными особенностями, технологические — сочетанием состава и структурно-текстурных свойств с производственными приемами их переработки и требованиями к качеству сырья.

5. Наиболее широко развиты карбонатные породы морского происхождения. Они связаны с карбонатными, карбонатно-терригенными, карбонатно-солеродными, пестроцветными и другими формациями. В зависимости от геотектонической обстановки залежи характеризуются разной морфологией. В складчатых областях для них характерна линейная ориентировка, значительная мощность, дислоцированность, проявления магматизма, в платформенных — широкое площадное распространение, почти горизонтальное залегание, в прогибах — ограниченное распространение и большая мощность.

6. В зависимости от морфологии, условий залегания, выдержанности вещественного состава и мощности месторождения карбонатных пород подразделяются на промышленные типы, определяющие методику разведки и способы разработки месторождений.

Основными промышленными типами месторождений карбонатных пород (Таблица 11.1) являются пластовые, в различной степени выдержанные по литологическому и химическому составу и в той или иной степени дислоцированные. Размеры их в плане измеряются сотнями метров и километрами, мощность до десятков метров. Крупными месторождениями являются также рифогенные массивы известняков. Размеры их составляют сотни метров, слоистость отсутствует, строение достаточно однородное, нередко зональное.

 

Таблица 11.1 — Промышленные и потенциально-промышленные типы месторождений и промышленные (технологические) типы карбонатных пород

Генетический тип месторож-дений

Геолого-промышленный тип

Основные минеральные (промышлен-ные) типы руд

Геологическая формация. Возраст рудовмещающих комплексов Геологическая характеристика рудовмещающих формаций

Формы и размеры рудных тел

Минеральный состав руд

Попутные полезные компоненты руд

Содержания в балансовых запасах, %

Промышленное значение: доля в балансе/доля в мировых запасах

Примеры месторождений

Примеры перспективных объектов

 

Осадочный (хемогенный, органогенный, обломочный и метасомати-ческий структурно-генетический тип)	Пластовый и пластообраз-ный	1. Известняк 2. Мел 3. Доломит 4. Доломитовая мука 5. Мергель 6. Известковый туф 7. Гажа	Залежи известняков связаны с многообразными формациями: карбонатными, карбонатно-терригенными, пестроцветными и др. Дислоцируются, как в складчатых областях, так и на платформах. В основном имеют морское происхождение.	Размеры залежей измеряются обычно сотнями метров до километров. Мощность — десятками метров. Платформенные залежи имеют спокойное, субгоризонтальное залегание (углы падения до 10 °). В орогенных областях залегание чаще наклонное (до 45 °), крутое (до 90 °), залежи значительно дислоцированы.	Кальцит, араго-нит, доломит, магнезит, сидерит, анкерит, родохрозит, витерит и др. Основные минералы, слагающие карбонатные породы: кальцит, доломит и в меньшей степени магнезит	Глинистое и органи-ческие ве-щество, кварц, час-то глау-конит, пи-рит, фос-форит, кремень и тд.	Единых норм и требований к качеству карбонат-ных пород не сущест-вует. Различные отрасли промышленности пре-дъявляют свои требования к показате-лям хими-ческого состава и физико-ме-ханичес-ким свойствам.		Чаньвинс-кое, Мазульское, Карачкинс-кое и др.
	Штокообразный, связанный с рифтовыми массивами			Размеры обычно составляют многие сотни метров, слоистость отсутствует. Строение достаточно однородное, нередко зональное.					Шах-Тау, Юрак-Тау,Тра-Тау

7. Благодаря значительному распространению и разнообразию свойств карбонатные породы используются в больших объемах в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Общее количество разведанных запасов карбонатного сырья, учтенных различными балансами запасов России, в настоящее время превышает 60 млрд т, разведано более 1900 месторождений, разрабатывается около 570. Основные направления использования карбонатных пород с указанием доли приходящихся на них запасов, месторождений и добычи в целом по России приведены в таблице (Таблица 11.2).

Таблица 11.2 — Структура использования карбонатных пород в России

Назначение карбонатных пород	Доля от общего количества, %
	Добыча	Запасы В+С1+С2	Разведанные месторождения
			всего	разрабатываемые
Производство цемента	19,0	27,4	6,9	8,3
Производство извести	10,4	7,1	17,7	16,0
Известняк флюсовый	11,3	13,4	4,3	4,7
Доломит для металлургии	5,4	4,3	2,3	1,9
Химическая промышленность	2,3	3,3	1,2	1,5
Известкование кислых почв	2,3	1,5	20,8	12,0
Минеральная подкормка сельскохозяйственных животных и птиц	1,2	0,5	1,3	1,0
Стекольная, сахарная и целлюлозно-бумажная промышленность	1,9	1,3	3,2	4,2
Мел (без цементного сырья)	0,8	2,5	9,1	9,5
Строительный камень	45,4	36,9	28,2	36,3
Камни пильные	0,4	0,4	1,9	1,9
Природные облицовочные камни	0,3	1,1	3,2	2,6

По величине запасов месторождения карбонатных пород делятся в зависимости от направлений их использования. Деление это — условно, и для районов с различными ресурсами карбонатного сырья может быть разным. Ориентировочная группировка месторождений по величине запасов приведена в таблице (Таблица 11.3). В основу деления месторождений по крупности положена обеспеченность горнодобывающих предприятий сырьем на амортизационный срок. Для крупных предприятий он должен составлять не менее 30 лет. В последнее десятилетие крупные месторождения разведываются редко, чаще бывают востребованы запасы средних и особенно мелких месторождений.

Три четверти добытого карбонатного сырья используется в строительстве и одна четверть — в различных отраслях промышленности.

В строительстве карбонатные породы применяются в основном в качестве строительного камня и для производства цемента и извести, в других отраслях — преимущественно в металлургии и меньше в химической, сахарной, стекольной и целлюлозно-бумажной промышленности, в сельском хозяйстве.

В промышленности и сельском хозяйстве требования к качеству карбонатных пород определяются в основном их химическим составом, нередко регламентируются прочность и кусковатость.

Основной материал в современном промышленном, гражданском, гидротехническом и дорожном строительстве — портландцемент. Это гидравлическое вяжущее, твердеющее в воде и на воздухе. Соединения получают тонким помолом обожженной при температуре около 1500 °С до спекания сырьевой смеси из известняка (мела) и глины. При использовании мергелей «натуралов», в которых карбонатная и глинистая составляющие находятся в оптимальном соотношении, в шихту не требуется добавлять глину.

Таблица 11.3 — Группировка месторождений карбонатного сырья по величине запасов, млн т

Назначение сырья	Крупные	Средние	Мелкие
Цементное сырье	> 100	100–50	< 50
Флюсовый известняк	> 100	100–30	< 30
Доломит для металлургии	> 50	50–10	< 10
Химическая промышленность	> 50	50–10	< 10
Производство извести	> 20	20–5	< 5
Стекольная, сахарная и целлюлозно-бумажная промышленность	> 15	15–5	< 5
Известкование кислых почв	> 10	10–2	< 2
Минеральная подкормка сельскохозяйственных животных и птиц	> 10	10–2	< 2

Сырьевая смесь обычно двухкомпонентна, и допустимое содержание вредных примесей в одной породе зависит от количества их в другой. Вредными примесями в цементном сырье являются оксид магния, а также щелочи, сера, фосфор и титан.

Для сухого способа производства регламентируется содержание хлора (не более 0,015 %). ГОСТа на цементное сырье нет. Действующие в настоящее время технические условия на качество основных видов сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера предъявляют следующие требования к химическому составу сырьевых материалов: содержание CaO в карбонатном компоненте не менее 45 % в известняках и 40–45 % в мергелях «натуралах», в глинистом компоненте I группы не более 15 % СаО и в глинистом компоненте II группы 15–44 % СаО.

Количество примесных вредных оксидов в карбонатном компоненте не должно превышать (%): MgO — 4,0; SO₃ — 1,3; K₂O + Na₂O — 1,0; P₂O₅ — 0,4. Содержание оксидов в сырьевой смеси должно обеспечить значения коэффициента насыщения в пределах 0,88–0,92, кремнеземного модуля 1,90–2,60 и глиноземного модуля 0,90–1,60. Для получения расчетных параметров сырьевой смеси в нее при необходимости вводят корректирующие алюминатные и железосодержащие добавки (бокситы, железная руда, пиритные огарки, охристые глины, колосниковая пыль и др.).

На известняки для производства цемента для ряда месторождений разработаны отдельные технические условия.

Для получения цемента пригодны породы с постоянным химическим составом и однородной мелкозернистой структурой. Физико-механические свойства кальцитовых пород не регламентируются, но малопрочные разности их (10–20 МПа) предпочтительнее. Влажность известняков допустима до 5 %, а мергелей «натуралов» до 10 %. Мел для сухого способа производства цемента из-за повышенной влажности не используется. В известняке (меле) для выпуска белого и цветного цемента дополнительно ограничивается содержание красящих оксидов железа и марганца, не допускается присутствие оксида хрома.

Для производства строительной извести, необходимой для приготовления растворов, бетонов, блоков и силикатного кирпича, применяются известняк, мел, доломит и реже мергель. Известь получают путем обжига карбонатных пород в шахтных или вращающихся печах при температуре 1000–1200 °С до полного удаления углекислого газа.

Требования к карбонатному сырью для выпуска извести регламентированы ОСТ 21–27–76, в котором по содержанию СаСО₃, MgСО₃ и глинистых примесей выделены семь классов (Таблица 11.4).По прочности (МПа), согласно ОСТу, карбонатные породы делятся на твердые (более 60), средней твердости (30–60), мягкие (10–30) и очень мягкие (менее 10). Оптимальным сырьем для изготовления извести являются чистые известняки и мел с незначительной примесью MgCO₃ и нерастворимого остатка. Предпочтительнее породы, имеющие прочность на сжатие 10–40 МПа. Известь должна соответствовать видам и сортам ГОСТ 9179-77 «Известь строительная».

Таблица 11.4 — Классы карбонатных пород для производства извести

Содержание, %	Класс
	А	Б	В	Г	Д	Е	Ж
СаСО3, не менее	92	86	77	72	52	47	72
MgСО3, не более	5	6	20	20	45	45	8
Глинистые примеси (SiO2+Al2O3+Fe2O3), не более	3	8	3	8	3	8	20

Доломиты с содержанием MgO не менее 18,5 % используются для производства магнезиальных вяжущих. Для этого доломит обжигается при температуре около 700^оС и после помола затворяется раствором хлористого магния. Полученное вяжущее применяется для выпуска различных строительных изделий.

Вчерной металлургии используются известняки и доломиты. Известняки, а также получаемая из них известь, применяемые в качестве флюса при производстве чугуна, стали и ферросплавов для извлечения и перевода в шлаки балластных (кремнезем и глинозем) и вредных (фосфор и сера) примесей руды и золы топлива.

В доменном производстве используются известняки, доломитовые известняки и доломиты, в сталеплавильном и ферросплавном известняки и известь. Мел из-за недостаточной прочности и большой влажности применяется только изредка в литейном деле. В связи с тем, что мартеновское производство стали все больше заменяется конвертерным, потребность в известняках с низким содержанием примесей, пригодных для выпуска конвертерной извести, увеличивается.

Флюсовые известняки получают путем добычи, дробления и обогащения карбонатного сырья. В зависимости от химического и фракционного состава их разделяют по маркам и сортам.

Требования к качеству товарных флюсовых известняков определены в ОСТ 14-63-80 (для доменной плавки) и ОСТ 14-64-80 (для плавки стали). Оба отраслевых стандарта Министерства черной металлургии СССР отменены, но на их основе разработаны технические условия для отдельных предприятий.

Требования ОСТов (Приложение 1) к химическому составу сводятся к ограничению содержания суммы СаO + MgO (не менее 50,5–54 % в зависимости от марки) при незначительном количестве MgO (не более 3,5–10 %) и нерастворимого остатка не более 2–4 %). Более высокие требования предъявляются к флюсам для электросталеплавильного и ферросплавного производств. В них, кроме того, лимитируется присутствие фосфора и серы. Еще более жестки требования к химическому составу известняков для выпуска конвертерной извести по ТУ 14-15-60-78. К известнякам Пикалевского месторождения, используемым в производстве глинозема, цемента, извести и в качестве флюса в черной металлургии, применяются ТУ 57-43-060-00196368-97. Флюсовые известняки должны содержать СаO + MgO не менее 52 % для первого и 50 % для второго сорта, MgO соответственно не более 8 и 10 %, SiO₂ не более 2 и 4 %.

Кроме химического состава важным показателем флюсовых известняков являются фракционный состав, прочность при сжатии и однородность. Для производства флюсов наиболее пригодны мелкозернистые, малопористые, относительно крепкие известняки.

Доломиты в металлургии применяются как огнеупорный материал (в сыром и обожженном виде) и как флюс.

В сыром виде они используются в качестве заправочного материала для основных мартеновских печей и конвертеров. После обжига получают металлургический доломит или металлургический доломитовый порошок, применяемый при изготовлении смолодоломитовых и смолодоломит-магнезитовых огнеупоров, для получения огнеупорных трамбовочных масс, кирпича, блоков и огнеупорных изделий специального назначения.

Основным показателем пригодности доломитов для производства огнеупоров и флюсов является их химический состав. Существенное значение имеет также структура, однородность и прочность доломита.

Требования к доломитам, используемым для изготовления конвертерных смолодоломитовых и смолодоломит-магнезитовых огнеупоров регламентируются ТУ 14-8-232-77. Технические требования к качеству сырого доломита, предназначенного для обжига, подсыпки порогов и заправки мартеновских печей, содержатся в ОСТ 14–84–82, которым пользуются несмотря на его отмену. Требования к качеству флюсовых доломитов определены в ТУ 14-16-28-89. Имеются технические условия на доломит обожженный металлургический — ОСТ 14-85-82.

Массовая доля наиболее распространенных оксидов в доломите для обжига на металлургический доломит должна составлять: MgO не менее 16–19 %, SiO₂ не более 3–5 %, R₂O₃ не более — 3–4 %. При получении высокоогнеупорных изделий для футеровки кислородных конвертеров применяются доломиты следующего состава: MgO не менее 19 %, СаО не более 33 %, SiO₂ до 1 %, R₂O₃ не более 2 %. При использовании доломита как флюса содержание MgO должно составлять 17–19 %, SiO₂ не более 6 %, R₂O₃ + MnO не более 5 %.

В цветной металлургии известняк и известь используются в качестве флюса и технологического сырья.

При производстве глинозема из нефелинов или бокситов методом спекания роль известняка (мела) сводится к разрыву химических связей в руде между Al₂O₃, SiO₂ и R₂O₃ и последующей карбонизации алюминатного раствора. В зависимости от сорта (их четыре) в известняках должно быть СаО не менее 52–53 %, MgO не более 1,0–1,5 %, SiO₂ не более 2,0–3,0 %, Fe₂O₃ — 0,8–1,0 % (ТУ 5743–060–00196368–97).

На медеплавильных предприятиях известняк — это флюс при плавке руды, а известь — основа для получения известкового молока, применяемого при флотации. Известняки для медного производства по химическому составу регламентируются ТУ 48-7-2-77 (CaO в зависимости от сорта 48–55 %).

Известняки и известь используют также при выплавке и обогащении никелевых (окисленных), свинцовых, сурьмяных и оловянных руд, при рафинировании цветных металлов и цианировании золота и серебра.

Чистые известняки требуются для получения термическим способом металлического кальция, который используется в производстве различных сплавов и как восстановитель при изготовлении высококачественных тугоплавких металлов.

В производстве металлического магния из рассолов соляных озер известняки применяются для приготовления известкового молока, используемого для получения гидроксида магния, который после прокаливания и получения MgO хлорируется, а безводный хлористый магний подвергается электролизу.

В цветной металлургии применяется и доломит — как огнеупорный материал и как сырье для получения металлического магния в результате восстановления магния ферросилицием.

Вхимической промышленности в большом количестве применяются известняк и мел. До 80 % добытого сырья идет на производство кальцинированной соды, являющейся исходным продуктом для получения соды кристаллической, питьевой и каустической.

Для производства кальцинированной соды раствор поваренной соли насыщают углекислым газом и аммиаком и получают бикарбонат натрия и хлористый аммоний. Бикарбонат натрия прокаливанием разлагают на кальцинированную соду и углекислый газ. Хлористый аммоний для регенерации аммиака обрабатывают известковым молоком. Отходом производства является хлористый кальций. Углекислый газ и известь для образования известкового молока получают обжигом известняка или мела, в которых лимитируется массовая доля СаO, MgO, SiO₂ , R₂O₃, S, P, минимальная прочность на сжатие и кусковатость. Количество карбоната кальция должно быть не менее 95–92 % (ТУ 6–18–21–04–85).

В меньших масштабах известняки используются в химической промышленности для получения карбида кальция, хлористого кальция, бората кальция, хлорной извести, химически осажденного мела, кормового преципитата, при производстве резины, суперфосфата, азотных удобрений, гидроксида кальция и т.д.

Например, для получения карбида кальция, который является продуктом сплавления