Каолины
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
МРЦПКиППС
Кафедра геологии
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине «Кристаллография и минералогия»
Минералы и процессы их образования
Тема: «Каолины»
ОГУ 21.05.02 4 6 14 1510 ПГ
Руководитель работы
Ст. преподаватель
________________Е. Б. Савилова
«____»________________2015 г.
Исполнитель
Студент группы 14ПГ(с)ГНГ
_________________ Я.В. Кузин
«____»_____________2015г.
Оренбург, 2015г.
Содержание
Содержание……………………………………………………
Аннотация………………………………………………………
Введение…………………………………………………………
1. Общие сведения о
каолине……………………………………………..……….
2. Виды каолина ……………………………………………
3. Свойства каолина …………………………………
4. Группировка месторождений
каолина по сложности
5. Геологическое строение
месторождений и вещественного
состава каолина………………………………………
6. Применение каолина………………………………
Заключение……………………………………………………
Список использованных источников…………………………………………..15
Аннотация
В
данной курсовой работе
Данная тема курсовой работы
привлекла внимание благодаря
популярностью полезного
Работа выполнена на 15 странницах, с использованием 16 источников.
Ведение
Целью данной курсовой работы стало более подробное рассмотрение известного во всем мире полезного ископаемого под названием каолин. Каолин изучается много лет различными учеными и имеет определенную значимость не только в науки, но и в различных промышленных областях.
В курсовой работе более подробно описано определение каолина, его свойства, образование и его широкое применение.
1. Общие сведения.
Каолинами называют, глинистые породы, состоящие преимущественно из минералов группы каолинита (каолинит, галлуазит, диккит) с примесью кварца, калиевого полевого шпата, мусковита, монтмориллонита.
В качестве полезного
Современное промышленное
Каолины характеризуются инертностью по отношению к кислым и щелочным растворам, высокой огнеупорностью, способностью образовывать с водой пластичную массу (пластичные разности), высокой механической прочностью в сухом состоянии, белым цветом. Эти свойства определяют применение каолина в качестве сырья для производства тонкой, хозяйственной, санитарной, огнеупорных изделий, силумина, стекла, ультрамарина и солей алюминия.
Высокая дисперсность, белый цвет,
диэлектрические свойства, химическая
инертность хорошая
Минеральные компоненты
Первая группа представлена относительно крупнозернистыми реликтовыми минералами. К ним относят кварц, полевой шпат, серицит, гранат, силлиманит, сюда же можно отнести псевдоморфозы каолинита по биотиту.
Вторая группа представлена глинистыми гипергенными, в меньшей степени, тонкодисперсными реликтовыми минералами (пылеватые кварц, полевой шпат, тонкочешуйчатый серицит).
Среди глинистых минералов
Присутствие в каолинах свыше
10 % некаолиновых глинистых
Ценные свойства каолинов
Таблица 1. Главные минералы каолинов | ||||||
Минерал |
Содержание основных компонентов, % |
Плот ность, г/см3 |
Температура плавления, С° |
Тепло- проводность, Вт/(м • К) |
Внешний облик | |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 | |
Каолинит A№O5(OH)4 |
SiO2 — 46,54 Al2O3 — 39,50 H2O — 13,96 |
2,6 |
1800—1850 |
~2 |
Землистые рыхлые массы, микро- и тонкокристаллические, часто уплотненные | |
Диккит A№O5(OH)4 |
SiO2 — 46,54 Al2O3 — 39,50 H2O — 13,96 |
2,6 |
1800—1850 |
~2 |
Плотные тонко- и микрокристаллические агрегаты | |
Г аллуазит Al2Si2О5(OH)4•2 H2O |
SiO2 — 40,90 Al2O3 — 34,66 H2O — 24,44 |
2—2,2 |
1800—1850 |
~2 |
Плотные прожилковые и гнездовые выделения | |
Кварц, SiO2 (опал- метаколлоидный кремнезем) |
SiO2 — 99 и более; в опале до 10 % Н2О |
2,65 |
1730 |
7,99 |
От одиночных кристаллов до ксеноморф- ных агрегатов | |
Калиевый полевой шпат (микроклин, ортоклаз) KAlSisO8 |
SiO2 — 64,7 AbOs — 18,4 K2O — 16,9 |
2,55—2,65 |
1185—1550 |
2,3—2,4 |
От одиночных кристаллов до зернистых ксеноморфных или панидиоморфных агрегатов | |
Мусковит |
SiO2 — 45,0 |
2,76—3,2 |
1260 |
(0,5—3,9) |
Пластинчатые кри- | |
KAl2(AlSi3)0io( 0H)2 |
Al203 - 32,8 K2O - 9,84 |
1290 |
10 |
сталлы и их агрегаты | ||
Месторождения каолина с запасами менее 5 млн. т относят к категории мелких, с запасами 30 млн. т и более – к крупным. На 1 января 1984 в СССР учтено 35 месторождений каолина (24 первичных и 11 вторичных) с балансовыми запасами, разведанными по промышленным категориям, 1096,2 млн. т. Наибольшие запасы находятся на территории УССР и Узбекской ССР. Запасы первичного каолина самого крупного месторождения Прозоровского (УССР) 85,2 млн. т, вторичного – Аренского (Узбекская ССР) – 382,4 млн. т. В СССР открытым способом разрабатывалось 19 месторождений (1983), на которых было добыто 3970 тысяч т первичного и 7118 тысяч т вторичного (из них 410 тысяч т на Ангреном месторождении складировано) каолина. На обогатительных фабриках переработано 678 тысяч т первичного и 105 тысяч т вторичного каолина-сырца, из которых получено 1294,2 тысячи т обогащенного каолина. Значительными запасами каолина обладают ЧССР, НРБ, а также ПНР, СРР, ВНР.
Мировые ресурсы каолина (без социалистических стран) оцениваются в 17 млрд. т, в том числе в США 9 млрд. т и в Великобритании 2 млрд. т. Основными странами-производителями обогащённого каолина в 1980 были США (7,0 млн. т) и Великобритания (4,7 млн. т), на долю которых приходится 60% всего мирового производства. На международном рынке появились каолины Анголы и Кении. В 1981 производство каолина в мире существенно уменьшилось.
2. Виды каолина.
Различают первичные и вторичные каолины:
1. Первичные каолины. Первичные или остаточные каолины сформировались за счёт разложения кристаллических пород в результате химического выветривания полевошпатово-слюдистых пород (гранитов, гнейсов, сланцев и т. д.). Эти каолины содержат значительную примесь кварца и др. минералов (до 60—65%). Все крупные промышленные месторождения первичных каолинов находятся в районах тектонических разломов.
Залежи первичных каолинов имеют площадную, гнездовую и другую витиеватую форму, обычно с непостоянными контурами. Их мощность может колебаться от нескольких сантиметров до десятков сотен метров. Это зависит от продолжительности и глубины развития процессов выветривания, а также от последующих размывов. Обычно мощность каолиновых пластов составляет от полутора до 120 м (в среднем 10-40 м), а глубина залегания — 5-50 м.
По данным Ф. Д. Овчаренко, химический состав первичных каолинов промышленных месторождений, определяемый количественным соотношением основных породообразующих минералов и минералов-примесей, следующий:
Компонент Si02 А12Оэ Fe203
Содержание, % 50—75 17—40 0,1—2,5
Компонент СэО К2О Na20
Содержание, % 0,1—2,0 0,3—2,0 0,1—1,0
Глинистая часть каолинов представлена минералом каолинитом, общая формула которого Al203-2Si02-2H20, структурная формула — АЦ [Si4O10] (ОН) 8.
При обогащении первичных каолинов содержание каолинита увеличивается до 90 % и более вследствие удаления примесей кварца.
1. Вторичные каолины. Вторичные или переотложенные каолины (также их еще называют каолиновыми глинами) образовываются за счёт размыва и последующего отложения в водной среде каолинового вещества или продуктов каолиновой коры выветривания, т.е. первичных каолинов. Соответственно залежи вторичных каолинов образовываются на небольших расстояниях от источника выноса (залежей первичного каолина). Первичные и вторичные каолины тесно связаны и зачастую их «разделение» носит условный характер.
При вторичном отложении продуктов размыва первичных каолинов кроме каолина накапливается кварц в виде зёрен разного размера, а химические минералы в значительной мере растворяются — получается продукт естественного обогащения.
Средняя мощность вторичных каолинов сильно колеблется по простиранию и составляет 15-20 м и более. Толщина пригодных для промышленной переработки залежей составляет обычно 4-6 м, а минимальная — не менее 1 м.
3. Свойства каолина.
Каолин применяется в различных отраслях промышленности, что обуславливается различными физико-химическими и физическими свойствами каолина: гидрофильностью, дисперсностью, высокой огнеупорностью и значительным содержанием глинозема, пластичностью, химической инертностью, высокими диэлектрическими свойствами в обожженном состоянии, довольно небольшой плотностью, легкой диспергируемостью, полным отсутствием абразивности.
В зависимости от химического характера примесей различают:
1. Чистый каолин, который содержит не более 6% кварца и не более 2% щелочей;
2. Щелочный каолин, содержащий до 5—7% окисей калия и натрия;
3. Кремнеземистый каолин, содержащий до 20% и более примеси тонкого кварцевого песка;
4. Щелочно-кремнеземистый каолин, содержащий одновременно значительное количество кварца и щелочей;
5. Железистый каолин, содержащий более 2% окиси железа, которая окрашивает его в желтый цвет.
4. Группировка месторождений по сложности геологического строения для целей разведки месторождений каолина.
По размерам и форме залежей, изменчивости их мощности, внутреннего строения и качества каолина-сырца и (или) обогащенного продукта месторождения каолинов соответствуют 1-й и 2-й группам «Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых», утвержденной приказом МПР России от 11 декабря 2006 г. № 278.
К первой группе относятся месторождения каолинов и каолинитсодержащих песков (или их участки), представленные крупными и средними по размерам пластовыми, пласто- и линзообразными залежами, выдержанными по строению, мощности и качеству полезного ископаемого (Чалганское месторождение каолинитсодержащих песков).
Ко второй группе относятся месторождения (участки) каолинов, представленные крупными и средними пласто- и линзообразными залежами, не выдержанными по строению, мощности и качеству полезного ископаемого. К ним относится большинство месторождений каолинов: Кыштымское, Журавлиный Лог.
Месторождения каолинов, соответствующие 3-й группе Классификации, в настоящее время промышленного значения не имеют, но в отдельных случаях, при недостаточной обеспеченности действующих предприятий разведанными запасами, могут осваиваться.
Принадлежность месторождения (участка) к той или иной группе устанавливается исходя из степени сложности геологического строения основных тел полезного ископаемого, заключающих не менее 70 % общих запасов месторождения.
5. Геологическое строения месторождений и вещественного состава каолинов.
По разведанному месторождению необходимо иметь топографическую основу, масштаб которой соответствовал бы его размерам, особенностям геологического строения и рельефу местности. Топографические карты и планы на месторождениях каолинов обычно составляются в масштабах 1:2000-1:5000. Все разведочные и эксплуатационные выработки (скважины, шурфы, шахты), профили детальных геофизических наблюдений, а также естественные обнажения рудных залежей должны быть инструментально привязаны. На отрабатываемых месторождениях контуры карьеров и подземные горные выработки наносятся на планы по данным маркшейдерской съемки. Маркшейдерские планы горизонтов горных работ обычно составляются в масштабах 1:200-1:1000, сводные планы - в масштабе не мельче 1:2000. Для скважин должны быть вычислены координаты точек пересечения ими кровли и подошвы рудного тела и построены проложения их стволов на планах и разрезах.
Геологическое строение месторождения должно быть изучено детально и отображено на геологической карте масштаба 1:2000-1:10 000 (в зависимости от размеров и сложности месторождения), геологических разрезах, планах, проекциях, а в необходимых случаях - на блок-диаграммах и моделях. Геологические и геофизические материалы по месторождению должны давать представление о размерах и форме рудных тел, условиях их залегания, внутреннем строении и характере выклинивания залежей, взаимоотношениях их с литолого-петрографическими комплексами пород, складчатыми структурами в степени, необходимой и достаточной для обоснования подсчета запасов. Эти материалы должны отражать также размещение и состав продуктов кор выветривания, природных (вещественных) типов и литологических разновидностей каолина, особенности строения кровли и подошвы залежей, изменение по простиранию и падению мощностей и сортности каолинов. Следует обосновать геологические границы месторождения и поисковые критерии, определяющие местоположение перспективных участков, в пределах которых оценены прогнозные ресурсы категории.
Выходы на поверхность и приповерхностные части залежей должны быть изучены горными выработками и неглубокими скважинами с применением наземных геофизических методов и опробованы с детальностью, позволяющей установить закономерности распределения природных типов каолина, особенности залегания и строения, мощность и состав покровных отложений залежей и провести предварительную оценку запасов раздельно по природным типам.
Разведка месторождений каолина на глубину проводится в основном скважинами при подчиненной роли горных выработок с использованием геофизических методов исследований (наземных и в скважинах). Конструкция колонковых скважин и технологический режим бурения по каолинам должны быть подчинены основной задаче - максимальному получению керна и исключению возможности загрязнения его вмещающими породами или буровыми растворами. Скважины должны пересекать полезную толщу на всю ее мощность или до горизонта, определенного технико-экономическими расчетами разработки месторождения. В последнем случае должно быть пробурено минимально необходимое число скважин с целью установления глубины распространения каолинов. На месторождениях первичных каолинов по опорным профилям или редкой сети опорных скважин изучаются материнские породы для определения их влияния на качество сырья. Скважины при этом бурятся на всю мощность дресвы с углублением на 1-2 м в слабовыветриваемые материнские породы.
При разведке крутопадающих пластов и линзообразных залежей линейной морфологии глубина, угол наклона и расстояние между скважинами должны обеспечить получение перекрытого разреза.
Методика разведки - виды и объемы буровых и горных работ, геофизических исследований, назначение и комплексирование последних с буровыми и горными работами, геометрия и плотность разведочной сети, методы и способы опробования - должна обеспечивать возможность подсчета запасов по категориям, соответствующим группе сложности геологического строения месторождения. Она определяется исходя из геологических особенностей залежей с учетом возможностей горных, буровых и геофизических средств разведки, а также опыта разведки и разработки месторождений аналогичного типа.
По скважинам колонкового бурения должен быть получен максимальный выход керна хорошей сохранности в объеме, позволяющем выяснить с необходимой полнотой особенности залегания каолинов и вмещающих пород, их мощности, внутреннее строение залежей, распределение природных типов каолина, их текстуры и структуры, а также обеспечить представительность материала для опробования. Практикой геологоразведочных работ установлено, что выход керна должен быть не менее 80 % по каждому рейсу бурения. Достоверность определения линейного выхода керна следует систематически контролировать весовым или объемным способом.
В тех случаях, когда полезная толща представлена несколькими типами и разновидностями каолинов, необходимо обеспечить надежный выход керна для каждого типа и разновидности.
При разведке каолинов бурение следует проводить, применяя специальную технологию бурения, способствующую повышению выхода ненарушенного керна (бурение без промывки, укороченными рейсами, двойными колонковыми снарядами и т.п.).
Величина представительного выхода керна для определения качества каолина и мощностей интервалов отбора проб должна быть подтверждена исследованиями возможности неравномерного затирания каолинов или некондиционных прослоев. Для этого необходимо по основным типам сырья сопоставить результаты опробования по интервалам с различным выходом керна, а также данные, полученные по керну, с данными опробования контрольных горных выработок и результатами геофизического опробования. При низком выходе керна или его истирании, существенно искажающем результаты опробования, следует применять другие технические средства разведки.
Для повышения достоверности и информативности бурения необходимо использовать методы геофизических исследований в скважинах, рациональный комплекс которых определяется исходя из поставленных задач, конкретных геолого-геофизических условий месторождения и современных возможностей геофизических методов.
При проходке скважин не более чем через каждые 20 м должны быть определены и подтверждены контрольными замерами азимутальные и зенитные углы их стволов. Результаты этих измерений необходимо учитывать при построении геологических разрезов, погоризонтных планов и при расчете мощностей интервалов присутствия светлоокрашенных каолинов.
Для пересечения субвертикальных линейных залежей целесообразно применять искусственное искривление скважин. Для повышения эффективности разведки следует осуществлять бурение многозабойных скважин. Бурение полезной толщи целесообразно производить одним диаметром.
Горные выработки на неглубоко залегающих месторождениях в основном проходятся для контроля данных бурения, геофизических исследований, отбора технологических проб и целиков для определения объемной массы и влажности, а также изучения условий залегания, морфологии, внутреннего строения, вещественного состава и особенностей распределения типов и сортов каолинов. Горные выработки следует проходить на участках детализации.
Расположение разведочных выработок и расстояния между ними должны быть определены для каждого морфогенетического типа залежей каолинов с учетом их размеров, мощности и особенностей геологического строения.
Приведенные в табл. 3 обобщенные
сведения о плотности сетей, применявшихся
при разведке месторождений
6.Применение каолина.
Применение каолина в промышленности довольно широко и очень разнообразно, обусловлено это физико-химическими и физическими свойствами, таких как:
гидрофильность
дисперсность
низкая абразивность
огнеупорность
пластичность
химическая инертность
высокие диэлектрические
Наиболее часто каолин употребляют для производства фарфорово-фаянсовых изделий, керамической плитки и другой продукции. Первичный каолин без обогащения (каолин-сырец) применяют в производстве:
кислотостойких огнеупоров
огнеупорного кирпича
шамотных изделий
фаянса
строительной керамики
белого кирпича.
Значительно более широко применяется обогащенный каолин. Так, например, на бумажную промышленность приходиться 35-40% всей добычи каолина. Каолин используют для мелования поверхности бумаги, также он входит в состав бумаги в качестве наполнителя. В некоторых сортах бумаги каолин составляет до 30-40% всей массы и в значительной степени определяет её качество.
На производство керамики расходуется еще около 25% добычи каолина — это сырье является одним из важнейших компонентов фарфорово-фаянсовых изделий (хозяйственно-бытовой, электротехнический, художественный фарфор и санитарно-строительный, хозяйственный и технический фаянс).
Большой объем добываемого каолина потребляется в виде наполнителей в производстве резинотехнических изделий, лакокрасочной продукции, пластмасс, искусственной кожи, линолеума.
Для производства портландцемента также используется каолин.
Кроме того, каолин применяют в:
парфюмерии (при производстве мыла, в составе кремов, пудры, масок)
медицине (для лечебных обертываний, присыпок, ванн)
фармацевтическом производстве (очищенный каолин – инертная связывающая добавка во многих препаратах).
В химической промышленности каолин служит также для изготовления сернокислого алюминия (коагулянт для очищения питьевых и промышленных вод), глинозема, ультрамарина. Также химики используют каолин в качестве катализатора ряда процессов, например, крекинга углеводородов (процесс очищения нефти и газа), а также в качестве наполнителя удобрений и инсектицидов.
Заключение
Рассмотрев подробно полезное ископаемое, минера каолин можно сделать следующий вывод, это рыхлая горная порода, обычно белого цвета, состоящая из глинистых минералов — каолинита, галлуазита, гидрослюд с более или менее значительной примесью кварца, полевых шпатов, окислов железа и др.
Обладает различными свойствами, широко применяется в косметологии, промышленных производствах, фармоцевтики.
Месторождения каолина
Список использованных источников.
1. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. М.; Госгеолтехиздат, 1956. – 539 с.
2. Годовиков А.А. Введение в минералогию. Новосибирск: Наука, 1973. – 256 с.
3. Григорьев Д.П., Жабин А.Г. Онтогения минералов. М.: Наука, 1975. – 350 с.
4. Жабин А.Г. Онтогения минералов. М.: Наука, 1979. – 276 с.
5. Исаенко
М.П. Определитель текстур и
6. Костов И. Минералогия. М.: Мир, 1971. – 420 с.
7. Лазаренко
Е.К. Основы генетической
- Лазаренко Е.К. Курс минералогии. М.: Высшая школа, 1971. – 608 с.
- Летувнинкас А.И. Стадийность постмагматического минералообразования. – Томск, Изд-во ТГУ, 1977. – 109 с.
- Половинкина Ю.И. Структуры и текстуры изверженных и метаморфических горных пород. В 3-х томах. М.: Недра, 1996. – 240, 424, 272с.
- Смирнов В.И. Геология полезных ископаемых. М.: Недра, 1969. – 687 с.
- Смольянинов Н.А. Практическое руководство по минералогии. М.: - Л.: Госгеолиздат, 1948. – 428 с.
- Типоморфизм минералов. Справочник / Под редакцией Л.В. Чернышовой. М.: Недра, 1989. – 560 с.
- Херсбат К., Клейн К. Минералогия по системе Дэна. М.: Недра, 1982. – 728 с.
- Чесноков Б.В. Относительный возраст минеральных индивидов и агрегатов. – М.: Недра, 1974. – 104 с.
- Шахов Ф. Н. Текстуры руд. М.: Изд-во АН СССР, 1961. – 179с.
