Лекция 2 Минеральное сырье для производства строительных материалов и изделий
 Скачать 272.05 Kb.
|
|
Лекция №2 Минеральное сырье для производства строительных материалов и изделий 1. Основные виды минерального сырья для производства строитель- ных материалов 2. Генетическая классификация горных пород 3. Побочные продукты и отходы промышленного производства, как сырье для производства строительных материалов 1. Основные виды минерального сырья для производства строи- тельных материалов и изделий Основными видами минерального сырья служат: - продукты добычи горных пород; - побочные продукты и отходы промышленного производства. Земная кора, являющаяся твердой внешней оболочкой Земли, сложена из горных пород. Горной породой называют минеральную массу более или менее постоянного состава, состоящую из одного (мономинеральные) или нескольких (полиминеральные) минералов, образовавшихся в результате геологических процессов. Минералом называют природное тело, однородное по химическому составу и физическим свойствам. Минерал является продуктом физико- химических процессов, совершающихся в земной коре. Если рассмотреть содержание основных химических элементов в ли- тосфере, то их можно расположить в следующем порядке убывания: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, Mg, K, H, Cl, Ti, C (99,3% земной коры) первые три элемента составляют 82,6% земной коры. Кислород, как активный окислитель, как правило, входит в химиче- ский состав большинства минералов, образуя минералообразующие окси- ды. Содержание основных оксидов в горных породах и продуктах про- мышленного производства колеблется в следующих диапазонах: SiO 2 (кремнезем) - 59...60%, Al 2 O 3 (глинозем) - 12...15%, Fe 2 O 3 - 2...5%, CaO + MgO + Na 2 O + K 2 O - 10...13%, H 2 O - 2...5%, CO 2 - 3...5% По распространенности в природе породообразующие минералы классифицируются на: - породобразующие; - рудообразующие; - второстепенные (около 1%); - редкие (драгоценные камни, самородные металлы). Минералы характеризуют цветом, твердостью (по шкале Мооса), прочностью, спайностью (способность раскалываться в определенных направлениях), плотностью, строением и структурой, химическим соста- вом. По химическому составу минералы подразделяются: 1. Группа кремнезема [SiO 2 ] - кварц (R сж - 1000...2000 МПа, тв. 7 по шкале Мооса), халцедон, опал, диатомит, трепел (водные силика- ты). 2. Группа алюмосиликатов [Al 2 O 3 *SiO 2 ] - полевые шпаты > 50% (ор- токлаз K 2 O*Al 2 O 3 *6SiO 2 , плагиоклаз Na..) R cж = 120...170МПа, тв. 6...6,5. 3. Группа железисто-магнезиальных силикатов - амфиболы (роговые обманки, тв. 5,5...7,5), слюды (биотит, вермикулит, тв. 2...3, совер- шенная спайность). 4. Группа водных алюмосиликатов - глинистые минералы - тонкодис- персные минеральные образования (каолинит Al 2 O 3 *2SiO 2 *2H 2 O, тв. 1, монтмориллонит - Ca, Na, Mg, Fe). 5. Группа карбонатов - CO 3 -2 (кальцит CaCO 3 , магнезит - MgCO 3 , до- ломит CaCO 3 *MgCO 3 тв. 3...4). 6. Группа сульфатов - гипс (CaSO 4 *2H 2 O, тв.2), ангидрит (CaSO 4 , тв. 3...3,5). Образование минералов и горных пород идет в широком диапазоне температур и давлений 100 км - 3100 МПа (1100-1300 0 С) 600 км - 21300 МПа 1600 км - 68000 МПа это обусловливает разнообразие свойств горных пород. 2. Генетическая классификация горных пород. Основные виды горных пород и их применение в строительстве. В основу классификации горных пород положено их происхождение. Происхождение и условия образования горных пород предопределяют их химико-минералогический состав, кристаллическое строение и структуру. Эти показатели определяют прочность, долговечность, декоративные каче- ства горных пород. Согласно генетической классификации, горные породы подразделя- ются на три большие группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические. Генетическая классификация горных пород Магматические (изверженные) породы Массивные Глубинные Излившиеся Граниты, сиениты, дио- риты, габбро Порфиры, диабазы, тра- хиты, базальты, андезиты Обломочные Рыхлые Цементиро- ванные Вулканические пеплы, пемзы Вулканические туфы Осадочные породы Химические осадки Органоген- ные отложе- ния Механические отложения (обломочные породы) Рыхлые Цементиро- ванные Гипс, ангидрит, магне- зит, доломиты, известняк Известняки, мел, раку- шечник, диатомиты и трепелы Глины, пески, гравий Песчаники, брекчии Метаморфичес- кие (видоизме- нен-ные) Продукты ви- доизменения магматичес- ких пород Гнейсы то же, осадоч- ных пород Мраморы, кварциты Магматические породы образовались из расплавленной магмы, под- нявшейся из глубины земли и отвердевшей при остывании. В зависимости от скорости и условий остывания все магматические породы делят на глу- бинные, излившиеся плотные, излившиеся рыхлые и сцементированные. Глубинные - образовавшиеся при значительном давлении верхних сло- ев, медленном и сравнительно равномерном остывании. Такие условия бы- ли благоприятны для кристаллизации минералов, составляющих горную породу. В связи с этим глубинные породы массивны, плотны и состоят обычно из тесно сросшихся более или менее крупных кристаллов. Для глу- бинных пород характерны зернисто-кристаллическое строение и полно- кристаллическое строение. Породы: гранит (SiO 2 > 65%, серый, красноватый), сиенит (SiO 2 = 55...65%, серый), диорит (SiO 2 > 55%, серый, темно-зеленый), габбро (тем- но-зеленый до черного). м = 2600...3300 кг/м 3 R сж = 120...350 МПа Гранит хорошо обрабатывается, подвергается шлифовке и полировке. Сиенит легче гранита, хорошо обрабатывается. Применение: камни и плиты внешней облицовки, камни в гидротех- ническом строительстве, бортовые камни, тяжелый заполнитель для бето- нов - щебень (диорит и габбро). Излившиеся плотные образовались на поверхности земли при отсут- ствии давления и при быстром охлаждении магмы. Кристаллизация проис- ходила в неблагоприятных условиях. Но поскольку некоторая часть магмы, излившаяся на поверхность, уже содержала кристаллы отдельных минера- лов, в большинстве случаев излившиеся породы состоят из отдельных хо- рошо сформированных кристаллов, вкрапленных в основную скрытокри- сталлическую массу. Такое строение называют порфировым. В тех случа- ях, когда излившиеся породы застывали мощным слоем, их строение было сходно с глубинными породами. Если же слой был сравнительно, то охла- ждение происходило быстро и масса оказывалась стекловатой, а верхние слои лавы становились пористыми вследствие энергичного выделения га- зов из магмы при уменьшении давления. Породы: порфиры кварцевые (пестрые, аналог гранита), андезиты (аналог диорита), диабазы и базальты (аналог габбро) - цвет от серого до черного. м = 2200...3300 кг/м 3 R сж = 60...340 МПа Применение в строительстве: облицовочные изделия, штучные камни для строительства, дорожные покрытия, щебень. Андезит - кислотостойкий материал, кислотоупорная облицовка. Диабазы и базальты - сырье для каменного литья. Обломочные (излившиеся пористые) - образовались при вулканиче- ских извержениях в результате быстрого резкого охлаждения частиц раз- дробленной магмы, содержащей пары и газы. Структура стеклообразная, аморфная. Породы: вулканический пепел (< 1 мм), песок (< 5 мм), пемза (5...30 мм), туф, стекла (обсидиан, перлит). Р = 40...80% м = 500...1400 кг/м 3 R сж = 2...15 МПа Применение: пористые заполнители для легких бетонов в виде песка и щебня, пемзы, туфа. Можно использовать в качестве местных стеновых материалов в виде блоков. Вспученный перлит - эффективный теплоизоля- ционный материал. Активные минеральные добавки используются в про- изводстве минеральных вяжущих веществ. Осадочные - образовались при осаждении веществ из какой-либо сре- ды, главным образом водной, либо в результате разрушения первичных магматических пород, которые находились на поверхности земли и под- вергались процессам выветривания. По характеру образования и составу осадочные горные породы делят на три группы: химические, органогенные и механические. Химические осадки - образовались при осаждении минеральных ве- ществ из концентрированных водных солевых растворов с последующим их уплотнением и цементацией. Обладают кристаллической зернистой структурой. Породы: некоторые виды известняка - CaCO 3 , магнезит - MgCO 3 , до- ломит - MgCO 3 *CaCO 3 , гипс - CaSO 4 *2H 2 O, ангидрит - CaSO 4 Все кроме гипса используются для изготовления облицовочных плит. Известняк является основным сырьем для производства воздушной изве- сти, портландцемента, щебня. Магнезит и доломит используются в произ- водстве магнезиального вяжущего, магнезиальных и доломитовых огне- упоров. Природный гипс служит сырьем для производства гипсового вя- жущего. Органогенные отложения - образовались в результате жизнедеятель- ности и отмирания растительных и животных организмов с последующим их уплотнением и цементацией. Строение рыхлое, землистое, пористое. Породы: известняк - СаСО 3 (кальцит), известняк-ракушечник, мел, ди- атомит, трепел - SiO 2 м = 600...2600 кг/м 3 R сж = 0,5...200 МПа Применение: известняк-ракушечник может служить сырьем для про- изводства извести, заполнителем для легкого бетона, декоративных плит, мел - пигмент в лакокрасочных материалах, сырье для производства изве- сти, стекла, цемента. Диатомит и трепел - аморфный водный кремнезем используются в качестве активных минеральных добавок в цементные бе- тоны. Механические отложения образовались в результате осаждения или накопления рыхлых продуктов при физическом и химическом распаде горных пород. Породы: рыхлые: гравий - окатанные обломки горных пород (5...70 мм); песок - обломки минералов горных пород (0,16...5 мм); глины - тон- кодисперсные минеральные массы, образовавшиеся в результате выветри- вания магматических полевошпатовых пород (< 0,005 мм); сцементиро- ванные - песчаники - зерна кварца, сцементированные глинистым, извест- ковым цементом. Применение: гравий - заполнитель для бетона, отсыпка в строитель- стве железных и автомобильных дорог; песок - заполнитель для производ- ства бетонов и растворов, сырье для производства силикатного кирпича и стекла; глины обладают свойством образовывать с водой пластичное тесто - являются сырьем для производства керамики, пористых заполнителей, цемента; песчаники - для кладки стен неотапливаемых помещений, фунда- ментов, ступеней. Метаморфические породы - образовались в результате процессов глубокого изменения магматических и осадочных пород под влиянием вы- соких температур и давления, а иногда и химических воздействий. В этих условиях может происходить перекристаллизация минералов без их плав- ления. Получающиеся при этом породы обычно более плотны, чем исход- ные осадочные. Породы: гнейсы - продукт перекристаллизации гранитов, мрамор - продукт перекристаллизации известняков и доломитов, кварцит - продукт перекристаллизации песчаников. м = 2600...2800 кг/м 3 R сж = 100...300 МПа W m = 0,1...0,7% Применение: гнейсы - для облицовочных плит каналов, набережных, кладки фундаментов, устройства тротуаров; мрамор бывает белым, розо- вым, черным, поддается шлифовке и полировке - внутренняя облицовка, плитки, декоративный щебень; кварцит обладает твердостью более 7 по шкале Мооса (превосходит твердость минерала кварца) - ответственные части зданий и сооружений, камни и плиты для наружной облицовки. 3. Побочные продукты и отходы промышленного производства, как сырье для производства строительных материалов Промышленность строительных материалов утилизирует при произ- водстве наибольшее по сравнению с любой другой количество побочных продуктов различных производств: - металлургического (шлаковые расплавы); - отходов от сжигания топлива (золы и шлаки); - химического (фосфогипс); - собственного (отсевы дробления горных пород, бой кирпича и стек- ла). Металлургические шлаковые расплавы являются отходом производ- ства металла, в своем составе содержат преимущественно SiO 2 , Al 2 O 3 . При резком охлаждении переходят в твердое состояние с аморфной стекловид- ной структурой, что обеспечивает химическую активность составляющих оксидов. Шлаковые расплавы используют для получения доменного гра- нулированного шлака и пемзы (заполнитель в шлакобетонах), тонкомоло- того шлака (добавка для получения шлакопортландцемента), шлакового литья и шлаковой ваты. Отходы от сжигания твердого топлива также могут содержать актив- ные оксиды SiO 2 , СаО. В зависимости от состава тонкодисперсные золы и шлаки могут использоваться как сырье в производстве силикатного кирпи- ча, легкого заполнителя, как добавка в цементы. Крупнодисперсные золы и шлаки могут использоваться как крупный или мелкий заполнитель для по- лучения легких бетонов. Некоторые отходы химической промышленности - производства фос- фатов, хлоридов и некоторых других веществ используются как вяжущие - фосфогипс, добавки в бетон - различные соли - ускорители твердения, уплотнители и т.д. При производстве строительных материалов также возникает доста- точно большое количество отходов: отсевов дробления горных пород, боя кирпича, стекла и др. материалов при их складировании и транспортиро- вании. Как правило, их используют после дробления как заполнители в тяже- лые и легкие бетоны или, в тонкомолотом состоянии, как активные мине- ральные добавки в бетоны и растворы (цемянка). |