Диссертация (Научно-технологические основы использования глинистого сырья для производства силикатных автоклавных материалов), страница 13

Их доля восадочных породах составляет более 50 % объема. Образование глинистых породпроисходит в основном из магматических и метаморфических горных пород, которые в своем составе содержат преимущественно оксиды SiO2, Fe2O3, FeO,A12O3, CaO, MgO, К2О и Na2О. Источником всего минерального вещества является магма, что предопределяет наибольшее распространение в земной коре магматических пород – до 95 мас. % (Рисунок 2.4).МагмаМетаморфизмМетаморфическиегорные породыМетаморфизмМагматическиегорные породыВыветриваниеОсадочныегорные породыВыветриваниеРыхлыеосадкиДиагенезВыветриваниеРисунок 2.4 – Движение минерального вещества в земной кореПервичные магмы, попав в другие термодинамические условия, изменяютсвой минеральный состав.

Это происходит за счет магматической дифференциации, которая включает в себя кристаллизацию, взаимодействие с флюидами ивмещающими породами. В зависимости от особенностей дифференциации магмымогут образовываться породы разных типов.64Горные породы различного минерального состава, попадая в поверхностныеусловия, подвергаются выветриванию (Рисунок 2.5). Это один из наиболее энергоемких этапов формирования осадочных горных пород, в котором выделяют дватипа – физическое и химическое выветривание [394].

В процессе выветриваниямагматических и метаморфических пород формируются горизонты, которые соответствуют последовательным стадиям выветривания. Кора выветривания характеризуется постепенным изменением исходных пород, причем ближе к поверхности интенсивность изменений усиливается.Рисунок 2.5 – Схематический геологический разрез кристаллического фундаментаи нижнекаменноугольных отложений Белгородского района КМА:1 – неизмененные различные магнетитовые кварциты; 2 – неизмененные серицитовые и биотитовыефиллитовидные сланцы; 3 – окисленные и слабо дезинтегрированные железистые кварциты; 4 – окисленные и частично дезинтегрированные биотито- или серицито-гидрослюдистые сланцы; 5 – богатыежелезные руды; 6 – гидрослюдистые бескварцевые продукты выветривания сланцев; 7 – каолинитовые,шамозито-каолинитовые продукты выветривания сланцев; 8 – элювиальные бокситы, аллиты и ферролиты; 9 – каолинито-кварцевые продукты выветривания сланцев; 10 – шамотизация; 11 – карбонатизация; 12 – линии тектонических разломов; 13 – переотложенные богатые железные руды; 14 – каолинитовые глины; 15 – шамозитовые породы; 16 – сидеритовые породы; 17 – нерудные конгломерато-брекчии;18 – уголь и углистые глины; 19 – глины; 20 – известняки; 21 – песчано-глинистые отложения65Физическое выветривание, заключающееся в дроблении горных пород намелкие частицы, практически всегда сопровождается взаимодействием породы скислородом, водой и углекислотой, в результате чего протекают процессы растворение, гидролиз, окисление и гидратация.

За счет этого изменяются размеры ихимический состав отдельных частиц пород.На эти процессы оказывают также биологическое действие живые организмы. В результате образуются дисперсные породы различного минерального состава, которые либо остаются на месте, либо перемещаются поверхностными водами, сносятся в водоемы и формируют терригенные осадки [395–399]. Горныепороды под воздействием давления, температуры, растворов разных составов иконцентраций и других факторов постоянно изменяются. В породах накапливается энергия, количество переходит в качество и происходит образование новыхминералов и горных пород.Общей тенденцией химического выветривания является разложение пород сучастием реакций обмена, растворения, выщелачивания, окисления, гидратации, врезультате чего происходит разрушение силикатов и сульфидов с образованиемокислов, гидроокислов, солей и кислот.

В воде минералы магматических породподвергаются гидролизу, при котором сложная кристаллохимическая структурасиликатов полностью не разрушается, а происходит распад на отдельные блоки,из которых потом возникают новые минералы.При выветривании таких минералов, как полевой шпат, амфибол, пироксен,образуются иллит, нонтронит, каолинит и ряд других глинистых минералов.

Образование глин определяется исходным минеральным составом материала и условиями среды. Так, например, каолинит образуется из полевых шпатов преимущественно в кислой среде (рН среды 2,1–5,5). Для образования монтмориллонитатребуется присутствие оснований, в частности магния.Б. Б. Полынов и И. И. Гинзбург [400, 401] в процессах химического выветривания выделили отдельные стадии, что отчетливо проявляется в развитии коры66выветривания.

Например, при выветривании кислых пород формируется следующий профиль коры выветривания (Рисунок 2.6).На первом этапе (обломочная стадия)за счет физического выветривания корен-Бокситыные породы дезинтегрируются. ВторойКаолинитоваяэтап (сиаллитная стадия) характеризуетсязонаначалом химического выветривания, приГидрослюдистаякотором частично разрушается кристаллохимическая структура силикатов и образуется гидрослюда. Дальнейшее химическоевыветривание (кислая сиаллитная стадия)приводит к значительному преобразованиюминералов и формированию каолинитовойзонаЗонадезинтеграцииКоренныепороды гранитыРисунок 2.6 – Схема выветриванияалюмосиликатных горных породзоны коры выветривания. Во влажном климате в условиях тропиков и субтропиков возможно полное разложение силикатовс образованием оксидов алюминия, железа и кремния (аллитная стадия). Так формируются месторождения бокситов.Согласно геохимической классификации осадочных образований В.М.Гольдшмидта [402] для производства автоклавных материалов пригодны гидролизаты – породы второй группы (Таблица 2.1).Помимо классификации осадочных пород, существует несколько классификаций кор выветривания.

Большинство авторов выделяют следующие типы кор:1) обломочная, состоящая из химически неизмененных или слабо измененных обломков исходной породы; 2) гидрослюдистая кора, характеризующаяся слабымихимическими изменениями коренной породы, но уже содержащая глинистые минералы – гидрослюды, образующиеся за счет изменения полевых шпатов и слюд;3) монтмориллонитовая кора, отличающаяся глубокими химическими изменениями первичных минералов; главный глинистый минерал в ней монтмориллонит;4) каолинитовая кора; 5) красноземная, 6) латеритная.

Последние два типа коры67представляют собой результат длительного и интенсивного выветривания с полным изменением первичного состава исходных пород.Таблица 2.1 – Геохимическая классификация осадочныхобразований В. М. ГольдшмидтаТипы осадочныхГруппыВедущиеобразованийосадочных породэлементыОстаточныеКремнеземистыеSiГидролизатыГлинистые(Si), Al, (K), (Mg)ЖелезистыеFe, MnКарбонатыКарбонатныеCa, Mg, CЭвапоритыЭвапоритовыеОкисленные(оксидаты)ОрганическиеотложенияУглеродистыеNa, (K), (Mg), (Ca), Cl, S,BC, H, N, SЭлементы-спутникиAu, Ti, Zr, Sn и др.Ti, Zr, Ga, Be, Nb, Sc, Y,TR и др.P, As, V, Mo; Ni, Co, Cu идр.SrRb, Br, (Sr)U, Mo, V, Ge, Cu, Zn, Pb идр.Полиминеральные горные породы образуют месторождения железа, марганца, титана и т.д.

[319, 403]. При выветривании магматических пород иного состава горизонты профиля коры выветривания формируются из других минералов.Кора выветривания ультраосновных пород (снизу-вверх) состоит из следующих зон: 1 – дезинтегрированные серпентиниты обломочного строения; 2 – выщелоченные серпентиниты; 3 – нонтрониты; 4 – зона охр.На основных породах также образуются нонтрониты и другие минералымонтмориллонитовой группы. Монтмориллонит – типичный продукт выветривания в условиях щелочной среды основных пород. В значительное мере образованию монтмориллонита способствуют породы, содержащие большое количествоСа2+ и Mg2+.Глины делятся на первичные, оставшиеся на месте образования, и вторичные, которые отложились в новых местах в результате процессов переноса.

При68недостаточной дифференциации осадочного вещества образуются полиминеральные глины. Как правило, эти глины имеют вторичное происхождение.Если изобразить трансформацию вещества в результате экзогенных процессов в виде модельного ряда, то крайние члены можно представить породами, сложенными совершенными кристаллами минералов исходных алюмосиликатныхпород и глинистых пород соответственно, между которыми расположена областьмаксимальной степени несовершенства вещества (Рисунок 2.7).По степени структурной упорядоченности реальные исходные породы, равно как и «чистые» глины, расположены ближе к зонам идеального кристаллического вещества, т.е. ближе к тому состоянию, которое является наиболее термодинамически устойчивым.Вещество с максимальной степенью несовершенстваИдеальнокристаллическоевеществоМагматические иметаморфическиепородыПороды незавершеннойстадииминералообразованияГлиныРентгеноаморфныефазыСмешаннослойныеминералыГидрослюдыНесовершеннойструктуры каолинити монтмориллонитGЭнергия ГиббсаКристалличностьКристалличностьИдеальнокристаллическоевеществоРисунок 2.7 – Модель трансформации вещества в результате экзогенных процессовПри воздействии всей совокупности факторов, обусловливающих выветривание полнокристаллических (магматические либо метаморфических) пород, втечение длительного времени постепенно изменяется вещественный состав минералов и их кристаллическая структура.