 |  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 УДК 553.635 (470.62) Особенности вещественного состава и корреляционные взаимосвязи качественных показателей минерального сырья Восточно-Псебайского месторождения гипса (Краснодарский край)
Бутенков А.А., доцент Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, Россия
В работе приведено исследование, направленное на определение закономерностей взаимоотношений показателей качества гипсов Восточно-Псебайского месторождения Мостовского района Краснодарского края.
Восточно-Псебайское месторождение гипса расположено в Мостовском районе Краснодарского края, в 2 км к востоку от п. Псебай, близ от границы с Карачаево-Черкесской республикой. В орографическом отношении район работ расположен на северном пологом склоне куэсты Скалистого хребта. Рельеф района и участка низкогорный, постепенно понижается к северу, согласно с залеганием пород [3]. Месторождение расположено в полосе распространения гипсоносной толщи титонского яруса верхней юры. Эта толща относится к средней пачке отложений титона, которая сложена в основном массивными, сахаровидными гипсами белого, светло-серого или кремового цвета. По некоторым разрезам залежь гипса представляет собой переслаивание через 1-8 м этих разновидностей гипса. Встречается гипс с «сетчатым» рисунком за счет ветвящихся трещин шириной до 5 мм с глинистым или карбонатным заполнителем, иногда кристаллическим прозрачным гипсом. В нижней части залежи чаще встречаются гипсы разных оттенков серого цвета. По разрезам отдельных скважин вскрыто несколько слоев мощностью 4-10 м гидратизированных ангидритов. Гипсовая залежь имеет пологое моноклинальное залегание, в среднем под углом 10° в северо-восточном направлении. Полезная толща вскрыта скважинами до глубины 31,0-68,5 м, средняя мощность в контуре подсчета запасов – 22,4 м. Вскрыша представлена почвенно-растительным слоем, делювиальными глинами и древними галечниками средней мощностью 2,4 м. Полезная толща закарстована, средняя по месторождению закарстованность – 22,3 %. По сложности геологического строения (закарстованность составляет более 10 %) месторождение отнесено ко 2-й группе. Гипсы имеют почти мономинеральный состав – примеси ангидрита нет, в небольшом количестве встречаются зерна кальцита. Кальцит и глинистая примесь обуславливают серую окраску. В трещинах, образующихся при деформациях гипса – тот же гипс, кальцит или глина. В нижней части полезной толщи представлены гипсы белого цвета, в шлифах имеют лепидобластовую, гетеробластовую, участками перистую и радиально-шестоватую структуру. Порода сложена на 98 % чешуйчатыми и пластинчатыми кристаллами гипса размерами 0,015-0,4 мм. Чешуйки и пластинки гипса имеют субпараллельную ориентировку. Участками пластинки гипса собраны в агрегаты перистой формы размером 0,5-0,6 мм. В основной массе породы рассеяны мелкие агрегатные скопления кальцита (1-2 %). Гипс верхней части разреза серовато-белого, темно-серого цвета, встречается и полупрозрачный. Структура гипса тонкозернистая до скрытокристаллической, в шлифе имеет неравномерно-сетчатую или петлеобразную текстуру. Структура лепидобластовая с элементами радиально-шестоватая. Состоит из тонкочешуйчатых, листоватых, игольчатых образований гипса размером 0,005-0,15 мм и новообразований доломита кремового цвета. Отмечаются сростки игольчатых и листоватых образований гипса размером до 0,25 мм. Расположение выделений кристалликов гипса в породе беспорядочное. Мелкие кристаллики доломита размером 0,035-0,05 мм распределены неравномерно. Содержание доломита не превышает 5-7 %. Ангидрит имеет серовато-голубоватый до светло-серого цвет, массивной или грубослоистой текстуры. В шлифах – тонкочешуйчатый, имеет лепидобластовую структуру. Порода загрязнена рассеянными органическими примесями темно-бурой окраски. Порода сложена тонкими чешуйками, реже короткопризматическими кристалликами ангидрита размером 0,02-0,1 мм. В ангидритовой массе в виде редких включений в породе отмечаются кристаллики кальцита. По химическому составу гипсы характеризуются как очень выдержанные. В среднем по месторождению содержание гипса составляет 95,59-95,67 %, что соответствует по классификации 1-му сорту гипсового камня. Средневзвешенное содержание гипса по месторождению – 95,62 %. Гипс содержит малое количество алюмосиликатов – глинистых минералов, а основными посторонними примесями являются карбонаты. Целью исследований в данной работе является выявление взаимосвязей компонентов вещественного состава гипсов Восточно-Псебайского месторождения и влияния их на качественные параметры сырья. Основная задача исследований состоит в определении статистических показателей, а также в проведении корреляционного анализа. В качестве исходного материала использованы результаты опробования пород полезной толщи по 9 канавам и 7 скважинам разведочной стадии ГРР [3]. По каждой пробе есть данные о содержаниях нерастворимого остатка, содержания СаО, SO3, воды, гипса (табл. 1).
Таблица 1 – Результаты химического анализа гипсов [3]
Окончание таблицы 1
Для достижения поставленных целей и задачи были использованы программы Microsoft Excel и Statistica [1]. Для всех имеющихся показателей вещественного состава минерального сырья были рассчитаны статистические параметры распределения (минимальное и максимальное значения, дисперсия, стандартное отклонение, асимметрия эксцесс) (табл. 2), построены гистограммы (рис. 1 - 5).
Таблица 2 – Статистические параметры
Анализ распределения показывает, что нормальному закону соответствует только распределение содержаний SO3 (рис. 3), для остальных параметров характерно логарифмически нормальный закон распределения. Причем, для распределения нерастворимого остатка и содержаний СаО присуща левосторонняя асимметрия (рис. 1 - 2), т. е. смещение в сторону меньших значений, а для содержаний воды и гипса – правосторонняя, тут преобладают значения повышенные (рис. 4 - 5). Пределы колебаний для каждого показателя вещественного состава достаточно узкие – относительно высокая дисперсия характерна только для содержаний гипса. Рассчитанные статистические параметры отражают высокую степень выдержанности качества гипсового сырья Восточно-Псебайского месторождения.
Рис. 1 – Гистограмма распределения содержаний нерастворимого остатка
Рис. 2 – Гистограмма распределения содержания СаО
Рис. 3 – Гистограмма распределения содержания SO3
Рис. 4 – Гистограмма распределения содержания Н2О
Рис. 5 – Гистограмма распределения содержания гипса
При проведении корреляционного анализа составлена матрица коэффициентов корреляции Пирсона (табл. 3), построены корреляционные диаграммы (рис. 6 - 11), произведена их интерпретация.
Таблица 3 – Корреляционная матрица
Рис. 6 – Корреляционная диаграмма «содержание воды – содержание гипса»
Рис. 7 – Корреляционная диаграмма «содержание SO3 – содержание гипса»
Рис. 8 – Корреляционная диаграмма «содержание СаО – содержание гипса»
Рис. 9 – Корреляционная диаграмма «содержание СаО – содержание воды»
Рис.10 – Корреляционная диаграмма «содержание СаО – содержание SO3»
Рис. 11 – Корреляционная диаграмма «содержание нерастворимого остатка – содержание SO3»
Результаты проведённых исследований позволяют прийти к определённым выводам. Качество гипса как сырья характеризуется высокой степенью выдержанности (табл. 2), практически по всем пробам соответствуя первому сорту (сырье для производства технического, формовочного и медицинского гипса, а также белого, декоративного и гипсоглиноземистого расширяющегося цемента), отчасти второму сорту (сырье для производства гипсового вяжущего), что выражается и в содержании минерала гипса, и в содержании воды. Для гипса первого сорта содержание гипса должно быть не менее 95 %, кристаллизационной воды – не менее 19,88 %. Соответственно, для гипса второго сорта – не менее 95 % и 18,83 %. Более 85 % проб выборки попадают в интервалы содержаний гипса от 94,83 до 98,75 % (рис. 5). Высокое качество сырья и его выдержанность также подчеркивается содержаниями нерастворимого остатка. Согласно требованиям, оно не должно превышать 1 %, что выдерживается по всем пробам исследованной выборки (табл. 1 - 2) – значения этого параметра колеблются в узких пределах от 0,1 до 0,77 %, и при этом подавляющая часть проб (70 %) по данному показателю находится в рамках 0,1 - 0,21 %). Корреляционный анализ показывает высочайшую положительную связь между главными компонентами исследуемого сырья – гипса и воды (коэффициент 0,95). Это обстоятельство указывает на крайне низкие концентрации в породе других водосодержащих минералов (относящихся к гидрослюдистым минералам нерастворимого остатка, содержания которого весьма низки). Характерна сильная отрицательная связь между гипсом и нерастворимым остатком (коэффициент -0,63). Она обусловлена тем, что стадия накопления сульфатов осложнялась кратковременными опреснениями солеродного бассейна, что выражалось в осаждении механической взвеси, представленной глинистой и гидрослюдистой минерализацией. При этом следует обратить внимание на сильную отрицательную связь воды и нерастворимого остатка (коэффициент -0,62). Это объясняется тем обстоятельством, что нерастворимый остаток представлен в основном минералами, не содержащими кристаллизационную воду (каолинит, монтмориллонит), и содержание в нём гидрослюд весьма низкое. Выявлены средние отрицательные связи СаО с водой (коэффициент -0,39) и CaO с SO3 (коэффициент -0,37). Они объясняются присутствием в разрезе полезной толщи помимо сульфатной также и карбонатной кальцийсодержащей минеральной формы – кальцита. Средняя положительная связь SO3 с гипсом (коэффициент 0,43) и водой (0,42) объясняется присутствием в разрезе также и безводной кальцийсодержащей минеральной формы – ангидрита, но в малозначимых количествах. Как известно, первично в зависимости от условий в солеродных бассейнах могут отлагаться как гипсы, так и ангидриты [2]. При дальнейшем погружении, с увеличением давления, и в меньшей степени температуры, происходит дегидратация гипса, вода удаляется, гипс переходит в ангидрит. Такой переход обычно происходит до глубин 100-150 м. И напротив, при подъеме ангидрита к поверхности он может гидратироваться и переходить в гипс. Учитывая регрессивный характер эвапоритовой толщи Восточно-Псебайского месторождения (снизу-вверх друг друга сменяют глубоководные морские известняки и глины, затем мелководная гипсовая толща и поверхность размыва выше), можно прийти к выводу, что исследуемая гипсовая толща формировалась вторично путем гидратации ангидрита, реликты которого отмечаются среди гипсов.
Библиографический список
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
