Цементное сырье

Цементное сырье — это различные горные породы — карбонатные, глинистые, кремнистые сульфатные, которые используются для получения цемента. Мировое производство этого необходимого строительного материала неуклонно возрастает, приближаясь в настоящее время к 1 млрд т. Имеется множество различных типов, сортов, марок цемента, различающихся своими свойствами. Важнейшим вяжущим материалом этого семейства является портландцемент. Для приготовления 1 т его клинкера (полупродукта, получаемого при обжиге тонко-измельченной смеси минеральной шихты) расходуется 1,7 — 2,1 т исходного сырья — карбонатных (известняки, мел, мергель) и глинистых (глины, глинистые сланцы, аргиллиты) горных пород, смешиваемых в строго определенных соотношениях. Доля первых составляет 75-82 %, вторых — 18-25 %.

Первоначально портландцемент изготавливался из глинистых известняков, так называемых мергелей-натуралов, характеризующихся почти оптимальным для цемента отношением оксида кальция к кремнезему. Такие месторождения широко известны в штате Огайо (США), районе Регби-Лейстер (Великобритания), районе Новороссийска (Россия). Однако истощение месторождений мергелей-натуралов и резкое повышение спроса на цемент привело к тому, что для производства портландцемента стали использовать глины и известняки различных месторождений.

Качество цемента определяется соотношением его главных клинкерных компонентов и наличием загрязняющих примесей и зависит от химического состава исходной смеси карбонатных и глинистых пород (шихта), а также вводимых в цементный клинкер гипса и других добавок. Общими требованиями к качеству цементного сырья являются его однородность, выдержанность химического состава и отсутствие крупных включений других пород и минералов.

Среди месторождений карбонатного сырья для цементной промышленности наибольшее значение имеют три геолого-промышленных типа (Еремин, 2007):

• субгоризонтальные пласты и линзы мела, мергелей, известняков и доломитов в разрезах платформенных карбонатно-терригенных формаций различного возраста (Вольские и другие многочисленные месторождения Русской платформы и других платформ);
• круто- и пологопадающие пласты, линзы и пачки ритмичного чередования мергелей, известняков и карбонатных глин мощностью в десятки метров в разрезах складчатых геосинклинальных карбонатно-терригенных флишевых толщ большой мощности (Новороссийские месторождения);
• слабо наклоненные, быстро выклинивающиеся пластовые, линзовидные и сложной формы залежи доломитов и органогенных известняков с мелом и мергелями в составе карбонатных, рифогенных, соленосных, терригенных и угленосных толщ краевых и межгорных прогибов и внутренних впадин (Еленовское месторождение в Донбассе, месторождения штатов Огайо, Индиана и Иллинойс в США).

Источником глинистого сырья помимо мергелей служат месторождения морских глин, глинистых илов, аргиллитов и глинистых сланцев, представленные пластовыми и линзовидными залежами.

В цемент для улучшения его способности к гидратации в небольшом количестве добавляются высококремнистые породы с активным кремнеземом — диатомиты, трепелы и опоки определенного химического состава. В качестве активных добавок используются также вулканические породы опал-кристобалитового ряда: пуццоланы и трассы. Месторождения этого сырья широко развиты среди молодых осадочных пород Поволжья, Зауралья и других регионов.

В различные сорта цемента для регулирования его свойств добавляют гипс (до 3 %). Главным геолого-промышленным типом месторождений гипса и ангидрита являются протяженные линзовидные и пластовые залежи в толщах карбонатных и терригенных пород — известняков, доломитов, глин и мергелей. Эти месторождения широко распространены в различных регионах.

Главными требованиями к месторождениям горных пород, используемых как строительные материалы и как сырье для их производства, являются: значительные размеры, открытый способ разработки, обеспечивающий возможность переработки значительных объемов горной массы, близость к потребителям, комплексность сырья.