СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗВЕДКИ И ОТРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ФЛЮСОВЫХ ИЗВЕСТНЯКОВ

Рогаченко А. М.

Источник: Сборник тезисов ІІ Всеукраинской научной конференции-школы молодых ученых «Сучасні проблеми геологічних наук», КНУ им. Шевченко. – 2010. – Киев.

Рассмотрено применение известняка в различных отраслях промышленностей. Особое внимание уделено металлургии, где известняк используется в качестве флюса. В этой области выделены современные проблемы, связанные с поставкой на производство качественного флюсового сырья. Главными причинами этого являются совершенствование технологических процессов в металлургии и  значительное уменьшение сырьевой базы основного производителя конверторного известняка. Исследовано распределение качества известняков Родниковского месторождения Донецкой области. Проведен сравнительный анализ качества известняков месторождения с техническими требованиями промышленности.

Розглянуте застосування вапняку в різних галузях промисловості. Особлива увага приділена металургії, де вапняк використовується як флюс. У цій області виділені сучасні проблеми, пов'язані з поставкою на виробництво якісної флюсової сировини. Головними причинами цього є вдосконалювання технологічних процесів у металургії й значне зменшення сировинної бази основного виробника конверторного вапняку. Досліджений розподіл якості вапняків Родниківского родовища Донецької області. Проведений порівняльний аналіз якості вапняків родовища з технічними вимогами промисловості.

It’s examined an application of the limestone in different branches of industries. Much prominence is given to the metallurgy, where limestone is used as a flux. There are modern problems in this sphere, which are bounded up with the delivery to the production the flux raw materials of high quality. The main reasons of this are improvement of technological processes in metallurgy and considerable decrease of stuff base of the central converter limestone producer. It’s investigated a distribution of limestone quality of Rodnikovskoje deposit of Donetsk region. It is also outlined a comparative analysis of the limestone quality of deposit with the technical requirements of industry.

Известняк весьма распространенная и довольно сложная по составу порода. Он встречается в земной коре обычно большими массами в виде пластов, иногда большой мощности. Пласты известняков часто тянутся на сотни километров. При этом известняки одного месторождения обычно состоят из отдельных пластов, различных по плотности, мощности, составу и качеству. Мощность отдельных наслоений изменяется от нескольких сантиметров до нескольких метров (5 – 6 м и более) [2].
Область использования известняков чрезвычайно широка. Их используют в важнейших отраслях народного хозяйства: в металлургической, химической, строительной, сахарной промышленности и в сельском хозяйстве. В металлургической промышленности известняк необходим в качестве флюса. Он является вяжущим материалом между силикатами и алюминатами и превращает их в шлак, который можно легко отделить от расплавленного металла. В сталеплавильном производстве известняк применяется для очистки металла и повышения его качества [4]. Известняк используется также для очистки кислых дренажных вод, для десульфации потоков газа, для обработки грунтов и др.
Мировая добыча известняков превышает 3 млрд тонн, а потребление их на суше составляет около 200 млн тонн. Он встречается на всех материках, кроме Австралии.
В Украине известняк имеет чрезвычайно широкую область применения. Главным образом его используют в металлургической промышленности. Известняк является основным флюсом и технологическим материалом, качество которого зависит от его химического состава. Флюсовые известняки должны иметь в своем составе наибольшее количество оксида кальция и как можно меньше вредных (серы, фосфора) и баластных (SiO2, Al2O3) примесей. Возможность использования известняков как флюса определяется не только химическим составом, но и их однородностью, крепостью и стиранием. Мелкозернистые, мощные, относительно пористые породы наиболее применимы для изготовления флюсов [3].
За столетнюю историю украинской металлургии создана промышленность по добыче и первичной обработке карбонатного сырья, необходимого для ее потребностей. Украина до последнего времени полностью обеспечивала себя этим сырьем и удовлетворяла потребности металлургии России, Грузии, частично – Польши, Словакии.
Основная часть запасов флюсовых известняков расположена в Донецкой области и Автономной Республике Крым.
Главным районом разведанных запасов флюсовых известняков, которые разрабатываются в Украине, является зона сочленения южно-западной части Донецкой складчатой структуры с Приазовским блоком УЩ. Здесь сконцентрированы 38 % разведанных запасов флюсовых известняков и 20 % известняков доломитизированных. Продуктивной является моноклинально залегающая известняково-доломитная толща турнейского и визейского ярусов нижнего карбона мощностью до 500 м. Отложения визейского яруса представлены, главным образом, известняками, а турнейского яруса – чередованием слоев известняка, доломита и доломитизированных известняков. Также встречаются глинистые и окремненные известняки, известняк со сланцем. Мощность карбонатной толщи колебается от нескольких до 100 и больше метров.
В последнее время возникло ряд проблем, связанных с применением известнякового сырья в металургической промышленности. Основными причинами этого является внедрение новых технологических процессов в металлургии [5], которые требуют повышения качества флюсового известняка по химическому составу и механической крепости; истощение месторождений с качественным сырьем (Каракубское месторождение, Донецкая область); закрытие карьеров в связи с обострением экологических проблем (Гасфортское месторождение, Крымский полуостров).
Основным производителем конвертерного известняка является Комсомольское рудоуправление. Его сырьевая база представлена Каракубским месторождением флюсовых известняков. Действующие карьеры - Северный, Южный, Жеголевский. Карьер Дальний полностью отработан и затоплен. Запасов Каракубского месторождения хватит до 2015 года при достигнутой мощности предприятия в 7 млн тонн сырого известняка в год. В связи с этим возникла потребность в конверторном известняке. Пополнение дефицита высококачественным флюсовым сырьем планируется за счет введения в эксплуатацию Родниковского месторождения.
В геолого-структурном отношении Родниковское месторождение известняков расположено в южно-западной части зоны сочленения складчатой структуры Донбасса с Приазовским мегаблоком Украинского щита и приурочено к полосе распространения пород визейского и турнейского ярусов нижнего карбона, которые слогают южное крыло Кальмиус-Торецкой котловины.
В Родниковском месторождении  продуктивными толщами являются известняки турнейского и визейского яруса нижнего карбона. Мощность полезного ископаемого составляет 72,4 м на Восточном участке месторождения и 90,3 м – на Западном (подсчитано до горизонта -7м). Отложения визейского яруса представлены, в основном, известняками. Турнейский ярус отличается  чередованием слоев известняка, доломита и доломитизированных известняков, также глинистых и окремненных известняков, известняков со сланцем и др. Карбонатные породы турнейского и визейского ярусов относятся к типу органогенных, преимущественно мелкодетритусовых, слабометаморфизованных пород. В них, как сингенетические образования, встречаются кремни разной формы, что указывает на ту большую роль, которую могли играть химические процессы еще на стадии седиментации известняков. Большая роль химического процесса в образовании доломита подтверждается малым наличием  ископаемой фауны в доломитизированных породах и отсутствием четких пластоподобных форм залегания доломитизированных тел, которая постепенно изменяется в доломитизованных или обычных известняках.
В зависимости от химического состава и содержания лимитирующих компонентов среди известняков Родниковского месторождения выделяются: ферросплавные, конверторные, доменные. При этом почти 70% от всех запасов месторождения составляют конверторные известняки. При контроле массовой доли SiO2, карбонатные породы пригодны для обжига в любых известнякобжигающих агрегатах с целью получения конверторного известянка. 
Запасы карбонатных пород Родниковского месторождения подсчитаны по данным предварительной разведки (см табл 1). Доказана рентабельность (28,1%) отработки Родниковского месторождения.

Таблица 1. Общие запасы флюсового сырья Родниковского месторождения.

Для месторождений флюсовых известняков определяющими показателями качества являются показатели СаO, MgO, SiO2, Al2O3+Fe2O3, S, P [1]. По результатам химического анализа послойно исследовано распределение качества известняков на месторождении. Выявлены участки с  повышением и понижением  качественных характеристик полезного ископаемого, исследованы причины их изменения. Установлена закономерность распределения качества известняков Родниковского месторождения по результатам статистической обработки данных.
Содержание СаО является основным показателем качества известняков. Для получения точных сведений о пространственном распределении и изменении качественного показателя, причинах и закономерностях его распределения, был проведен ряд соответствующих анализов (анализ соответствия вида распределения признака нормальному закону, анализ корреляционных связей элемента и пр). По результатам проведенных анализов  выявлено неоднородное распределение качественного показателя СаО в Родниковском месторождении, что объясняется слоистым строением продуктивных толщ визейского и турнейского ярусов нижнего карбона, наличием карстовых пустот и разрывных нарушений (см рис 1,2).

Рисунок 1. План распределения показателя СаО по горизонту С1vd в восточном участке Родниковского месторождения.

Рисунок 2. Гистограмма изменчивости показателя СаО по горизонту С1vb+c в Родниковском месторождении.

Изменение значения показателя СаО в Родниковском месторождении находит объяснение также в  протекающих процессах доломитизации, окремнения, кальцитизации и выщелачивания. Зависимость изменения значения СаО от процессов доломитизации подтверждается корреляционной связью между показателями СаО и MgO (см табл 2). Основная часть доломитизированных пород образовалась на стадии седиментации карбонатных отложений и связана с процессами диагенетической доломитизации. Также имеет место эпигенетическая доломитизация, вызываемая действием подземных вод, обогащенных магнием. Она приурочена к трещиноватым известнякам и карстовым пустотам.
В карбонатных породах, слогающих Родниковское месторождение, как сингенетическое образование, встречается кремни разной формы. Причиной возникновения кремния в известняках являются химические реакции, происходящие на стадии седиментации известняков и наличие карстовых пустот, способствующих протеканию процесса окремнения.

Матрица корреляционных связей между показателями качества Родниковского месторождения.
                                                                                                                 

**  Корреляция значима на уровне 0.01 (2-сторонняя).
*  Корреляция значима на уровне 0.05 (2-сторонняя).

Средние содержания качественных показателей известняков на конкретном горизонте Родниковского месторождения различны. Каждый слой соответствует требованиям определенной промышленности. Известняки возраста C1vb+c соответствуют техническим условиям для доменного, металлургического, сталеплавильного производства. Известняки C1td могут использоваться в качестве сырого материала для металургии. Породы возраста С1vd, C1tc, C1tb могут применяться в сталеплавильной, ферросплавной промышленности, производстве строительной извести и цемента (см табл 3).

Таблица 3. Сравнительный анализ качественных показателей известняков восточной части Родниковского месторождения с техническими условиями промышленностей.

В связи с различием качественных характеристик известняков Родниковского месторождения, рекомендуется подсчитывать запасы для каждого конкретного потребителя отдельно.
Сделаны рекомендации по технологии послойной отработки месторождения для доменного, металлургического, сталеплавильного, ферросплавного производств, производств строительной извести и цемента.

.

Научный руководитель: Т.П.Волкова, профессор
A.Rogachenko  Perfection of technology of prospecting and polish the fields of gumboil limestones.