Месторождения и технологии добычи известняка. Способы добычи камня известняка

Известняк представляет собой осадочную горную породу, которая состоит, в основном, из карбоната кальция (формула: CaCO 3). Основная его масса является результатом отложений твёрдых панцирей и раковин древних морских организмов. Реже встречается известняк, образованный химическим путём.

Благодаря наличию в воде кислот эта порода имеет свойство постепенно растворяться, что приводит к появлению пещер и карстовых полостей. При нагревании она разлагается с выделением углекислого газа. Эта реакция используется при производстве цемента, а также является причиной наличия газа в минеральных водах.

Отложения известняка отличаются по возрасту. От этого зависит и его внешний вид. Так, например, юрские известняки существенно отличаются по внешнему виду от триасовых известняков.

Различные примеси придают этой породе разные свойства. Благодаря примеси оксида марганца образуются доломитовые известняки. Примесь оксида серы характерна для мергелистых пород. В песчаных известняках присутствуют примеси кварца, опала, халцедона. Так же известны породы с примесью глины.

Окраска у известняков бывает преимущественно светлых оттенков, может быть белой, серой, жёлтой. Реже встречаются красноватый и бурый цвет. Иногда можно обнаружить зеленоватый и коричневый оттенки. Наиболее редкий вариант цвета – чёрный.

Плотность разных видов известняков составляет от 2500 до 3000 кг на метр кубический.

Распространение известняковой породы

Известняк – довольно распространённая горная порода. Много его на территории России, Европы и Северной Америки. Единственный регион, где его нет, это Австралия. Месторождения этой породы обычно приурочены к днищам древних морей, где обитали водные организмы, имеющие известковые панцири. Многие европейские горы (например, Альпы) состоят почти целиком из известняка.

Известняк: где добывают

Большое распространение известняка делает возможной его добычу в различных регионах мира. В России большинство крупных месторождений приурочены к западной части страны. Карьеры по добыче этого камня есть в Ленинградской, Воронежской, Тульской, Белгородской, Архангельской и Вологодской областях. Добывают известняк также на Северном Кавказе, на Урале, в отдельных районах Сибири и в Московской области.

В Вологодской области добыча известняка осуществляется на карьерах, расположенных поблизости от комбината, на котором производится его переработка.

Самыми известными из российских месторождений являются Швакинское и Савинское. Они находятся в Архангельской области. Добытый на них известняк отправляется на цементные заводы. Общие запасы этой породы на данных месторождениях превышают 100 тысяч тонн. Примерно половина от этого объёма будет задействована в последующей добыче.

Наиболее рентабельные месторождения расположены в центральных районах Европейской территории России. На Урале наибольшими запасами обладает Челябинская область, а в Сибири – Новосибирская, Кемеровская области и Красноярский край.

Активная разработка известняка для производства цемента ведётся в окрестностях Новороссийска.

Добыча известняка в Новосибирске

Крупный современный карьер, на котором разрабатываются известняки Сокольско-Ситовского месторождения, расположился в двух километрах в северо-восточном направлении от Липецка. На этом карьере ведётся добыча так называемых флюсовых известняков, около 15 процентов которых получают именно здесь. Это один из крупнейших разрезов в мире: его размеры составляют 1,5 на 0,5 км, глубина – 50 м. При современном уровне добычи запасов добываемого сырья будет достаточно для разработок в течение более 30 лет.

В странах СНГ также имеются крупные запасы этой породы. Крупнейшее в Европе месторождение расположено на территории Донецкой области у села Еленовка. Здесь добывается, в том числе, и доломит. Разработка месторождения производится на протяжении 150 лет.

Некоторые разрезы выделяются особым качеством добываемой на них породы. В России таким является знаменитое месторождение у села Мячково, расположенного у Москвы-реки. Добываемый на нём известняк отличается своим белым цветом и высокой прочностью. Это позволяет использовать его для укладки мостовых и при строительстве мельниц.

Как добывают известняк

Добыча известняка производится на карьерах. Такой вариант извлечения полезных ископаемых называется открытым. На первом этапе осуществляют так называемые вскрышные работы. Они заключаются в снятии верхних слоёв грунта, под которым находится полезное ископаемое. В период функционирования карьера производится непосредственно добыча. После её завершения осуществляются мероприятия по рекультивации.

Процедура добычи заключается в измельчении (дроблении) породы на месте, с последующей транспортировкой её к месту переработки.

Для её измельчения применяют взрывы и другие способы и технологии. К последним относятся экскаваторы – гигантские машины, которые вгрызаются в пласт известняковой породы. Также используют и гидравлические способы разрыхления.

Способы применения известняка

Наиболее широкая сфера применения этой породы – строительные и отделочные работы. Из него строят целые дома. Пласты качественного известняка используют для отделки и мостовых. Содержащий отпечатки древних животных этот камень пользуется успехом у декораторов и дизайнеров.

Применение известняка

Одна из разновидностей известняка – мергель – активно применяется для получения цемента. Также он используется для производства извести.

Другой вид этой породы мел – применяется для рисования, при создании приспособлений для сварки, в производстве резины. Определённые виды известняка используются в полиграфии. Так же он применяется при производстве теплоизоляционных материалов, в металлургической, химической и пищевой промышленности. Его нередко используют для создания насыпей, в том числе, при строительстве железных дорог.

В прошлом известняк с успехом применялся при строительстве крупных сооружений. Он использовался при создании таких знаменитых объектов, как Великая Китайская стена, Египетские пирамиды и многие другие. Некоторые из них были построены более тысячи лет назад и при этом неплохо сохранились. В России с его помощью сооружали различные храмы (храм Бориса и Глеба, церковь Покрова на Нерли), а также другие здания Москвы, Суздаля, Санкт-Петербурга и других городов. Он использовался для мощения тротуаров, при строительстве лестниц, колонн, оград. В Россию этот камень завозился из Эстонии.

В Греции его применяли при создании скульптур, в Западной Европе – при возведении зданий и храмов. Известный во Франции Собор Парижской Богоматери также был построен из этого камня. С использованием известняка была построена и знаменитая Беленская башня в Лиссабоне.

Чтобы понять, что такое известняк, необходимо узнать о его происхождении и местах залегания. Забегая вперед, скажем, что эта горная порода очень востребована в строительстве как натуральный природный камень, а также как вяжущий элемент при изготовлении извести и цемента.

Известняк также используют в пищевой и химической промышленностях и в качестве флюса (примеси) в металлургии. Такое массовое применение и популярность материала объясняет его добычу в огромных масштабах во многих уголках мира.

Как зарождается известняк?

Живые морские организмы, большие и малые, имеют очень важное значение в зарождении известняка. Развиваясь на глубине моря в огромных количествах, эти морские обитатели невероятно быстро размножаются, но также быстро и погибают.

Микроорганизмы успевают за время своего существования извлечь из воды достаточное количество извести, чтобы обустроить на своем теле надежную защиту в виде панцирей или разнообразных ракушек. Впоследствии скелеты умерших микроорганизмов залегают на морском дне целыми пластами.

С течением времени эти пласты прессуются водной массой, становятся прочными и в итоге превращаются в камень, главной составляющей которого является кальцит. В итоге, количество карбоната кальция составляет 60% от общей массы известняка. Остальную часть составляют углекислый газ и незначительные глинистые примеси. Именно примеси окрашивают известняк в разные цвета.

Виды известняка

Природный камень характеризуется по следующим параметрам:

происхождению;
структуре;
химическому составу;
строению.

Видео: Известняк-ракушечник

Происхождение камня

Органогенные. Образованы из различных остатков органического происхождения, к которым относятся: известняк шламовый и рифовый, а также ракушечник.
Хемогенные. Возникают в процессе осаждения кальция.
Обломочные. Являются результатом разрушительной деятельности самых старейших известняков.

Структура известняка

Химический состав

Доломитизированные. В состав данных известняков входит до 17% магния. При увеличении данной цифры доломитизированные известняки переходят в группу доломитов, пройдя перед этим через ряд промежуточных процессов.
Мраморизированные известняки — это переходные варианты образований, приводящие в результате к превращению в мрамор.
Мергели. Камни, в состав которых входит до 50% глинистых частиц.

Строение

Известняки различаются между собой по степени зернистости:
Оолитовые. Имеют зернистую структуру. Зерна-оолиты плотно скреплены между собой. Размер зерен не превышает 1 мм. Оолиты обладают способностью растворяться. Тогда на их месте образуются пустоты.
Позолитовые. Структура данных известняков состоит из более крупных зерен, размер которых превышает 1 мм.

Цвет природного камня

Стандартный цвет породы — белый, серый, желтоватый. Примеси, входящие в состав камня, могут придавать ему различные оттенки: частички глины — коричневые тона, водоросли — зеленоватые, железо и марганец — красноватые отблески. Присутствие примесей в известняковой породе дает красивые результаты.

Где и как добывают известняк?

Известняки имеют способность зарождаться в любых водоемах: морских, пресноводных. Но основная масса этой породы имеет все-таки морское происхождение.

Кроме Австралии залежи горной породы встречаются практически на всех материках. Большие запасы известняка находятся в Америке. Центральная часть территории России богата месторождениями камня. Его добыча успешно ведется в следующих регионах РФ: в Московской области, а также в Воронежской, Архангельской и Тульской областях.

В Краснодарском крае, в Ленинградской области, Белгородской и Вологодской областях также организовываются карьеры по добыче известняка. Месторождения горной породы на Урале и в Сибири можно назвать штучными. Альпы, горные хребты которых состоят в основном из известняка, служат доказательством того, что горный массив был когда-то составной частью морского дна.

Видео: Как изготавливают известняковые плиты для отделки

Добыча этой горной породы осуществляется методом открытых разработок. Сначала удаляются верхние некондиционные слои известняка, глины и земли. Затем по всему периметру добычи закладывается взрывчатка. Взрывы направленного действия разламывают породу на огромные куски, которые в свою очередь грузятся с помощью экскаваторов на самосвалы и доставляются к месту обработки.

Где применяется известняк

Порода отличается многообразием применения в различных областях:

Материал используется в разных видах:

в виде щебня;
бутового камня, штучного или кускового;
минерального порошка или крошки;
песка;
облицовочных плит;
известняковой муки;
минеральной ваты.

В гидросооружениях известняк пористый используют в качестве фильтра для воды. Данная порода очень востребована при обустройстве фундаментов зданий. Составными обычного известняка являются известь и бетон.

Измельченный камень входит в состав автодорожного покрытия трасс, не подвергающихся частым нагрузкам. Известняк применяется для производства соды, а также является основой многочисленных минеральных удобрений.

Известняк хорошо раскалывается, режется и пилится, обрабатывается в любом направлении. Высокие теплоизоляционные свойства породы и ее долговечность позволяют создавать большое разнообразие качественных строительных материалов.

Плитка из известняка

Данный облицовочный материал применяется для отделки разных поверхностей. Внешняя облицовка строения плиткой из известняка облагородит внешний вид здания и обеспечит ему длительный срок эксплуатации. В загородном доме найдутся и другие места, где можно применить облицовочную плитку: лестницы, бассейны, элементы ландшафтного дизайна.

Плитка из известняка также активно применяется для отделки внутренних поверхностей зданий: стен, полов, подоконников. Красивые, хорошо сочетаемые цвета натурального материала позволяют создавать воистину неповторимые дизайны барных стоек, кухонных столешниц, арок, каминов.

Воздействия климатических условий на свойства известняка

Горная порода ценится как строительный материал за свою невысокую плотность, податливость пилящим и режущим инструментам, отличные адгезийные свойства и разнообразие внешних достоинств.

Влажные климатические условия заметно снижают прочность известняка. Причем камень отличается неоднородностью породы, поэтому и плотность здесь присутствует разная. На этот важный момент необходимо обратить особое внимание.

На прочность материала и длительность его эксплуатации влияет его морозостойкость. Данный параметр намного выше у кристаллических известняков, но при отсутствии пор и трещин в материале.

Чтобы предотвратить разрушение природного материала при его применении, необходимо обязательно учитывать упомянутые выше свойства известняка.

Известняк преимущественно добывается в карьерах открытым способом. Известняк без глинистых или песчаных примесей встречается редко. Добыча известняка осуществляется преимущественно буровзрывным способом, иногда добыча производится с помощью рыхлителей и бульдозеров.

Для этого проходят скважины диаметром 100…300 мм, расположенные в один или несколько рядов в шахматном порядке, закладывают взрывчатку и осуществляют массовый взрыв. Проходку скважин ведут с помощью канатно-ударных станков, пневматических ударных или бурильных станков.

В последнее время используют мощные шарошечные буровые станки с производительностью до 30 м/ч (рисунок 1.51). Погрузку скальных пород осуществляют экскаваторами с ёмкостью ковша до 8 м 3 или погрузчиками.

Рисунок 1.51 - Шарошеч-ный буровой станок

После взрыва материал может содержать негабарит - крупные куски, которые не может захватить экскаватор. Разделку негабарита ведут взрывным методом с помощью накладных зарядов или мелких шпур, а также с помощью бутобоев. Бурильный станок с помощью специального навесного оборудования быстро переоборудуется в бутобой.

В некоторых случаях для удешевления добычи отказываются от взрывных работ и добычу ведут с помощью специальных рыхлителей, устанавливаемых на мощных тракторных тягачах. Их применение позволяет решить две важные задачи комплексного использования недр: организацию селективной отработки скальных пород различного качества и добычи сырья в охранных зонах, где применение взрывных работ недопустимо. Эффективность рыхления зависит от крепости породы, степени её трещиноватости, мощности двигателя рыхлительно-бульдозерного агрегата, суммарной массы и тягового усилия. За рубежом на многих предприятиях взамен взрывного метода также применяется механическое рыхление

Взорваннная руда транспортируется к дробильной установке, которая может работать в одну или две стадии. Для погрузки взорванной породы используют экскаваторы или погрузчики. При необходимости измельченная горная порода освобождается в моющих барабанах от глиняных и песчаных загрязнений. Известняк некоторых месторождений содержит только незначительное количество загрязнений, так что мойка может быть не нужна. Затем взорванный и вымытый материал классифицируется по размерам в отдельные фракции для обжига в печи и для продажи.

Из известняка производят также известковую муку, для чего производят тонкий помол при одновременном высушивании, например, применяются быстроходные молотковые мельницы.

При получении высококачественных клинкеров производят селективную добычу сырья, т.е. добывают партии сырья необходимого состава при минимальном содержании вредных примесей. При добыче более мягких горных пород (например, мел) необходимость проведения взрывных работ отпадает. Мягкие горные породы добывают с помощью тяжелых бульдозеров или роторных экскаваторов.

Взорванная руда автосамосвалами транспортируется к дробильной установке, которая может работать одноступенчато или многоступенчато.

Обжиг извести

Целью обжига извести является преобразование карбоната кальция в оксид кальция. Теоретически для этого требуются 3154 кДж/кг CaO (при 20 °C). При 900 °C парциальное давление CО 2 достигает 1 бар. Практически температура обжига извести намного выше. Ряд потребителей (например, сталеплавильные комбинаты), желают кроме низкого остаточного содержания СО 2 также и хорошую реакционую способность, которая получается только в определенных типах печей. Для этого наряду с качеством обожженного продукта (химический состав, кристаллическая структура), первым делом играет роль температура обжига, которая определяют структуру пор продукта обжига. В дальнейшем в подробностях описываются самые важные реакции и процессы для обжига извести.

Способы добычи камня известняка

Подобного рода горная порода, как камень природный известняк, обширно используется в строительной сфере. Целые дома строятся из этой натуральной породы. Облицовка фасадов зданий - основной способ применения этого камня. Слои первоклассного известняка используют, в том числе и для выкладки мостовых. Известняк славится довольно хорошей прочностью, долговечностью, превосходными эстетическими характеристиками.

Где добывают известняк

Массовое распространение этого камня дает возможность добывать известняк в различных частях света. В Российской Федерации и за её пределами найдено немало залежей этого камня. На большинстве из этих месторождений проводится активная работа по добыванию данного великолепного натурального камня. Западная часть РФ признана наиболее крупной территорией по добыче известняка. Карьеры, в которых получают этот материал, имеются в областях: Ленинградская, Архангельская, Тульская, Вологодская, Воронежская и Белгородская. Помимо этого, известняк добываются в Московской обл., на Урале и Северном Кавказе, в Сибири.

Чтобы добыть известняк, применяются следующие основные способы:

Взрывной;
Экскаваторный;
Комбайновый.

Каждый из этих способов обладает своей собственной спецификой.

Добыча взрывным способом

Данный метод считается наиболее лёгким, экономичным в плане финансовых затрат и поэтому самый популярный. В пласт горной породы в определенных местах закладывается взрывчатка, в результате взрыва образуются осколки, имеющие самые различные размеры: от больших валунов до мелкой крошки. Из карьера они вывозятся на специализированные предприятия, где производится их сортировка и последующая обработка.

Добыча с помощью экскаваторов

Этот способ является менее деструктивным, чем взрывной. На тяжелые экскаваторные машины, работающие в карьерах, навешивается специализированное оборудование, предназначенное для быстрого разрыхления горной породы. Существует несколько конструкций таких агрегатов, они могут иметь гидравлический или механический привод. Следует заметить, что устроены эти агрегаты таким образом, что их замена занимает считанные секунды: разрыхлитель быстро меняется на ковш, с помощью которого происходит загрузка добытой породы в самосвал, затем устанавливается обратно. Использование этого метода позволяет производить частичную сортировку известняка на классы (фракции) уже в самом карьере.

Добыча фрезерными комбайнами

Специализированный фрезерный комбайн размельчает камни на части конкретной величины напрямую в карьере. Такой метод весьма эффективен с экономической точки зрения, поскольку нет необходимости производить дополнительную обработку камня на специализированном производстве. Подсчитано, что общие траты в момент добычи фрезерными комбайнами приблизительно на 10% ниже, чем другими экскаваторами с навесным оборудованием.

Какие бывают виды известняка

Известняки обладают химическими свойствами, окрасом, структурой, сферой применения, происхождением и остальными характерными чертами натурального камня. По способу применения бывают известняки различных окрасок: «чистая» порода без примесей – имеет окрас белого или серого цвета. Камень с присутствием марганца обладает красным или бурым цветом. С содержанием железа – желтые и коричневые. С включениями примесей морских водорослей – зеленый. С добавлениями органики – темно-серые и черные цвета.

Такой вид известняка, как ракушник – это каменная порода, которая преимущественно состоит из морских раковин и их обломков. Известняк различают по видам: нуммулитовый, мшанковый и мраморовидный - массивнослоистый и тонкослоистый. Непосредственно в процессе видоизменения известняк перекристаллизуется и образует мрамор.

Преимущества известняка

Если сравнивать с остальным аналогичным сырьём, для этого материала характерны данные преимущества:

Главная отличительная черта - высочайшая степень экологичности;
Легко обрабатывается, за счет чего этому камню легко придать почти любую форму;
Даже при регулярных негативных воздействиях метеорологических явлений, способен значительно дольше держать свой облик, в отличии, например, от плитки для облицовки или кирпича. За счет этих своих качеств, камень известняк часто используется для отделки нижних частей стен зданий;
Влага в помещениях будет сохраняться на приемлемом уровне, благодаря тому, что известняк обладает пористой структурой. Эта отличительная черта способствует быстрому впитыванию влаги из окружающей среды;
Камень известняк обладает безупречными свойствами для внутренней и внешней облицовки стен, высокой звуко-и теплоизоляцией, подходит для использования в сфере строительства.

Известняк представляет собой осадочную горную породу. Чаще всего он имеет органическое происхождение. Хотя встречается и известняк хомогенного происхождения. Если говорить языком химии, то в основании известняка лежит карбонат кальция, представляющий собой кристаллы кальцита различных размеров.

Классификация известняка и его описание

Находящийся в составе известняка карбонат кальция имеет особенность растворяться в воде. В итоге образовывается карст. Кроме того, он может подвергаться разложению на основания и углекислый газ. Это происходит на больших глубинах, потому под воздействием тепла Земли из известняка получается газ для минеральных вод.

Одним из самых распространенных типов известняка является ракушечник, состоящий из обломков, а также целых раковин морских животных. Кроме того, выделяют еще несколько видов известняка:

Мшанковый, состоящий из останков мшанков - беспозвоночных животных мелкого размера, проживающих колониями в морях.
Нуммулитовый, состоящий из вымерших одноклеточных организмов нуммулитов, относящихся к отряду фораминифер.
Мраморовидный. Он делится на тонкослоистый и массивнослоистый. Известно, что в процессе метаморфизма происходит перекристаллизация известняка с последующим образованием мрамора.

Как видим, известняк относится к мономинеральным породам с различными примесями. Его название зачастую отражает тип этих примесей, а, кроме того - структуру, их геологический возраст или характер залегания.

Природный известняк светло-серого цвета, хотя вполне может быть почти черным или вообще белым. Примеси могут давать ему голубоватый, розовый или желтоватый оттенок.

Месторождения и технологии добычи известняка

Как следует из вышеизложенного, известняк представляет собой осадочную породу, которая образуется с непосредственным участием живых организмов, проживающих в морских бассейнах. Это и обуславливает их месторождения.

Известняк является «строительным материалом» для целых горных цепей. Примером могут стать Альпы, хотя он широко распространен и в других горных районах. Залежи известняка имеются по всему миру. Серьезные его запасы имеются и в нашей стране. Причем в каждом месторождении добывают различный известняк: плотный, белый, флюсовый, ракушечно-оолитовый и пр.

Добывают известняк в большинстве случаев открытым карьерным способом. Для этого снимают верхний слой грунта и глину и образовывают карьер. В нем могут проводиться пиротехнические работы для измельчения и отсоединения порций известняка. Далее он карьерными автомобилями вывозится на переработку.

Применение известняка

В металлургической промышленности его используют в качестве флюса. Также он является главным компонентом при изготовлении цемента и извести. Также он является вспомогательным элементом при изготовлении соды, минеральных удобрений, бумаги, сахара и стекла. Кроме того, данный материал принимает участие в изготовлении резины, красок, мыла пластмасс, минеральной ваты и пр. Широко применяется в строительстве для изготовления облицовочных и стеновых блоков, а также в качестве щебня при строительстве фундаментов, а также прокладывании дорог.