Фазовые переходы кремнезема в опал-кристобалитовых породах как фактор качества кремнистого сырья

Abstract

Актуальность. В диатомитах и диатомовых глинах по мере диагенетических преобразований происходит нарушение или частичная утрата биоморфной структуры, которая обуславливает уникальные свойства диатомитов как сырья для производства фильтровальных и сорбционно-активных материалов. Трансформация структуры сопровождается и изменением вещественного состава за счет полиморфных переходов диоксида кремния - опал-А в опал-СТ, а по мере более глубоких преобразований - далее в кристобалит, тридимит. Изменения структуры и минерального состава неуклонно влекут за собой перемены промышленно значимых свойств опал-кристобалитовых пород: плотности, пористости, удельной поверхности, механической прочности и т. д. К настоящему времени в российской научной литературе мало представлены данные о том, что технологические свойства и качество кремнистого сырья контролируются степенью диагенетических преобразований, равно как не показана эта связь на примере конкретных объектов минерально-сырьевой базы. Цель работы: анализ влияния степени диагенетических преобразований и фазовых переходов опал-А в опал-СТ в опал-кристобалитовых породах на промышленно значимые свойства: пористость, плотность, удельную поверхность. Методы исследований: полевые исследования, рентгенофлуоресцентный анализ, сканирующая электронная микроскопия, определение пористости, плотности, величины удельной поверхности (методом БЭТ). Результаты. Впервые для опал-кристобалитовых пород Зауралья и севера Западной Сибири показана связь между промышленно значимыми свойствами, химическим составом и фазовыми переходами кремнезема. В результате проведенных исследований можно констатировать, что при сравнении пород, находящихся на различных стадиях диагенеза, устанавливаются существенные различия в содержании кремнезема и полуторных оксидов. По мере диагенетических преобразований фиксируется увеличение содержания кремнезема, и вместе с тем повышение плотности, уменьшение пористости и изменение удельной поверхности. По данным сканирующей электронной микроскопии принята классификация изученных опал-кристобалитовых пород на четыре группы.

Relevance of the discussed issue. In diatomite and clayey diatomite during diagenetic transformations, there is a disturbance or partial loss of biomorphic structure, which determines the unique properties of diatomites as raw materials for production of filtering and sorption-active materials. Structure transformation is accompanied as well by the change in material composition due to the polymorphic transitions of silica - opal-A in opal-CT, and at deeper transformations - further into cristobalite, tridymite. The changes in structure and mineral composition inevitably lead to the changes in industrially significant properties of opal-cristobalite rocks: density, porosity, specific surface, mechanical strength, etc. To date, the Russian scientific literature has little information on the fact that technological properties and quality of siliceous raw materials are controlled by the degree of diagenetic transformation, this relationship is not shown as well on the example of specific mineral resource base facilities. The main aim is to analyze the effect of the degree of diagenetic transformations and phase transitions of opal-A in opal-CT in opal-cristobalite rocks on industrially significant properties: porosity, density, specific surface. The methods used in the research: field studies, X-ray fluorescence analysis, scanning electron microscopy, determination of porosity, density, specific surface area (BET method). The results. For the first time, the relationship between the physical properties, chemical composition and phase transitions of silica in rocks is shown for the objects of mineral-raw-material base of opal-cristobalite rocks of the Transuralian region and North Western Siberia. According to the results of the studies carried out, it can be stated that when comparing rocks in different stages of diagenesis, significant differences in the content of silica and sesquioxides are determined. At diagenetic transformations one can observe the growth of silica content and at the same time increase in density, reduction in porosity and change in the specific surface. According to the scanning electron microscopy data, the studied opal-cristobalite rocks were classified into four groups.