Наука и образование

Месторождение каолинов и кварцевых песков «Козынка» (площадью 228 га) расположено в 12 км западнее г. Калач Воронежской области. На территории расположенной в радиусе до 30 км от месторождения «Козынка» ранее было выявлено 7 перспективных участков вторичного каолина, связанных с песчано-каолиновой мамонской толщей верхнего девона. Они приурочены к долинам левых притоков Дона с минимальной мощностью вскрыши. Полезная толща участков Петропавловский, Красноселовский, Ширяево, Нижнемамоновский, Репьяховский, Меловатка и Морозовский представлена чередованием прослоев кварцевых разнозернистых каолинизированных песков и каолинитовых глин различной мощности.

В 1979-82 гг. Придонской ГРЭ были проведены поиски вторичных каолинов на участках Меловатка, Репьяховский, Морозовский (Боржов Ю.М.). Запасы участков, однако, не были поставлены на баланс, материалы не направлялись на экспертизу в ГКЗ, они являлись авторскими. Следует заметить, что работы в центральной и северо-западной частях участка Морозовский, пространственно совпадают с месторождением «Козынка».

В 1999-2000 г.г. С.В. Мануковский (в качестве ответственного исполнителя) и А.Д. Савко (в качестве руководителя) провели работы по «Составлению комплекта карт масштаба 1:100 000 песчано-каолиновой мамонской толщи». В 2000 г. в материалах XII Международного совещания по РКВ в г. Москве отложения песчано-каолиновой мамонской толщи на юго-востоке Воронежской антеклизы А.Д. Савко и С.В. Мануковским оцениваются, впервые, как «Новая каолиновая провинция России».

В 2008 г. А.Д. Савко, С.В. Мануковский в монографии «Литология и полезные ископаемые мамонской песчано-каолиновой толщи Воронежской антеклизы» показали ее распространение, геологическое строение и вещественный состав. На основе серии карт (палеогеоморфологической, литолого-фациальных, структурных, изопахит) были выделены перспективные площади с прогнозными ресурсами каолинитовых глин и песчано-гравийных смесей. Все эти работы позволили С.В. Мануковскому затем обосновать перспективность площади месторождения «Козынка».

В 2015-17 г.г. ООО «Акма-Универсал» (директор Н.А. Корабельников) проводит ГРР по «Геологическому изучению (поиски и оценка) твердых полезных ископаемых с целью выявления месторождения каолинов и кварцевых песков на участке «Козынка» Калачеевского района Воронежской области, с подсчетом запасов по состоянию на 01.01 2018 г.». Полезная толща месторождения представлена песчано-каолиновыми отложениями мамонской толщи.

Первоначально было выделено 7 рудных горизонтов:

• I, III, V, VII – горизонты кварцевых каолинитсодержащих песков;
• II, IV, VI – горизонты каолинитовых глин.

Обогащенный каолин соответствует:

• требованиям ГОСТ 3226-93 для марок формовочных огнеупорных глин М3;
• требованиям ТУ 512-003-10612023-15 для марок огнеупорных латненских глин ЛТ-КЖ, ЛТ-3Ж, ЛТ-2С.

Кварцевые пески отвечают требованиям:

• ГОСТ 22551-77 для марок стекольных песков ПБ-150-1, ПБ-150-2;
• ГОСТ 2138-91 для марки формовочных песков 1К2О503.

Краткая геологическая справка о геологическом строении месторождения, результатах геологоразведочных работ и подсчете запасов представленных в отчете «Геологическое изучение (поиски и оценка) твердых полезных ископаемых с целью выявления месторождения каолинов и кварцевых песков на участке «Козынка» Калачеевского района Воронежской области, с подсчетом запасов по состоянию на 01.01 2018 г.

Затем, решением протокола ГКЗ № 5998 от 13.09.2019 г., маломощные верхние горизонты (III-VII) кварцевых песков и каолинитовых глин объединены в общий III горизонт. Для оценки качества каолинового сырья на «Козынке» нами были разработаны новые технические условия. Каолин обогащенный II и III горизонтов удовлетворяет требованиям ТУ 08.12.21-001-31263101-2020 «Каолин обогащенный месторождения Козынка для керамических изделий» — марки КОК-3 и КОК-2, соответственно. Кварцевые пески III горизонта после обогащения глин, отвечают требованиям ГОСТ 22551-77 для стекольных песков марки ПС-250.
Запасы полезных ископаемых месторождения «Козынка» были утверждены протоколом № 6418 от 10.07.2020 г.

Сводная таблица запасов полезных ископаемых участка «Козынка»

Весь период 2015 — 2020 г.г. на месторождении «Козынка» работали Корабельников Н.А. (директор ООО «Акма-Универсал») и Мануковский С.В. (ответственный исполнитель, начальник отдела ГРР ООО «Акма-Универсал»).

Большой научно-практический опыт Мануковского С. В. позволил, в качестве ответственного исполнителя работ по объекту, провести их на высоком уровне. Он выполнял работы на всех стадиях ГРР:

• предпроектную проработку материалов для выбора лицензионной площади;
• проектирование работ; при его непосредственном участии и оперативном руководстве проведены полевые работы — рекогносцировочные маршруты, буровые работы, документация и опробование керна;
• осуществлял геологический контроль лабораторно-аналитических и лабораторно-технологических исследований;
• разработал геологическую часть технико-экономического обоснования временных разведочных кондиций;
• выполнил генеральный подсчет запасов и защитил их на пленарном заседании государственной комиссии по запасам полезных ископаемых.

Под руководством и при непосредственном участии Корабельникова Н. А. проводилось изучение песчано-каолиновых отложений мамонской толщи на месторождении «Козынка». Научно-практический опыт работ Корабельникова Н. А. позволил выполнить работы на всех стадиях ГРР:

• проектирование работ,
• рекогносцировочные маршруты, буровые работы, опробовании керна;
• организация лабораторно-аналитических и лабораторно-технологических исследований;
• оценка параметров качества пород по различным направлениям использования, защита запасов на пленарном заседании государственной комиссии по запасам полезных ископаемых.

Приказом министра Минприроды РФ № 37-лс от 21.01.2022 г. «За открытие и разведку месторождения каолиновых и кварцевых песков Козынка Воронежской области» Мануковский С. В. и Корабельников Н. А. награждены нагрудным знаком «Первооткрыватель месторождения».

Участок недр местного значения «Козынка» площадью 228,0 га расположен в 0,5 км к югу-юго-востоку от южной окраины с. Новомеловатка; в 0,3 км к западу от хутора Морозов; в 11,8 км западнее г. Калач Калачеевского района Воронежской области; в 0,5 км к югу от автотрассы Р-106 Павловск – Калач.

Участок вытянут в длину (с севера на юг) на 3,0-3,3 км; в ширину (с запада на восток) 0,7-1,0 км. Он расположен в пойме, незанятой хозяйственной деятельностью, пересыхающей р. Козынка. Дневная поверхность участка слабо наклонена на юг: вниз по пойме реки абсолютные отметки снижаются от 92 до 88 м.

Полезная толща на участке «Козынка» представлена континентальными песчано-каолиновыми отложениями мамонской толщи (D3 mm). Отложения толщи это переслаивание кварцевых песков и каолинитовых глин. Пески кварцевые, каолинитсодержащие, плохо сортированные, от тонких до грубых, косо-, неяснослоистые, с включениями гравия и гальки кварца; гравийные, прослоями переходящие в гравелиты.

Все глины каолинитового состава, от светло- до темно-серых, от слабо до сильно гумусированных, алевритистые, жирные на ощупь, с растительными остатками, часто углефицированными и пиритизированными; запесоченные, с присыпками и тонкими прослоями песков кварцевых, мелкозернистых. Пестроцветные глины — кирпично-красного, вишневого, сиреневого, табачно-зеленого, охристо-желтого цвета, в различной степени ожелезненные (за счет гематита, лимонита), часто – с брекчиевидной текстурой.

Переслаивание в разрезе полезной толщи кварцевых каолинитсодержащих песков и каолинитовых глин обусловило выделение на оценочной площади (категории С1, С2) самостоятельных тел (семи рудных горизонтов).

Нижние горизонты (I, II, III) распространены на всей оценочной площади, верхние горизонты (IV, V, VI, VII) сокращены за счет их выклинивания в некоторых скважинах.

Для нижних горизонтов характерна и наибольшая мощность. Средняя мощность I слоя кварцевых песков в блоке С1-I – 5,36 м; в блоке С2-I – 5,60 м. В вышележащих горизонтах кварцевых песков их средняя мощность уменьшается: в III слое – 3,18-3,38 м; в V слое – 1,43-1,87 м; в слое VII – 1,17-1,71 м. Такая же тенденция прослеживается и в залегании каолинитовых глин. Средняя мощность нижнего II горизонта глин в блоке С1-II – 4,69 м; в блоке С2-II – 4,04 м. В вышележащих слоях каолинитовых глин их средняя мощность уменьшается: в IV слое – 1,41-1,32 м; в слое VI – 0,89-0,92 м.

Полезные ископаемые изучены и оценены в обогащенном состоянии: каолин обогащенный — во фракции <63 мкм; кварцевые пески — во фракции > 63 мкм.

Кварцевые каолинитсодержащие пески (горизонты I, III, V, VII). Основным полезным ископаемым в них являются кварцевые пески для стекольной промышленности. По содержанию оксидов (SiO2, Fe2O3, Al2O3), регламентирующих марку стекольных песков, выделяются две группы песчаных горизонтов. Первая – верхние горизонты VII, V, в блоках которых их средневзвешенное содержание (SiO2 — 98,41-98,80; Al2O3 – 0,48-0,64; Fe2O3 – 0,20-0,25 %) определяет марки пониженной светопрозрачности – ПС-250. Вторая группа – нижние горизонты III, I, в блоках которых пески более чистые (SiO2 — 98,79-98,97; Al2O3 – 0,44-0,61; Fe2O3 – 0,14-0,15 %), до марок полубелых – ПБ-150-2 и ПБ-150-1.

Каолинитовые глины (горизонты II, IV, VI) неоднородны по качеству каолинов в них. Близки по составу и качеству полезного ископаемого глины в верхних (IV, VI) горизонтах. Это – каолинитовые глины серые, алевритистые, запесоченные, с редкими растительными остатками, раковистым изломом. Средневзвешенное значение по блокам (С1-IV, С2-IV, С1-VI, С2-VI) выхода обогащенного каолина (фракция < 63 мкм) выдержано – 80,41- 81,37 %. Содержание оксидов, определяющих керамические свойства каолина: Al2O3 – 31,81-32,44; Fe2O3 – 1,57-2,15; ТiO2 — 1,42-1,45 %. По классификации сырья для керамической промышленности (ГОСТ 9169-75) глины относятся к группам основных; огнеупорных (с показателем 1655-1672оС); со средним содержанием красящих оксидов; низко- и среднедисперсных (содержание по блокам фракции < 1 мкм 35,77-42,08 %); умереннопластичных (с числом пластичности 8,26-10,15); с умеренной механической прочностью на изгиб (2,58-3,22 МПа); высокотемпературного спекания (1507-1520оС); сильноспекающихся (с водопоглащением 1,62-1,73 % без пережога).

По ГОСТу 21286-82 «Каолин обогащенный для керамических изделий…» каолины в блоках С1-IV, С2-IV, С1-VI, С2-VI по содержанию Al2O3, Fe2O3, ТiO2 не соответствуют требованиям к изделиям санитарно-строительной керамики (марка КС-1). Так как поблочное содержание в них глинозема ниже (норма ≥ 35 %), а красящих оксидов выше (норма их суммы ≤ 2 %). Нормы для других марок в данном ГОСТе еще жестче.

Химические и физико-механические показатели каолинов в блоках позволяют использовать их в качестве огнеупорных глин. Поблочное средневзвешенное значение в них предела прочности при сжатии (ГОСТ 3226-93 «Глины формовочные огнеупорные…») во влажном (3,11-3,23 Па) и сухом состоянии (21,77-23,72 Па) соответствует марке глин М3 (малопрочные малосвязующие формовочные глины).

Средневзвешенное по блокам значение показателей каолиновых глин в верхних (IV, VI) горизонтах позволяет использовать их в качестве огнеупорных по ТУ 1512-003-10612023-15 «Глина огнеупорная Латненского месторождения». Они соответствуют маркам ЛТ-3Ж, ЛТ-КЖ (в блоке С2-IV качество огнеупорных глин выше — марки ЛТ-3С).

Каолинитовые глины нижнего (II) горизонта отличаются от вышележащих не только повсеместным распространением и значительной мощностью, но и качеством. Помимо разновидности серых, алевритистых глин, в разрезах всех скважин здесь отмечаются пестроцветные разности. Кроме этих двух, встречаются также темно-серые «чистые» (с низким содержанием алеврита), тонкодисперсные глины; а также – темно-серые, черные, сильно гумусированные глины, до углефицированных разностей, с включениями пирита.

Выход обогащенного каолина (фракция < 63 мкм) по блокам (С1-II и С2-II) выше, чем в верхних горизонтах – 84,27- 84,43 %. Средневзвешенное содержание основных оксидов, за счет ожелезнения глин, несколько хуже. Содержание глинозема снижается (Al2O3 – 30,16-30,39 %), а красящих оксидов возрастает (Fe2O3 – 4,21-4,39; ТiO2 — 1,42 %).

По классификации сырья для керамической промышленности (ГОСТ 9169-75) глины относятся к группам основных; огнеупорных (1651-1658оС); с высоким содержанием красящих оксидов; низкодисперсных (содержание по блокам фракции < 1 мкм 36,85-38,09 %); умереннопластичных (с числом пластичности 10,10-10,44); с умеренной механической прочностью на изгиб (2,75-3,02 МПа); высокотемпературного спекания (1500-1504оС); сильноспекающихся (с водопоглащением 1,80-1,82 % без пережога).

По ГОСТу 21286-82 обогащенный каолин нижнего горизонта (блоки С1-II, С2-II) по содержанию Al2O3 (норма ≥ 35 %), Fe2O3+ТiO2 (норма ≤ 2 %) не соответствует требованиям, предъявляемым к изделиям санитарно-строительной керамики (марка КС-1).

Химический состав и физико-механические показатели каолинов позволяют использовать их в качестве формовочных огнеупорных (ГОСТ 3226-93) и в качестве огнеупорных латненских глин (ТУ 1512-003-10612023-15). Среднее значение по блокам предела прочности при сжатии во влажном (3,10-3,18 Па) и сухом состоянии (20,47-20,50) соответствует марке малопрочных малосвязующих формовочных огнеупорных глин (М3). Огнеупорные глины нижнего горизонта в обоих блоках соответствуют марке ЛТ-3Ж.

Каолин обогащенный (фракция < 63 мкм) из кварцевых каолинитсодержащих песков (горизонты I, III, V, VII) является еще одним типом полезных ископаемых, попутным в соответствующих горизонтах песков. Поблочное значение выхода обогащенного каолина (фракция < 63 мкм) колеблется, возрастая снизу вверх, от 4,25-4,81 % (блоки С1-I, С2-I) до 12,41-15,61 % (блоки С1-VII, С2-VII). Качество каолина этого типа выше, чем качество каолина в собственно каолинитовых горизонтах.

Во всех 8-ми блоках (С1-I, С2-I, С1-III, С2-III, С1-V, С2-V, С1-VII, С2-VII) средневзвешенное содержание ТiO2 (0,97-1,18 %) удовлетворяет требованиям ГОСТ 21286-82 к изделиям санитарно-строительной керамики марки КС-1 (норма ≤ 1,2 %). Поблочное содержание Al2O3 — 32,15-34,32 %. В трех блоках (С1-I, С2-I, С2-V) оно более 34 % и немногим не соответствует марке КС-1 (норма ≥ 35 %). Средневзвешенное содержание по блокам Fe2O3 – 1,49-1,94. Лучший химсостав в блоке С2-V: содержание Al2O3 — максимальное (34,32 %) среди блоков; Fe2O3 (1,49) и ТiO2 (0,97 %) – минимальное.

По классификации сырья для керамической промышленности каолин из каолинитсодержащих песков относится к группам основных; огнеупорных (1635-1690оС); со средним содержанием красящих оксидов; низко- и среднедисперсных (содержание по блокам фракции < 1 мкм 39,02-47,67 %); умереннопластичных (с числом пластичности 10,46-11,64); с умеренной механической прочностью на изгиб (3,70-4,67 МПа).

Химический состав, физико-механические показатели каолинов позволяют использовать их в качестве формовочных огнеупорных (ГОСТ 3226-93) и в качестве огнеупорных латненских глин (ТУ 1512-003-10612023-15). Средневзвешенное значение по блокам предела прочности при сжатии во влажном (2,83-3,34 Па) и сухом состоянии (18,51-25,11) соответствует маркам малопрочных мало- и среднесвязующих формовочных огнеупорных глин (М3, М2). Обогащенный каолин из глинистой составляющей всех песчаных горизонтов соответствует во всех 8-ми блоках маркам огнеупорных глин ЛТ-3Ж, ЛТ-КЖ; в блоках С1-III и С2-V качество сырья повышается до марки ЛТ-3С.

Первоначальный вариант подсчета запасов, предполагавший раздельный подсчет и селективную отработку верхних горизонтов (III, IV, V, VI, VII) кварцевых каолинитсодержащих песков и каолинитовых глин, на рабочем совещании экспертной группы ФБУ «ГКЗ» от 04.07.2019 г. не был принят. Изменения коснулись принципов, как выделения рудных горизонтов и блоков, так и оценки качества и назначения полезных ископаемых (и глинистого и песчаного сырья).

С целью рационального подсчета запасов было проведено (согласно временным разведочным кондициям, утвержденным Протокол № 5998 от 13.09.2019 г.) объединение верхних пяти небольших по мощности горизонтов в общий III горизонт (с подсчетом запасов уже в блоках С1-III и С2-III).

Для подсчета запасов каолинов и кварцевых песков по месторождению Козынка, с учетом изменений, были утверждены следующие временные разведочные кондиции:

— к полезным ископаемым относить обводненные песчано-каолиновые отложения мамонской толщи верхнего девона;

— подсчет запасов произвести раздельно по горизонтам: I горизонт — кварцевые пески, II горизонт — каолины; III горизонт — переслаиваемые кварцевые пески и каолины;

— качество полезных ископаемых на пересечение разведочной выработкой должно отвечать:
· кварцевых песков I горизонта требованиям ГОСТ 22551-77 «Песок кварцевый, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности. Технические условия»;
· каолинов, слагающих II и III горизонты после обогащения — требованиям ТУ 08.12.21-001-31263101-2020 «Каолин обогащенный месторождения Козынка для керамических изделий»;
· качество кварцевых песков и каолинов, слагающих III горизонт в недрах и получаемые в виде отходов после обогащения глин, должно отвечать требованиям СП 34.13330.2012 «Свод правил. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85»;

— по удельной эффективной активности естественных радионуклидов полезное ископаемое должно отвечать требованиям СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ 99/2009)» к строительным материалам 1 класса;

— подсчет запасов выполнить в экономически обоснованном контуре карьера.

На этой стадии в соответствие с кондициями были выполнены следующие дополнительные работы.

Проведена оценка качества каолинов III объединенного горизонта в блоках С1-III и С2-III.

Основная оценка глинистого сырья III объединенного горизонта в блоках С1-III и С2-III проведена, согласно утвержденным временным кондициям по ТУ 08.12.21-001-31263101-2020 «Каолин обогащенный месторождения «Козынка» для керамических изделий». Каолин обогащенный III горизонта по основным показателям (содержание Fe2O3, Al2O3, TiO2, SiO2, ППП) удовлетворяют требованиям, предъявляемым к марке – КОК-2 (прил.112-113, 117). Он пригоден для производства светложгущегося керамического кирпича; для санитарно-строительной и хозяйственной керамики; для облицовочной и напольной глазурованной плитки; для керамогранита и неглазурованной керамической плитки в шихте совместно с более качественными каолинами.

Ранее использованные для характеристики качества каолинов ТУ 0001 27.05.2019 «Каолин обогащенный месторождения «Козынка» для керамических изделий» заменены прошедшими регистрацию ФБУ «Ростест-Москва» ТУ 08.12.21-001-31263101-2020 «Каолин обогащенный месторождения «Козынка» для керамических изделий» (прил. 118).

Согласно утвержденным кондициям, качество кварцевых песков из III горизонта в блоках С1-III и С2-III, получаемых в виде отходов после обогащения глин, должно отвечать требованиям СП 34.13330.2012 «Свод правил. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция. СНиП 2.05.02-85». Качество песков, получаемых после обогащения каолина, по средневзвешенным значениям в блоках С1-III и С2-III соответствуют пескам для рабочего слоя земляного полотна автодорог.

Так же, для глинистого сырья в блоках С1-II и С2-II основная оценка качества проведена, согласно утвержденным кондициям, по ТУ 08.12.21-001-31263101-2020 «Каолин обогащенный месторождения Козынка…». С учетом требований данных ТУ, каолин обогащенный во II горизонте каолинитовых глин, за счет высокого содержания Fe2O3 относится к марке КОК-3. Каолин марки КОК-3, приуроченный ко II горизонту пестроцветных каолинитовых глин, предназначается для производства красножгущегося керамического кирпича; для глазурованной облицовочной и напольной плитки.

С учетом требований ТУ Козынка, каолин обогащенный в I горизонте наиболее высокого качества Основные показатели удовлетворяют требованиям, предъявляемым к марке КОК-1. Каолин марки КОК-1 пригоден для производства светложгущегося керамического кирпича; для санитарно-строительной и хозяйственной керамики; для облицовочной и напольной глазурованной плитки; для керамогранита и неглазурованной светлой керамической плитки в шихте совместно с более качественными каолинами.

На завершающей стадии работ, на рабочем совещании экспертной группы ФБУ «ГКЗ» от 29.06.2020 г., внесено предложение по изменению временных разведочных кондиций для подсчета запасов каолинов и кварцевых песков по месторождению «Козынка». В измененной редакции «качество кварцевых песков I и III горизонтов должно отвечать требованиям ГОСТ 22551-77 «Песок кварцевый, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности. Технические условия». Основанием для этого послужили следующие результаты.

При оценке качества кварцевых песков из III объединенного горизонта в блоках С1-III и С2-III, получаемых в виде отходов после обогащения глин, установлено, что их использование в виде песков для рабочего слоя земляного полотна автодорог нерационально. Так как по всем параметрам качества они удовлетворяют требованиям ГОСТ 22551-77 «Песок кварцевый, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности. Технические условия» и соответствуют кварцевым пескам для стекольной промышленности марки ПС-250.

В соответствие с этими кондициями были проведены пересчет запасов, прежде всего песчаного сырья и переработка технико-экономических показателей эффективности. Сводные запасы полезных ископаемых приведены в таблице.