Строительные материалы
 
Web www.materialsworld.ru
Строительные и отделочные материалы
Природные каменные материалы

Породообразующие минералы

Для производства строительных материалов и изделий горные породы добываются из поверхностных слоев земной коры, в состав которой входят все химические элементы: кислород — до 47%, кремний — до 26%; алюминий и железо составляют соответственно 8 и 5%, суммарное количество кальция, магния, натрия и калия не превышает 11% от общей массы горных пород. Остальные элементы составляют приблизительно 3% по массе от состава земной коры. В чистом виде химические элементы встречаются в ней редко; подавляющее большинство их находится в виде соединений с однородными химическим составом, структурой и свойствами, которые называются минералами. Содержащиеся в составе горных пород минералы разделяются на породообразующие и второстепенные. Первые, примерно 40... 50 минералов, участвуют в образовании горных пород и обусловливают их свойства; второстепенные встречаются в них только в виде примесей.

Среди породообразующих выделяются первичные и вторичные. Первичные возникли при формировании пород, вторичные — позднее как продукты видоизменения первичных минералов.

Природные минералы находятся в основном в твердом состоянии и имеют преимущественно кристаллическое строение с закономерным расположением частиц (ионов, атомов, молекул) в пространстве. Реже они встречаются в виде аморфных веществ с беспорядочным пространственным расположением частиц.

Минералы обладают рядом характерных свойств, оказывающих большое влияние на технические свойства пород, среди которых следует особо выделить твердость, спайность, излом, блеск, окраску, плотность. Эти свойства зависят от строения и прочности связей в кристаллической решетке.

Твердость характеризует поверхностную энергию минерала. Она оценивается по шкале Мооса, которая состоит из десяти минералов, расположенных в порядке возрастания их твердости: тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, полевой шпат, кварц, топаз, корунд и алмаз. Определение твердости производится пробой на царапанье и выражается порядковым числом соответствующего эталона в шкале, оставляющего царапину на испытуемом образце. Более точную оценку твердости получают специальными склерометрическими приборами. Показатель твердости материала имеет большое практическое значение, так как косвенно позволяет судить о механических свойствах природного камня.

Спайность проявляется в виде способности минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием гладких зеркальных поверхностей-плоскостей спайности. Минералы имеют различную спайность: одни легко расщепляются на тончайшие пластинки в одном или нескольких направлениях, у других она проявляется плохо или совсем отсутствует. Спайность служит важным Диагностическим признаком минералов и вместе с показателями твердости помогает предварительной оценке механических свойств природных материалов. Излом является характеристикой неровной поверхности раскола минерала, прошедшего не по направлениям спайности. Среди разнообразных видов излома выделяются ровный, ступенчатый, неровный, раковистый, занозистый, землистый. Они позволяют не только диагностировать, но и оценивать свойства минералов. Окраска — важный диагностический признак минералов, так как для большинства их она сохраняется постоянной и вместе с тем имеет определяющее значение для декоративной характеристики природного камня. Окраска обусловлена присутствием красящих элементов (хромофор) в составе минерала, в частности Сг, Mn, Fe и др., или посторонних тонкоокрашенных примесей, иногда газовых пузырьков. Возможно также появление ложной окраски, вызываемой интерференцией световых лучей при их отражении от внутренних плоскостей трещин спайности. Блеск возникает в результате отражения световых лучей от поверхности минерала и имеет важное диагностическое значение. Одновременно он является характеристикой декоративных или ювелирных достоинств минерала. Блеск появляется под влиянием двух факторов: показателя преломления светового луча при прохождении в кристаллической среде минерала и коэффициента его поглощения данной средой. При наибольшем показателе преломления у прозрачных минералов возникает очень сильный алмазный (неметаллический) блеск. Вещества с небольшим показателем преломления (например, сернистые минералы) обычно непрозрачны и характеризуются металлическим блеском. В зависимости от величины показателя преломления и характера отражающей поверхности минералы приобретают стеклянный, перламутровый, жирный, шелковистый, матовый и другие виды блеска, которые учитываются при отборе минерального сырья для практических целей. В природе количественно преобладают минералы со стеклянным блеском, имеющие средние показатели преломления 1,3... 1,9. Плотность (истинная) колеблется у минералов от значений, меньших единицы (озокерит), до 20 и выше (осмистый иридий). Она зависит от химического состава и структуры, атомной массы элементов, их ионных радиусов и валентности. Числовые значения плотности помимо диагностических характеристик имеют практическую ценность при оценке качества минерального сырья и используются при его обогащении. Наибольшее распространение в природе имеют минералы с малой (от 2 до 4) плотностью.

Приводимое ниже описание наиболее распространенных и важных в породообразующем отношении минералов предусматривает характеристику представителей классов силикатов, оксидов и гид-роксидов, карбонатов, сульфатов, сульфидов и самородных минералов.

Силикаты являются солями различных кремниевых кислот и относятся к сложным химическим соединениям, содержащим в своем составе элементы К. Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Al, Si, О, Н и др. Однако для них более характерным является не химический состав, а особенности кристаллического строения с наличием ионной кристаллической решетки. Основной структурной единицей этой решетки является кремнекислородный тетраэдр, размеры которого почти всегда строго постоянны.

Класс силикатов объединяет представителей с разнообразными свойствами, которые отражают различный характер сочленения этих структурных единиц в кристаллической решетке и появление изолированных, цепочечных, ленточных, слоистых, каркасных силикатов. Характерной особенностью кремнекислородных тетраэдров является способность иона Si частично заменяться ионом AI с появлением в кристаллической решетке других алюмокислородных тетраэдров и образованием каркасных алюмосиликатов. К наиболее важным представителям этого класса относятся полевые шпаты, плагиоклазы, нефелин, роговая обманка, авгит, слюды, гидрослюды, а также вторичные силикаты — тальк, асбест, каолинит, монтмориллонит.

Полевые шпаты по химическому составу представляют собой каркасные алюмосиликаты калия, натрия, кальция и разделяются на натриево-кальциевые (плагиоклазы) и калиево-натриевые полевые шпаты. Их характерной особенностью является способность образовывать изоморфные, т. е. близкие по составу и строению, соединения. Они имеют светлую окраску, стеклянный блеск, высокую твердость (6.. .6,5} по шкале Мооса, совершенную спайность в двух направлениях и плотность от 2,5 до 2,7. Наиболее распространенными полевыми шпатами являются близкие по строению и свойствам, одинаковые по составу микроклин и ортоклаз, отличающиеся между собой интенсивностью розовой окраски. Они могут замещать друг друга в породах или же присутствуют одновременно. На поверхности земли, под влиянием кислорода,воды, углекислого газа и др., они постепенно выветриваются и превращаются в глинистые минералы. Являясь породообразующими компонентами, полевые шпаты увеличивают твердость и прочность пород, поэтому полевошпатовые разновидности последних охотно используются в строительстве и в промышленности строительных материалов (стекольная, керамическая и др.). Высокосортные залежи полевых шпатов имеются в Карелии, на Украине, Урале, в Сибири.

Плагиоклазы — изоморфные смеси минералов альбита и анортита. В природе существуют многочисленные разновидности непрерывно меняющегося ряда плагиоклазов— от чистого анортита до чистого альбита, причем чем выше содержание анортита в составе плагиоклаза, тем выше степень его основности. Так, при содержании в составе плагиоклаза от 0 до 30% анортита он является кислым плагиоклазом, от 30 до 60% —средним и от 60 до 100% —основным. Плагиоклазы белого или серовато-белого, реже серого и черного цвета со стеклянным блеском и характерной для них иризацией в синих и зеленоватых тонах. Отличаются высокой твердостью (6... 6,5), хрупкостью и плотностью в пределах 2,61 ...2,76, совершенной спайностью. Аналогично полевым шпатам, плагиоклазы неустойчивы к химическому выветриванию на поверхности земли и переходят в глинистые соединения. Применяются в качестве особо ценного декоративного и облицовочного материала (Лабрадор). Их месторождения известны на Украине и Урале.

К числу каркасных алюмосиликатов, обедненных кремнеземом, относится нефелин, который входит как порообразующий минерал в щелочные магматические породы (нефелиновые сиениты, нефелиниты и др.). Нефелин — бесцветный или чаще серовато-белый минерал с разнообразными оттенками, отличается твердостью в пределах 5 ... 6 и невысокой плотностью (2,6), несовершенной спайностью, неровным или раковистым изломом. Легко выветривается на поверхности земли, превращаясь в каолинит, и вторичные образования карбонатного, сульфатного состава и др. В контактах с богатейшими апатитовыми месторождениями нефелиновые породы нередко образуют крупные массивы, имеющие промышленное значение и используются при производстве цемента, стекла; из нефелиновых отходов с помощью обогащения получают глинозем, соду, силикагель, ультрамарин и др. Месторождения этих пород известны на Кольском полуострове (Хибины).

К ленточным силикатам (амфиболам) относится роговая обманка— важный породообразующий компонент магматических и метаморфических пород. В ее состав входят элементы Na, Ca, Mg, Fe, Al, Si, О, Н, образуя сложную химическую формулу. Роговая обманка окрашена в темно-бурые, зеленые и черные цвета с шелковистым или стеклянным блеском. Имеет высокую твердость от 5,5 до 6 и плотность в пределах 3,1... 3,36, характеризуется совершенной спайностью и занозистым изломом. Она отличается высокой вязкостью и большой прочностью, поэтому присутствие ее всегда сообщает породам повышенные прочность и ударную вязкость. Наиболее известные месторождения роговой обманки имеются на Урале.

Авгит—магнезиально-железистый силикат — относится к цепочечным силикатам (пироксены) и является важным породообразующим минералом основных магматических пород. Обычно окрашен в темно-зеленый, черно-бурый или черный цвет со стеклянным блеском. Имеет твердость 5... 6 и плотность в пределах 3,2 ... 3,6, совершенную спайность, повышенные вязкость и прочность. Присутствие авгита в породах сообщает им высокую сопротивляемость механическим воздействиям. Встречается на Урале.

В группу слоистых силикатов входят многочисленные представители со слоистым, листоватым или чешуйчатым строением. Наиболее распространены в породах слюды (особенно биотит и мусковит), гидрослюды, в частности вермикулит, а также тальк, асбест, каолинит, монтмориллонит.

Слюды относятся к группе алюмосиликатов и как породообразующие компоненты входят в состав магматических и некоторых метаморфических пород. Физические свойства слюд близки: они способны легко расщепляться на очень тонкие, гибкие и упругие пластинки. Выделяются две разновидности слюд, отличающихся по химическому составу: мусковит и биотит.

Мусковит — белая слюда встречается в магматических и метаморфических породах. Имеет перламутровый блеск, весьма совершенную спайность в одном направлении, благодаря чему легко расщепляется на тонкие и прозрачные упругие листочки, невысокую твердость (2 ... 3) и плотность в пределах 2,8... 3,1. Мусковит относительно стоек химически и при выветривании обычно переходит в россыпи без заметного изменения. Используется как отличный электроизоляционный материал, а в строительстве — в виде слюдяного порошка (скарпа), как посыпочный материал при изготовлении кровельных материалов (рубероида), огнеупорных красок, керамических изделий и т. п. Достаточно крупные месторождения мусковита имеются на Кольском полуострове, Украине, Среднем Урале, в Восточной Сибири.

Биотит — черная или бурого цвета железисто-магнезиальная слюда широко распространена в кислых магматических и метаморфических породах. Имеет небольшую твердость (2...3), весьма совершенную спайность в одном направлении, легко расщепляется на тончайшие упругие пластинки. В природе образует преимущественно пластинчато-чешуйчатые и зернистые скопления, является химически нестойким минералом. Месторождения биотита известны на Урале, в Забайкалье и др.

Гидрослюды — слюдоподобные минералы, содержащие значительное количество связанных молекул между слоистыми пакетами, образованными кремнекислородными тетраэдрами в кристаллической решетке, которые сравнительно легко удаляются при нагревании. Гидрослюды являются результатом выветривания мусковита, биотита и других минералов группы слюд и рассматриваются как промежуточные соединения между слюдами и глинистыми минералами слоистой структуры. Химический состав гидрослюд непостоянный, так как изменяется количественное содержание катионов, связывающих упомянутые выше слоистые пакеты и межпакетной воды. Среди этих минералов наибольшее практическое значение имеет вермикулит золотистого или коричневого цвета. Он имеет низкую твердость (1 ... 1,5) и плотность {2,4 ... 2,7), совершенную спайность и способен разделяться на тонкие гибкие неупругие пластинки. При прокаливании, в интервале температур от 900 до 1100, его молекулярная вода превращается в пар с образованием внутреннего давления, под влиянием которого происходит расслоение слоистых пакетов и разделение их на червеобразные столбики или нити с поперечным делением на тончайшие чешуйки. Образование огромного количества воздушных прослоек в кристаллической решетке сопровождается сильным (в 15... 25 раз) увеличением объема вспученного вермикулита и уменьшением его средней плотности до 100 ... 300. Вермикулит является хорошим теплоизоляционным и звукопоглощающим материалом. Крупные месторождения его находятся на Украине, Урале и Кольском полуострове.

К группе вторичных слоистых силикатов относятся довольно широко распространенные в природе тальк, асбест, каолинит и монтмориллонит.

Тальк образуется при изменении магнезиальных силикатов и алюмосиликатов природными горячими растворами и является породообразующим минералом тальковых сланцев. Окрашен в белый или бледно-зеленый цвет, имеет стеклянный блеск с перламутровым отливом, очень низкую твердость (меньше 1), плотность (2,7... 2,8), весьма-совершенную спайность и легко расщепляется на гладкие неупругие пластинки, жирен на ощупь. Тальк находит применение в порошкообразном виде в качестве наполнителей в производстве пластмасс, паст, глазурей и кислотоупорных изделий. Камневидный тальк используется для огнеупорной футеровки. Промышленные месторождения его известны на Урале.

Асбест встречается в виде нескольких разновидностей, но наибольшее применение для практических целей имеет хризотил-асбест. Для асбеста характерна параллельно-тонковолокнистая структура с длиной волокон, колеблющейся от десятых долей миллиметра до 20 ...25 мм, иногда до 50... 150 мм. Он имеет зеленовато-желтый, а в распушенном состоянии снежно-белый цвет, невысокую твердость (2...3) и способен расщепляться на прочные волоконца толщиной меньше 0,0001 мм. Отличается высокой огнестойкостью и щелочеупорностью, плохо проводит теплоту и электричество.

Хризотил-асбест образуется из ультраосновных оливиновых, а также карбонатных пород под влиянием природных горячих растворов. Наиболее ценным сортом считается длинноволокнистый асбест с длиной волокон более 8 мм, используемый при производстве несгораемых тканей, автомобильных тормозных лент, асбесторезиновых изделий и др. Для изготовления асбестоцементных изделий, теплоизоляционных труб, панелей и т. п. применяется асбест с длиной волокон 2 ... 8 мм. Мелкое асбестовое волокно направляется для получения обмазочной теплоизоляции, огнестойких красок, штукатурных растворов и др. Значительные месторождения асбеста известны на Украине, Урале, в Забайкалье, Саянах.

Каолинит является главным минералом многих глинистых пород. Имеет совершенную спайность, легкую расщепляемость на тонкие неупругие чешуйки, весьма низкую твердость (меньше 1) и невысокую плотность — около 2,6. В природе он встречается в виде рыхлых чешуйчатых или плотных тонкозернистых агрегатов белого цвета с различными оттенками и матовым блеском. Каолинит образуется преимущественно путем выветривания алюмосиликатов (полевых шпатов, слюд и др.), содержащихся в породах под влиянием воды и углекислого газа, отличается достаточной устойчивостью на поверхности земли и, накапливаясь, образует мощные толщи глинистых пород. Основным потребителем каолиновых глин является керамическая промышленность. Они используются при производстве тонкой фарфоровой и фаянсовой керамики. Каолиновые наполнители широко применяются при производстве пластмасс, эмульгаторов, красителей и т. д.

Монтмориллонит отличается непостоянным химическим составом, который зависит от содержания воды в атмосфере. Подобно каолиниту распространен в природе. Он имеет подвижную кристаллическую решетку, вследствие чего приобретает способность к сильному набуханию в присутствии воды и увеличению ее размеров почти в 3 раза, а при нагревании — к постепенному высыханию и значительной усадке. Внешними признаками монтмориллонита являются незначительная твердость (меньше 1), белая окраска с разнообразными оттенками, матовый блеск (в сухом состоянии), совершенная спайность чешуек, непостоянная плотность и жирность на ощупь. Монтмориллонит образуется в условиях щелочной среды при разложении вулканических пеплов и туфов в морской воде. Он широко развит также на поверхности земли, преимущественно в районах выветривания основных магматических пород; отличается сравнительной устойчивостью к химическому выветриванию. Являясь составной частью глинистых пород, он сообщает им повышенные набухаемость и адсорбируемость. В чистом виде используется как адсорбент (отбеливатель), наполнитель, эмульгатор в резиновом, пластмассовом, керамическом и других производствах. Высококачественные месторождения монтмориллонитовых глин находятся на Кавказе, в Крыму, Приднепровье, Закарпатье.

Оксиды являются соединениями металлов и металлоидов с кислородом. Наиболее распространенным минералом этого класса является кварц, встречающийся в виде трех главных модификаций: а-кварц, тридимит и кристобалит. Основой его кристаллической структуры являются кремнекислородные тетраэдры, которые образуют прочную решетку каркасного типа, характерную для всех трех его модификаций. Образование кварца связано как с магматическими процессами в недрах земли, так и выпадением из холодных растворов на ее поверхности. Наиболее изученным является а-кварц, который называют просто кварцем. Он устойчив при температуре ниже 573°С. Тридимит устойчив в температурном интервале от 870 до 1470°С, а кристобалит — при температуре ниже 1713°С. Свойства этих модификаций зависят от неплотной упаковки ионов кислорода в кремнекислородных каркасах. При одном и том же способе сцепления кремнекислородных тетраэдров друг с другом через их вершины между тетраэдрами появляются пустотки, которые в низкотемпературном кварце обладают малыми размерами, а в высокотемпературных, более рыхло построенных тридимите и кристобалите, они крупнее. Поэтому .а-кварц значительно плотнее (2,65), чем тридимит (2,30) икристобалит (2,27), и тверже (7), чем последние (соответственно 6 и около 7 по шкале Мооса). В прямой зависимости от строения находятся и их оптические свойства. Чистый кварц — бесцветный минерал, но может приобретать различную окраску в зависимости от содержания механических примесей. Отличается высокой твердостью (7), несовершенной спайностью, раковистым изломом. Как породообразующий минерал кварц входит в магматические, осадочные и метаморфические породы. Он является химически стойким минералом и накапливается в виде мощных осадочных отложений (пески, песчаники). Повсеместное распространение кварца способствует широкому использованию его в стекольной и керамической промышленности, а в виде природного камня (кварцитов, песчаников)—в качестве стойкого облицовочного и конструкционного строительного материала. Кварц является хорошим абразивом, а также используется как сырье для производства оптических приборов, химической посуды и т. п.

В природе часто встречается гидратированный аморфный кремнезем— опал. Содержание воды в нем колеблется от 1 до 5% и иногда выше. В чистом виде он бесцветен, но при наличии примесей приобретает разные оттенки; имеет стеклянный, а упористых разновидностей матовый блеск, низкую плотность (1,9 ...2,5) и среднюю твердость (5 ...5,5). Сравнительно легко растворяется в щелочах, но в кислотах не разлагается. Условия образования его различны: осаждение из горячих растворов и гейзеров (кремнистые туфы),.выветривание ультраосновных магматических пород, коагуляция и седиментация золей кремнезема в морских бассейнах, накопление продуктов жизнедеятельности морских организмов и т. д. Осадочными опалсодержащими породами являются трепелы, диатомиты, опоки, мергели и др., применяемые как гидравлические добавки при производстве цемента, абразивов, а также для изготовления керамических изделий и легких блочных материалов.

Из группы оксидов и гидроксидов железа практическое значение имеют гематит и лимонит. Первый является кристаллическим, второй — аморфным минералами. Гематит (красный железняк) содержит до 50 ...65% железа. Кристаллический гематит железо-черного, а аморфный — ярко-красного цвета, имеет полуметаллический блеск, высокие твердость (5,5... 6), плотность (5... 5,2), неровный излом; хрупок. От других железистых минералов отличается по вишнево-красной черте, оставляемой на негла-зурованном фарфоре. Гематит — химически стойкий минерал, образует мощные месторождения железной руды, являющейся ценным сырьем для получения чугуна и стали. Порошкообразный гематит используется в качестве красок при отделочных строительных работах, входя в состав красного пигмента, мумии, или являясь компонентом масляных и водных красок. Известные месторождения гематитовых руд находятся на Украине, в районе Курской магнитной аномалии, на Северном Урале.

Лимонит (бурый железняк), представляет собой сложный минеральный агрегат гидроксидов железа и глинистых минералов1 с различными примесями, содержащий от 10 до 14% воды. Сложный и переменный состав лимонита отражается на его свойствах, в том числе на твердости (изменяется в пределах 1 ...4), широком интервале оттенков его бурой окраски и невысокой плотности (3,3 ...4). Образуется лимонит преимущественно на поверхности земли при окислении и разложении железосодержащих минералов, Большие скопления лимонита являются месторождениями бурых железняков — сырья для производства чугуна и стали. Их разработка экономична при содержании в этих рудах до 35 ...40% железа. Крупные месторождения их известны на Керченском полуострове, Урале.

Карбонаты являются солями угольной кислоты и широко распространены как породообразующие компоненты осадочных и метаморфических пород. Основой кристаллической структуры карбонатов служат плоские комплексные анионы, которые, связываясь друг с другом, могут образовывать цепочечные, слоистые или каркасные структуры. В кристаллических решетках они участвуют как самостоятельные элементы, не распадающиеся даже при растворении минерала. Наиболее распространенными являются кальцит, магнезит, доломит, натрит.

Кальцит — кристаллический минерал ромбоэдрической, пластинчатой формы, бесцветный или молочно-белой окраски с различными оттенками, стеклянным блеском, низкими твердостью (3) и плотностью (2,6 ... 2,8), совершенной спайностью по трем направлениям и ровным изломом. Кальцит слабо растворим в воде, но под влиянием углекислоты, часто содержащейся в воде (например, грунтовой), он переходит в бикарбонат кальция, который растворяется в воде примерно в 100 раз легче, чем сам кальцит. Поэтому породы, содержащие кальцит, быстро разрушаются при контакте с водой, насыщенной углекислотой. Кальцит легко распознается по реакции «вскипания» под действием разбавленной соляной кислоты, которая вызывается бурным выделением углекислого газа и служит простым приемом распознавания карбонатных пород. В природе кальцит встречается в виде кристаллических агрегатов, друз (сростков), натеков, но преимущественно распространен в виде мощных отложений известняков, мрамора и др. Условия его образования разнообразны и в основном связаны с накоплением известняковых илов— продуктов жизнедеятельности растительных и животных организмов в морских бассейнах (органогенные известняки), а также с отложением под влиянием коагуляции коллоидных растворов углекислой извести в виде тонких пленок на поверхности частиц, взвешенных в движущейся воде (химические известняки). Месторождения различных видов кальцита, а также разнообразных карбонатных пород — мела, мраморов — встречаются в Карелии, на Украине, в Донбассе, на Урале. Они являются ценным поделочным материалом, сырьем для производства цемента, извести, огнеупоров.

Магнезит по структуре и форме кристаллов сходен с кальцитом, но распространен в природе значительно реже. Окрашен в белый цвет с желтоватым или сероватым оттенком, имеет стеклянный блеск, среднюю твердость 4...4,5 и невысокую плотность 2,9... 3,0 , а также совершенную спайность по ромбоэдру. В отличие от кальцита при воздействии НСl реакции вскипания не обнаруживает. Образуется магнезит преимущественно под влиянием горячих магнезиальных растворов на известняки и при выветривании магнезиальных силикатов (серпентинитов). В природе встречается в виде сплошных мраморовидных (кристаллических) и плотных (аморфных) масс, которые имеют большое промышленное значение, особенно при производстве высокоогнеупорных изделий.

Доломит структурном отношении сходен с кальцитом. Окрашен в белый или серовато-желтый цвет со стеклянным блеском, имеет среднюю твердость (3,5 ...4), невысокую плотность (1,8 ...2,9), совершенную спайность и ступенчатый излом. Вскипает с холодной НСl только в порошке. Доломит широко распространен в природе как породообразующий компонент доломитов и доломитизированных известняков.

Натрит— бесцветный или окрашенный в белый цвет минерал со стеклянным блеском, небольшими твердостью (1 ... 1,5), плотностью (1,4 ... 1,5) и несовершенной спайностью. С НСl обнаруживает бурную реакцию вскипания. При нагревании растворяется в собственной кристаллизационной воде. Он образуется в некоторых соляных озерах, богатых натрием, при избытке растворенного углекислого газа. Применяется при производстве стекла, в металлургии и др. Обычно встречается в виде плотных и зернистых масс.

Сульфаты — соли серной кислоты, образующиеся в поверхностных условиях земли. Среди представителей этого класса имеется мало соединений, достаточно устойчивых в земной коре. Основой структуры сульфатов являются тетраэдрические анионные группы, которые, связываясь друг с другом с помощью различных катионов, молекул воды и др., образуют разнообразные островные, каркасные, цепочечные, слоистые структуры. Сульфаты характеризуются невысокой твердостью и прочностью, высокой спайностью, светлой окраской. Для строительных целей используют ангидрит, гипс, барит и мирабилит. Ангидрит встречается в виде сплошных зернистых масс и является кристаллическим минералом голубовато-белого цвета со стеклянным блеском, имеет невысокую твердость (З...3,5), плотность около 3, совершенную спайность и листоватый излом. Легко присоединяет в природных условиях воду, переходя в гипс с сильным (до 30%) увеличением объема. Является породообразующим компонентом в породах одноименного названия.

Гипс — кристаллический минерал, обычно слагающий в природе огромные мраморовидные скопления гипсовых пород. Он имеет белый цвет с разнообразными оттенками, малую твердость (1,5 ...2), низкую плотность (2,3), весьма совершенную спайность и листоватый излом, отличается хрупкостью. Растворим в воде (одна часть гипса на две части воды) с максимумом растворимости при температуре 37 ...38°С и понижением ее до минимума при 107°С и выше, что объясняется образованием нового соединения — полугидрата. В генетическом отношении гипс относится к типичным химическим осадкам и образуется в высыхающих участках моря. Вместе с ангидритом он широко используется для получения вяжущих веществ.

Барит (тяжелый шпат) — весьма распространенный после ангидрита минерал с таблитчатой формой кристаллов. Он образует грубозернистые плотные массы белого и серого цвета со стеклянным блеском, невысокой твердостью (2,5 ...3,5), совершенной спайностью, неровным изломом и характерной для него хрупкостью. Отличается слабым пропусканием активных лучей (y-лучи, рентгеновские и др.), вследствие чего используется для производства специальных бетонов. Образуется выпадением из горячих водных растворов, а также осаждением в виде нерастворимого сульфата бария в прибрежных участках моря. Барит применяется для производства специальных стекол, керамических эмалей, пластмасс, высокосортных красок.

Мирабилит содержит свыше 55% кристаллизационной воды, с которой связаны многие его свойства. Он образует бесцветные и прозрачные хрупкие кристаллы малой твердости (1,5 ...2) и низкой плотности (1,48) с совершенной спайностью. Легко растворяется в воде, но также легко ее отдает в условиях сухой среды, превращаясь в безводный белый порошок. Является минералом химического генезиса (залив Кара-Богаз-Гол). При температуре 32°С растворяется в собственной кристаллизационной воде, а при взаимодействии с НСl не обнаруживает реакции «вскипания», чем и отличается от похожей на него соды. Используется в стекольной, химической промышленности (сода, краски и др.).

Сульфиды являются соединениями серы с другими элементами, в том числе с железом. Кристаллическая решетка их построена ионами серы, в промежутках между которыми располагаются атомы или ионы металлов с ионной или ковалентной связью. Среди сульфидов следует отметить пирит, встречающийся в виде хорошо образованных кристаллов и больших зернистых скоплений — колчеданных залежей, а также вкрапленников в многочисленных породах и т. д. Цвет пирита в свежем изломе золотисто-желтый, блеск металлический; отличается высокой твердостью (6 ...6,5), средней плотностью (4,9 ... 5,2) и несовершенной спайностью. Он является самым распространенным сульфидом в земной коре и вместе с тем химически неустойчивым соединением на ее поверхности, где легко гидролизуется с образованием гидрооксидов и серной кислоты, которая способствует быстрому разрушению пород. Пиритовые руды служат сырьем для получения серной кислоты, причем побочный продукт этого производства, пиритовые огарки, используются в технологии производства портландцемента, а также для получения красок или в качестве железной руды.

Представителем этого же класса является киноварь HgS, хрупкий минерал красного цвета с сильным полуметаллическим блеском, невысокой твердостью (2 ...2,5). Она имеет высокую плотность (8,09 ...8,2), не проводит электричества. Киноварь образуется исключительно как низкотемпературный гидротермальный минерал, связанный с молодыми вулканическими районами, где она встречается в виде пластовых залежей и жил. На поверхности земли устойчива и поэтому накапливается в россыпях. Применяется для изготовления красочных составов, но главным образом служит сырьем для получения ртути.

Самородные минералы имеют практическое значение в виде шунгита, представляющего собой аморфный углерод С, образовавшийся в результате природного коксования угля при метаморфизме осадочных пород, содержащих пропластки органических остатков, в том числе каменного угля, битума и др. От графита отличается большими твердостью, равной 3 ... 4, плотностью и раковистым изломом. Шунгит инертен по отношению к агрессивным средам, электро - и теплопроводен; способен вспучиваться при температуре обжига 1100°С, образуя легкое пористое вещество. Входит в состав шунгитовых сланцев.


На правах рекламы: Производство оборудования для литья пластмасс: изготовление пресс форм пластмасс, см.
Создание сайтов в Уфе
создание сайта в Уфе