Главная → Статьи

Породообразующие минералы

Минерал (от лат. minera — руда) — природное тело, однородное по химическому составу, строению и свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов на поверхности и в глубинах земли. Минералы в подавляющем большинстве — твердые тела: кристаллические и аморфные.

В природе найдено более 3 тыс. минералов, но лишь немногие из них образуют крупные скопления; такие минералы называют породообразующими.

Каждый минерал обладает комплексом только ему присущих свойств и признаков. К ним относят химический состав и строение, плотность, твердость, спайность, оптические свойства (блеск, цвет, светопреломление и др.). По этим признакам идентифицируют минералы.

Твердость — наиболее характерное свойство минералов. Существует много методов определения твердости (см. п. 2.5), простейший из них — метод оценки относительной твердости по десятибалльной шкале (табл. 4.1), предложенной немецким геологом Ф. Моосом (1811).

Характерным признаком большинства минералов, имеющих кристаллическое строение, является спайность — способность минерала раскалываться по строго определенным плоскостям. Так, слюда имеет весьма совершенную спайность в одной плоскости; совершенная спайность у кальцита — он практически всегда раскалывается по трем плоскостям, образуя косые параллелепипеды. Спайность отсутствует, например, у кварца, кристаллы которого при ударе раскалываются на неправильные куски, имеющие раковистый излом.

Спайность — свойство с точки зрения строителя отрицательное, так как уменьшает стойкость и прочность соответствующей горной породы и ухудшает ее обрабатываемость (шлифовку, полировку).

Ниже приводится краткая характеристика основных породообразующих минералов.

Минералы группы кремнезема Si02 — ряд минералов, представляющих собой модификации диоксида кремния — кварц, опал и халцедон.

Кварц — наиболее распространенная модификация кремнезема, являющаяся существенной составной частью многих горных пород (гранита, кварцита, песка и др.). Плотность кварца — 2650 кг/м , твердость — 7, прочность, стойкость к выветриванию и химическая стойкость — очень высокие. Плавится кварц при 1710 °С; при быстром охлаждении расплава образуется кварцевое стекло. При температуре 573 °С кварц переходит из р-модификации в а-модификацию с увеличением в объеме на 0,82 %. Это может вызвать растрескивание кварцесодержащих пород при нагреве их выше этой температуры. Обычно цвет кварца молочно-белый; крупные прозрачные кристаллы кварца называют горным хрусталем, окрашенные в лиловый цвет — аметистом, а в золотисто-желтый — цитрином.

Халцедон — скрытокристаллическая разновидность кварца, содержащая до 1,5 % воды и примеси оксидов железа и алюминия.

Опал — гидрат оксида кремния Si02 * лН20 (содержание воды 2… 14 %); в опале могут быть примеси оксидов магния, алюминия, железа и др. Встречается в породах органогенного происхождения: диатомитах, трепеле и др.

Полевые шпаты (от нем. spalten раскалываться) — группа алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов общей формулой Me * А1203 * «Si02 (где Me — калий, натрий или кальций). Полевые шпаты — самые распространенные минералы, составляющие более 50 % от массы изверженных пород (гранитов, сиенитов, габбро и др.).

Главнейшими разновидностями полевых шпатов являются: – ортоклаз (прямораскалывающийся) К20 * А1203 * 6Si02; – плагиоклазы (косораскалывающиеся) непрерывного изоморфного ряда от альбита Na20 * А1203 * 6Si02 до анортита СаО * А1203 * 2Si02.

Полевые шпаты — довольно твердые минералы: твердость — 6…6,5. Спайность у них проявляется в двух плоскостях. Плотность в зависимости от состава — 2500…2800 кг/м . Температура плавления — 1200… 1500 °С. Прочность и стойкость несколько ниже, чем у кварца (Лсж до 200 МПа).

Цвет полевых шпатов зависит от примесей и зачастую бывает от белого до темно-серого и от светло-розового до темно-красного. Особым декоративным эффектом отличается относящийся к группе полевых шпатов Лабрадор, обладающий свойством ирризации (от греч. iris — радужный). Он образует яркие радужные отсветы из глубины кристаллов при общем темно-сером цвете породы.

При выветривании полевых шпатов образуются глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит и др.) и соли натрия, калия и кальция, обогащающие воду морей ионами Na+, K+, Са2+.

Железистомагнезиальные силикаты — темноокрашенные минералы, входящие в состав основных и ультраосновных изверженных пород (габбро, базальты, диабазы и др.). Наиболее распространенные минералы этой группы — пироксены, амфиболы, роговая обманка и оливин.

Средняя плотность у этих минералов больше, чем у кварца и полевых шпатов, за счет присутствия железа — 3200…3800 кг/м ; твердость — 5,5…6,5. Отличительная черта железистомагнезиальных силикатов — высокая ударная вязкость, благодаря чему породы, в которых присутствуют эти минералы, имеют меньшую хрупкость и повышенную износостойкость. Цвет минералов этой группы — от темно-зеленого до черного; он зависит от содержания железа в их составе. Все минералы этой группы, за исключением оливина, стойки к выветриванию.

Слюды — группа минералов, представляющих собой водные алюмосиликаты слоистой структуры и обладающих весьма совершенной спайностью в одной плоскости, т. е. легко расщепляющиеся на тончайшие пластинки. Твердость слюд невысока — 2,5…3. Слюда — широко распространенный минерал изверженных и осадочных пород. Общее количество слюды составляет несколько процентов от массы всей земной коры, но промышленные месторождения слюды с крупными кристаллами (10 см и более) встречаются редко. Среди слюд наибольшее распространение имеют мусковит и биотит.

Мусковит — прозрачная калиевая слюда плотностью 2750… 3000 кг/м . Вплоть до XVIII в., т. е. до начала промышленного выпуска стекла, мусковит применяли для устройства окон, и в Европе его называли «vitrum Moscovitum» — стекло из Московии. В настоящее время мусковит применяют в качестве электроизоляционного высокотемпературного материала, защитной (бронирующей) посыпки для рубероида, а также добавляют в составы огнеупорных красок и декоративных растворов.

Биотит — темная железистомагнезиальная слюда; плотность — 3000…3300 кг/м . Для строителей представляет интерес ее разновидность — вермикулит с молекулярной межслоевой водой. Благодаря этому вермикулит при нагревании до 900… 1000 °С вспучивается как гармошка, увеличиваясь в объеме в 15…20 раз. Вспученный вермикулит применяют для изготовления тепло- и звукоизоляционных материалов.

Асбест — группа минералов, водных силикатов магния и железа, кристаллы которых представляют собой тончайшие волокна, легко поддающиеся распушке (отсюда народное название асбеста — «горный лен»). В России находятся крупнейшие в мире месторождения наиболее ценного вида асбеста — хризотил-асбеста 3MgO * 2Si02 * 2Н20, используемого при производстве асбестоце-ментных изделий (п. 14.5).

Глинистые минералы — группа водных силикатов алюминия общей формулой А1203 * rtSi02 * /иН20. Эти минералы составляют основную массу глин. Образуются глинистые минералы в результате выветривания полевых шпатов в виде очень мелких частиц размером не более 0,01 мм, которые, в свою очередь, представляют агрегаты мельчайших кристаллов. Глинистые минералы гидрофильны и при увлажнении образуют пластичное тесто (п. 5.2). Среди глинистых минералов чаще всего встречаются каолинит и монтмориллонит.

Каолинит А12Оэ * 2Si02 * 2Н20 — очень мягкий (твердость 1) минерал белого цвета. Используется при производстве тонкой керамики, для получения бумаги и в качестве наполнителя в полимерных материалах.

Монтмориллонит — водный алюмосиликат переменного состава. Размер его чешуйчатых кристаллов еще меньше, чем у каолинита, благодаря чему он обладает высокой адсорбционной способностью и очень пластичен в увлажненном состоянии.

Карбонаты — группа минералов, представляющих собой соли угольной кислоты. Встречаются в основном в осадочных породах. Стойкость минералов невысокая. Основные представители минералов группы карбонатов — кальцит, магнезит и доломит.

Кальцит СаС03 — один из наиболее распространенных минералов поверхностного слоя земной коры. Кальцит хрупок, обладает совершенной спайностью по трем плоскостям; при раскалывании всегда образует кристаллы в виде косых параллелепипедов. Кальцит без примесей — прозрачный. Его плотность — 2700…2750 кг/м3, твердость — 3. Он легко разлагается кислотами, с бурным выделением углекислого газа, растворяется в воде, насыщенной С02. При нагревании выше 800 °С кальцит разлагается на СаО и С02. Породы, сложенные из кальцита (мел, известняк, мрамор), характеризуются низкой химической и атмосферостойкостью.

Магнезит MgC03 по свойствам близок к кальциту, но встречается значительно реже. Плотность — около 3000 кг/м3, твердость — 3,5…4,5. В отличие от кальцита растворяется в разбавленных кислотах лишь при нагревании. Образует породу того же названия.

Доломит СаС03 * MgC03 — довольно распространенный минерал, по свойствам занимающий промежуточное положение между кальцитом и магнезитом. Плотность — 2800…2900 кг/м , твердость — 3,5…4. В кислотах растворяется, но без «вскипания». Образует породу того же названия.

Сульфаты — группа минералов, представляющих собой соли серной кислоты. В строительстве находят применение гипс, ангидрит и в меньшей степени барит.

Гипс CaS04 * 2Н20 — очень мягкий минерал. В чистом виде прозрачный, но обычно окрашен примесями в светло-серый, желтоватый или розоватый цвет, а его плотность — 2320 кг/м , твердость — 2. Гипс заметно растворим в воде (2,4 г/л при 20 °С). В природе встречается как самостоятельная порода и как цементирующее вещество в природных конгломератах.

Ангидрит CaS04 — безводная разновидность гипса — существует в нескольких кристаллических формах. Природная форма — P-CaS04 — нерастворимый ангидрит. Плотность — 2980 кг/м, твердость — З...3,5. Цвет светло-серый, серо-голубой; за счет полупрозрачности дает эффект свечения изнутри.

Барит BaS04 — бесцветные или белые кристаллы; твердость — З...3,5; плотность — 4300…4700 кг/м . Его применяют в бетонах и растворах для защиты от ионизирующих излучений.

Ваш отзыв