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, простейший из них — метод оценки относительной твердости по десятибалльной шкале (табл.), предложенной немецким геологом Ф. Моосом (1811).

	Таблица. Шкала твердости минералов
Показатель твердости по Моосу	Минерал	Характеристика твердости
	Тальк	Легко чертится ногтем
	Гипс	Чертится ногтем
	Кальцит	Легко чертится стальным ножом
	Плавиковый шпат	Чертится стальным ножом под нажимом
	Апатит	С трудом царапается ножом, стекла не царапает
	Ортоклаз   Кварц	При сильном нажиме царапает стекло, сталь­ным ножом не царапается Легко чертит стекло
	Топаз Корунд Алмаз	Сильные абразивы

Характерным признаком большинства минералов, имеющих кри­сталлическое строение, является спайность — способность минерала скалываться по строго определенным плоскостям. Так, слюда имеет весьма совершенную спайность в одной плоскости; совершенная спайность у кальцита — он практически всегда раскалывается потрем 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, т.к. уменьшает стойкость и прочность соответствующей горной породы и ухудшает ее обрабатываемость (шлифовку, полировку).

Ниже приводится краткая характеристика основных породообразуюших минералов.

Минералы группы кремнезема SiO₂ – 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/м³, 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 β-модификации в α-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 SiO₂ · nН₂0 (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. sраltеп — раскалываться) — группа алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов общей фор­мулой Ме · А1₂0₃ · nSiO₂ (где Ме — 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 · 6SiO₂;

· плагиоклазы (косораскалывающиеся) непрерывного изоморфного ряда от альбита Na₂О · А1₂0₃ · 6SiO₂ до анортита СaO· А1₂О₃ · 2SiO₂.

Полевые шпаты – довольно твердые минералы: твердость – 6…6,5. Спайность у них проявляется в двух плоскостях. Плотность в зависимости от состава – 2500…2800 кг/м³. Температура плавления – 1200…1500 °С. Прочность и стойкость несколько ниже, чем у кварца (R_сж 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 Nа⁺, К⁺, 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. I

Средняя плотность у этих минералов больше, чем у кварца и поле­вых шпатов, за счет присутствия железа — 3200...3800 кг/м³; 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 см² и более) встречаются редко. Среди слюд наибольшее распространение имеют мусковит и биотит.

Мусковит - калиевая слюда плотностью 2750...3000 кг/м³. Вплоть до XVIII в., т.е. до начала промышленного выпус­ка стекла, мусковит применяли для устройства окон, и в Европе его называли «vitrum Moscovitит» - 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/м³. 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 | ЗMgО · 2SiO₂ · 2Н₂0, используемого при производстве асбестоцементных изделий.

Глинистые минералы — группа водных силикатов алюминия об­щей формулой А1₂0₃ · пSiO₂ · тН₂0. 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. Среди глинистых ми­нералов чаще всего встречаются каолинит и монтмориллонит.

Каолинит А1₂0₃ · 2SiO₂ · 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 МgС0₃ 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 · МgС0₃ — довольно распространенный мине­рал, по свойствам занимающий промежуточное положение между кальцитом и магнезитом. Плотность — 2800...2900 кг/м³, 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 СаS0₄ · 2Н₂0 — очень мягкий минерал. В чистом виде про­зрачный, но обычно окрашен примесями в светло-серый, желтова­тый или розоватый цвет, а его плотность — 2320 кг/м³, 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 СаS0₄ — безводная разновидность гипса — существу­ет в нескольких кристаллических формах. Природная форма - β-Са30₄ — нерастворимый ангидрит. Плотность — 2980 кг/м³, твер­дость — З...3,5. Цвет светло-серый, серо-голубой; за счет полупроз­рачности дает эффект свечения изнутри.

Барит ВаS0₄ — бесцветные или белые кристаллы; твердость — З...3,5; плотность — 4300...4700 кг/м³. Его применяют в бетонах и рас­творах для защиты от ионизирующих излучений.

Дата добавления: 2015-07-16