Важнейшие породообразующие минералы

Среди большого разнообразия природных минералов только небольшая их часть участвует в образовании горных пород. К числу этих минералов, называемых породообразующими, относятся кварц, полевые шпаты, слюды, карбонаты, сульфаты и железистомагнезиальные минералы. От минералогического состава горных пород в значительной степени зависят их строительные свойства. Одни минералы отличаются высокой прочностью, твердостью и химической прочностью, например кварц, другие имеют незначительную прочность, недостаточную химическую стойкость, способны значительно поглощать воду (гипс); отдельные минералы обладают способностью легко расщепляться по плоскостям (например, слюда), понижая этим прочность породы, в состав которой они входят. Эти свойства, а также химический состав минералов предопределяют назначение образованных ими пород в строительстве. Большая часть минералов находится в твердом состоянии и обладает преимущественно кристаллической формой.

Прежде чем перейти к изучению горных пород, необходимо ознакомиться с важнейшими породообразующими минералами.

J. ГРУППА КВАРЦА

В наибольшем количестве в земной коре (литосфере) содержится свободный кремниевый ангидрид или кремнезем SiC>2. В состав большинства минералов он входит в виде силикатов — химических соединений с основными окислами. Свободный природный кристаллический кремнезем встречается в виде кварца — одного из наиболее распространенных в земной коре минералов. Его кристаллы имеют форму шестигранных призм с шестигранными же пирамидами на концах (основаниях). Кварц обычко непрозрачен, чаще он белого, молочного цвета. Спайность у кварш отсутствует, излом его раковистый, он имеет жирный блеск; с щелоч ши при обычной температуре не соединяется и под действием кислот «кроме плавиковой) не разрушается.£Удельный вес кварца 2,65, тверда :ть 7 по шкале твердости. Кварц имеет высокую прочность при сжатии (около 20 000 кГ/см2) и хорошо сопротивляется действию истираний.^

При нагревании] до температуры 575° С кварц из (3-модификации переходит в «-модификацию (высокотемпературную), скачкообразно увеличиваясь в объаме примерно на 1,5%. При температуре 870° С он начинает переходит» в тридимит (удельный вес 2,26), значительно уве^ личиваясь в объеме/ (минерал тридимит кристаллизуется в виде тонких; шестигранных пластинок). Эти изменения объема кварца при высоких температурах необходимо учитывать в производстве огнеупорных дина-совых изделий. При температуре 1710° С кварц переходит в жидкое состояние. При бУстром остывании расплавленной массы (расплава) образуется кварцевое стекло — аморфный кремнезем с удельным весом 2,3.

В природе встречается минерал опал аморфной структуры,' представляющий собой гидрат кремнезема (SiO2-rtH2O). Аморфный кремнезем активен, может соединяться с известью при нормальной температуре, тогда как кристаллический кремнезем (кварц) приобретает эту способность только под действием пара большого давления (в автоклаве) или при сплавлении.

2. ГРУППА АЛЮМОСИЛИКАТОВ

Второе место после кремнезема занимает в земной коре глинозем АЬОз- Свободный глинозем в природе встречается в виде минералов корунда и других глиноземистых минералов.

Корунд — один из наиболее твердых минералов. Его используют для производства высокоогнеупорных материалов, ои является ценным абразивом.

Другой глиноземистый материал—диаспор — представляет моногидрат глинозема А12О3 • Н2О и содержит 85% А12Оз. Диаспор входит в состав бокситов — тонкодисперсных горных пород часто красного или фиолетового цвета, богатых глиноземом (от 40 до 80%) и используемых как сырье для производства глиноземистого цемента.

Глинозем обычно находится в виде химических соединений с кремнеземом и другими окислами, называемых алюмосиликатами. Наиболее распространенными в земной коре алюмосиликатами являются полевые шпаты, которые составляют по весу более половины всей массы литосферы. К этой же группе минералов относятся слюды и каолиниты.

Полевые шпаты. Характерная особенность всех полевых шпатов —хорошо выраженная спайность по двум направлениям. В зависимости от угла, под которым пересекаются направления спайности (прямой или

близкий к нему), различают ортоклаз или калиевый полевой шпат КгО • А12О3 • 6SiO2 и плагиоклазы. Последние подразделяются на альбит или натриевый полевой шпат Na2O А!2О3 • 6SiO2 и анортит или кальциевый полевой шпат СаО • А12О3 • 2SiO2. ,

Полевые шпаты имеют цвет белый, розовый (до темно-красного), серый, желтоватый и др., удельный вес их 2,55—2,76, твердость по шкале твердости 6, прочность во много раз меньше прочности кварца (на сжатие от 1200 до 1700 кГ/см2)., Стойкость полевых шпатов против механического и химического выветривания незначительна; плавятся они при температуре от 1170 до 1550° С.

Слюды представляют собой водные алюмосиликаты сложного и разнообразного состава. Характерной особенностью их является легкая расщепляемость на тонкие, гибкие и упругие листочки и пластинки. Твердость слюд находится в пределах 2—3 по шкале твердости. Наиболее часто встречаются следующие виды слюд: калиевая (мусковит) — светлая, прозрачная (в тонких листочках), тугоплавкая, химически стойкая; железистомагнезиальная (биотит)—непостоянного состава, очень темного цвета (черного, бурого), легче разрушающаяся, чем мусковит; вермикулит — гидрослюда золотисто-бурого цвета, образующаяся в результате окисления и гидратации биотита; при прокаливании вермикулит теряет воду и увличивается в объеме в 18—25 раз; обожженный вермикулит (зонолит) применяется как теплоизоляционный материал.

Каолинит или водный алюмосиликат А12О3 • 2SiO2 • 2Н2О представляет собой продукт выветривания изверженных и метаморфических горных пород. Каолинит обычно встречается в виде белых или окрашенных рыхлых землистых или плотных масс, является основной частью глин..-Удельный вес каолинита 2,6, твердость

3. ГРУППА ЖЕЛЕЗИСТО-МАГНЕЗИАЛЬНЫХ СИЛИКАТОВ

Минералы, входящие в эту группу, имеют темную окраску, поэтому;-их. часто называют темноокрашенными минералами. Удельный вес их больше, чем других силикатов, твердость находится в пределах 5,5— 7,5; они обладают значительной вязкостью. При большом содержании их в горных породах они придают последним темный цвет и большую вязкость, т. е. повышенную сопротивляемость удару. Наиболее распространенными породообразующими минералами железисто-магнезиальной группы являются пироксены, амфиболы и оливин.

Пироксены, из семейства которых наиболее часто встречаются авгиты (глиноземистые пироксены), имеют удельный вес 3,2—3,6.

К амфиболам относится роговая обманка — типичный минерал изверженных пород — с удельным весом 3,1—3,5.

Оливин —минерал зеленого цвета, отличающийся малой стойкостью: под воздействием различных реагентов (Н2О, Ог, СО2 и др.) он изменяется и в результате присоединения воды увеличивается в объеме, переходя в змеевик или серпентин. Одна из разновидностей серпентина имеет волокнистое строение и называется хрнзотиласбестом, или горным льном. Хризотиласбест состоит из тонких и прочных волокон; его широко используют в асбестоцементной промышленности и в производстве теплоизоляционных материалов. Крупные месторождения хризо-тиласбеста находятся на Урале. .

4. ГРУППА КАРБОНАТОВ

В осадочных горных породах наиболее часто встречаются породообразующие карбонатные минералы (карбонаты), важнейшие из них — кальцит, магнезит и доломит.

Кальцит, или кристаллический известковый шпат СаСОз один из самых распространенных минералов земной коры. Он легко раскалывается по плоскостям спайности по трем направлениям, имеет удельный вес 2,7 и твердость 3. Кальцит слабо растворим в чистой воде (0,03 г в 1 Л), НО растворимость его резко возрастает при содержании в воде агрессивной двуокиси углерода СОг, так как образуется кислый углекислый кальций Са(НСОз)г, растворимость которого почти в 100 раз больше, чем кальцита.

Магнезит MgCC>3 встречается большей частью в виде землистых или плотных агрегатов, обладающих скрыто-кристаллическим строением. Он тяжелее и тверже кальцита.

Доломит CaCOs-MgCO3 по физическим свойствам близок к кальциту, но более тверд и прочен и еще меньше растворим в воде.

5. ГРУППА СУЛЬФАТОВ

Сульфатные минералы (сульфаты), так же как и карбонаты, часто встречаются в осадочных горных породах; важнейшие из них — гипс и ангидрит.

Гипс CaSO.4*2H2O типичный минерал осадочных пород. Строение его кристаллическое, иногда мелкозернистое, кристаллы пластинчатые, столбчатые, игольчатые и волокнистые. Встречается гипс преимущественно в виде сплошных зернистых, волокнистых и плотных пород вместе с глинами, сланцами, каменной солью и ангидритом. Гипс имеет белый цвет, иногда бывает прозрачен или окрашен примесями в различные цвета. Удельный вес его 2,3, твердость 2. В воде гипс растворяется сравнительно легко при температуре 32—41° С, растворимость его в-75 раз больше, чем кальцита (0,22 г в 1 ji).

Ангидрит CaSO4 имеет удельный> вес 2,8—3, твердость 3—3,5; по внешнему виду похож на гипс. Залегает пластами и прожилками вместе с гипсом и каменной солью. Под действием воды ангидрит постепенно переходит в гипс, при этом объем его увеличивается.

5. Чем выражен химический состав минерала?

Химическая формула минерала выражает его химический состав в виде последовательности символов химических элементов, снабженных подстрочными стехиометрическими индексами, указывающими относительные количества атомов различных сортов, входящих в его состав. Химизм минерала тесно связан с особенностями его строения с (кристаллической структурой), вместе они составляют особое единство, определяемой как конституция минерала. Формулы минералов по возможности отражают их конституцию, что достигается распределением по определенным группам символов химических элементов, атомы которых находятся в идентичных позициях кристаллической структуры. Такие формулы называются кристаллохимическими. Стехиометрические индексы пропорциональны количеству атомов каждого элемента в элементарной ячейке кристаллической структуры минерала. Спецификой минерального вещества является непостоянство его химического состава и обилие примесей, что сказывается и на характере химических формул, применяемых в минералогии.