Материал: m33170

химическому составу и физическим свойствам, продукт физикохимических процессов, совершающихся в земной коре или в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Минералы являются составными частями горных пород, образующих земную кору.

Из всего многообразия (свыше 2 тыс.) природных минералов только небольшая часть участвует в образовании горных пород. К таким минералам, называемым породообразующими, относят кварц, полевые шпаты, слюды, карбонаты, сульфаты, желе- зисто-магнезиальные минералы.

От минералогического состава горных пород в значительной степени зависят их строительные свойства. Одни минералы характеризуются высокой прочностью, твердостью и химической стойкостью (кварц), другие имеют незначительную прочность, недостаточную химическую стойкость, способны значительно поглощать воду (гипс); третьи способны легко расщепляться по плоскости (слюда), понижая этим прочность породы, в состав которой они входят.

Рассмотрим основные породообразующие минералы. Группа кварца. В наибольшем количестве в земной коре

содержится свободный кремнезем SiO2. В состав большинства минералов он входит в виде силикатов – химических соединений с основными окислами. Кварц обычно непрозрачен, белого или молочного цвета, с щелочами при обычной температуре не взаимодействует и под действием кислот не разрушается. Плотность кварца - 2,65 г/см3, твердость - 7 по шкале твердости, предел прочности при сжатии - около 200 МПа.

Кроме кремнезема в природе встречается минерал опал аморфной структуры, представляющий собой гидрат кремнезема SiO2 × пН2 О. Аморфный кремнезем активен. Он может вступать в химическую реакцию с известью при обычной температуре, в то время как кварц приобретает эту способность только под действием пара, большого давления или при сплавлении.

Группа алюмосиликатов. Второе место после кремнезема в земной коре занимает глинозем Al2O3. Свободный глинозем в природе встречается в виде минералов: корунда и диаспора.

31

Корунд – один из наиболее прочных и твердых минералов. Диаспор представляет собой моногидрат глинозема Аl2О3 × Н2О .

Он входит в состав бокситов, используемых в качестве сырья для производства глиноземистого цемента.

Глинистые минералы играют в составе осадочных пород исключительно важную роль. Они слагают глины, а также могут находиться в качестве примеси в песчаниках, известняках и многих других породах.

Глинозем обычно находится в виде химических соединений с кремнеземом и другими окислами, называемыми алюмосиликатами. Наиболее распространен полевой шпат. Различают

циевый полевой шпат) - СаО × Аl2О3 × 2SiO2. Полевые шпаты имеют плотность 2,55–2,76 г/см3, твердость - 6 по шкале твердости, прочность при сжатии – 120–170 МПа. Стойкость против механического выветривания незначительна.

Слюды представляют собой водные алюмосиликаты сложного и разнообразного состава. Характерная их способность – легкая расщепляемость на тонкие, гибкие и упругие пластинки (мусковит, биотит, вермикулит).

Каолинит ( Al2O3 × 2SiO2 × 2H2O ) представляет собой продукт выветривания изверженных и метаморфических полеватошпатовых горных пород. Входит в основном в состав глин.

Группа железисто-магнезиальных силикатов: минералы,

входящие в эту группу, имеют темную окраску, твердость - 5,5– 7,5 по шкале твердости, обладают повышенной сопротивляемостью удару. Наиболее распространены пироксены, амфиболы и оливин.

Группа карбонатов. В осадочных горных породах наиболее часто встречаются породообразующие карбонатные минералы – кальцит, магнезит, доломит.

Кальцит (СаСО3) – один из самых распространенных минералов земной коры, имеет плотность 2,7 г/см3, твердость - 3.

Магнезит (МgCO3) встречается в виде землистых агрегатов, он тяжелее и тверже кальцита.

32

Доломит (СаСО3 ·MgCO3) по физическим свойствам близок к кальциту, но более тверд и прочен, мало растворим в воде.

Эти группы минералов широко используются для изготовления минеральных вяжущих.

Группа сульфатов. Наиболее распространены гипс и ангидрит. Гипс (СаSO4 × 2Н 2О ) - минерал осадочных горных пород,

строение его мелкокристаллическое. Плотность - 2,3 г/см3, твердость - 2 по шкале твердости.

Ангидрит (СаSO4)имеет плотность 2,8 г/см3, твердость - 3– 3,5. По внешнему виду похож на гипс, также залегает пластами.

2.2. Классификация горных пород по происхождению

В зависимости от условий образования горные породы делят на три основные группы: изверженные (или первичные), осадочные (или вторичные) и метаморфические (или видоизмененные) (рис.5).

Первичные горные породы в зависимости от того, где остывала магма, подразделяют на глубинные, излившиеся и вулканические.

Глубинные породы образовались в результате остывания магмы на большой глубине от поверхности в условиях высокой температуры и давления. Магма остывала медленно, при этом получались более или менее крупные зерна различных минералов, прочно сросшиеся между собой без всяких цементирующих веществ и различимые невооруженным глазом. Такую структуру называют гранитной или крупнокристаллической. При испытании образцов глубинных пород на сжатие они разрушаются по самим зернам, а не по поверхности их соприкосновения. К представителям этих горных пород относят граниты, сиениты, диориты, габбро.

Излившиеся горные породы образовались в результате остывания магмы, излившейся в виде лавы на поверхность Земли или близко к поверхности при давлении и температуре, мало отличающихся от существующих на поверхности. В таких условиях остывание магмы происходило быстро, вследствие чего не успевали образоваться крупные зерна, поэтому новейшие излившиеся породы имеют скрытокристаллическую или аморфную, стекло-

33

видную структуру, представляющую собой массу мелких зерен, в которой имеются крупные включения, образовавшиеся в магме при более или менее длительном охлаждении ее в глубоких слоях земной коры.

I. Изверженные горные породы

II. Осадочные горные породы

Рыхлые Сцементированные

III. Метаморфические горные породы

Рис. 5. Классификация горных пород по происхождению

34

К представителям этих горных пород относятся порфиры, андезиты, трахиты, диабазы, базальты.

Кроме указанных выше массивных пород к изверженным горным породам относят вулканические продукты переотложения и цементации рыхлого материала, выбрасываемого вулканами; их разделяют на рыхлые (вулканические пеплы, песок, пемза) и цементированные (вулканические туфы, трассы, туфовая лава).

Ниже рассмотрим по одному-двум представителям каждого класса.

Гранит – глубинная горная порода, одна из самых распространенных. Порода кислая, состоит из кварца (20–40 %), ортоклаза (40–70 %) и слюды (5–20 %). Структура гранита ярко выраженная зернистокристаллическая, средняя плотность - 2600–2800 кг/м3, предел прочности при сжатии - 100–250 МПа. По размерам зерен различают граниты крупно-, средне-, мелкозернистые. Мелкозернистые граниты лучше сопротивляются механическим воздействиям, равномернее изнашиваются при истирании. Благодаря невысокой пористости и малому водопоглощению (до 0,9%) граниты морозостойки – выдерживают 200 и более циклов замо- раживания–оттаивания. Месторождения гранитов имеются на Кольском полуострове, в Карелии, на Урале, в Сибири и Воронежской области.

Базальт – излившаяся горная порода, состоящая из полевых шпатов. Структура в зависимости от условий остывания – стекловатая или скрытокристаллическая. Средняя плотность - 2900–3300 кг/м3, предел прочности при сжатии достигает 500 МПа. Широко применяют для изготовления кислотоупорной химической аппаратуры.

Пемза – представитель вулканических горных пород. Это вулканическое стекло, которое образовалось при быстром охлаждении лавы на воздухе, сопровождающемся бурным выделением газов. Порода пористая (до 80% объема занимают поры), размер частиц - 5 – 30 мм, насыпная плотность - около 500 кг/м3. Пемза морозостойка, негигроскопична, имеет низкую теплопроводность. Добывают на Кавказе и Камчатке. Применяют для теплоизоляции, изготовления легких бетонов.

Осадочные горные породы – продукты разрушения пер-

вичных горных пород в результате выветривания. Важнейшими

35