Искусственные минералы - Геология - Скачать бесплатно
Министерство образования Республики Беларусь Белорусский
Государственный Университет Транспорта
Кафедра’ Строительные конструкции, основания и фундаменты ‘
Научная конференция на тему:
‘Искусственные минералы’
Выполнили
Студенты гр. ПК-21
Власов Ю.А.
Махвиеня С.О.
Искусственные минералы.
Искусственное получение минералов представляет известный интерес. С одной
стороны, это позволяет исследовать процессы минералообразования, с другой –
даёт возможность получать нужные для практики минеральные вещества, что
широко используется в технологии строительных материалов.
Искусственным путем (методом синтеза) можно получать минералы, которые
встречаются в природных условиях (алмаз, корунд, кварц и др.), и минералы,
которые в природных условиях самостоятельно не встречаются (алит, белит и
др.), а входят в состав различных технических продуктов, таких как цементы,
огнеупоры и т.д.
Искусственно полученные естественные минералы путем синтеза из исходных
веществ выгодно отличаются от своих аналогов, образованных в природных
условиях, так как в них отсутствуют химические и механические примеси. В
настоящие время в промышленных целях получен ряд минералов, которые редко
встречаются в природе, но обладают ценными свойствами (флюорит, корунд и
др.). В 1961 в СССР синтезированы искусственные алмазы, прочность которых
была в 40% выше естественных. В таблице 1 приведены некоторые минералы
полученные искусственно.
Некоторые естественные минералы, полученные искусственно
|Минералы |Формула |Минералы |Формула |
|Сфалерит |ZnS |Самородная | |
|Корунд . |А1203 |сера .... |S |
|. | | | |
|Галенит . |PbS |Ангидрит . .|CaSO4 |
|. | | | |
|Барит .... |BaSO4 |Энстатит . . .|mr (Si206) |
|Магнетит |FeFe2O4 |Малахит . . . |CuCO?Cu(OH)2 |
|Оливин . | (Fe, Mg)2(Si04)|Шпинель . |A12 Mg04 |
|. | |. | |
|Полевые шпаты |— |Кварц .... |SiO2 |
|Самородная | |Галит .... |NaCl |
|медь . |Cu |Асбест . . |— |
|. . | |. | |
|Карбонаты . |— |Слюды .... |— . |
|. | | | |
|Алмаз . |С |Пирофиллит . |— |
|. . | | | |
Методы синтеза естественных минералов можно разделить на две группы:
1) синтез проводимый в условиях нормального давления.
2) синтез осуществляемый при повышенных давлениях.
В настоящие время получение искусственных минералов сводится к следующим
процессам :
1) кристаллизация расплава;
2) реакции, в которых участвуют газовые компоненты;
3) получение минералов в присутствие водных растворов;
4) получение минералов путем реакции в твердой среде.
Методы синтеза минералов требуют специальной аппаратуры, длительны по
времени и весьма трудоёмки. В целом задача синтеза минералов еще далеко не
решена.
Однако в настоящие время многим исследователям стран СНГ удалось получить
целый ряд ценных минералов, которые перестали быть достоянием лабораторий и
освоились промышленностью.
Ниже дается краткое описание искусственных минералов, которые встречаются
в технических продуктах (цементы, огнеупоры и т.д.), и некоторых
высокопрочных кристаллов. Многие из этих минералов входят в состав
различных технических продуктов. В связи с этим их описание даётся по
группам минералов, выделенных по химическому составу (табл.2).
Искусственные минералы технических продуктов и высокопрочные
кристаллы(таб.2)
|Группа |Минералы |Химическая формула |
|Силикаты кальция |А ЛИТ |3CaO?SiO2 |
| |Белит |2CaO?SiO |
| |Волластоипт |?-CaO-SiO2 |
| |Псевдоволластонит |? –CaO?SiO2 |
| |Ранкинит |3CaO-2Si02 |
|Алюминаты кальция |Трехкальциевый |ЗСаО?А12О3 |
| |алюминат Пятикальциевый|5CaO?3Al2O3 |
| |трех-алюминат | |
| |Однокальциевый | |
| |алюминат |CaO?Al203 |
| |Однокальциевый |CaO?2Al2O3 |
| |двухалюминат | |
|Алюмосиликат |Геленит |2CaO?Al2O?SiO2 |
|кальция | | |
|Алюмосиликат |Муллит |3Al2O3-SiO2 |
| |Окерманит Монтигеллит |2CaO-MgO-2SiO2 |
|Силикаты кальция и| |CaO-MgO-2SiO2 |
|магния | | |
|Алюмоферрит кальция |Целит |От CaO-Fe2O3 до 8CaO-3 |
| | |Al2O3-Fe2O3 |
|Ферриты кальция |Однокальциевый феррит |CaO-Fe2O3 |
| |Двухкалышевый феррит |2CaO-Fe2O3 |
|Группа |Минералы |Химическая формула |
|Окислы и гидроокислы |Известь (свободная|СаО |
| |окис | |
| | | |
| |Известь (свободная |СаО |
| |окись кальция) | |
|Окислы и гидроксилы |Портлаидит (гидрат |Са (ОН)2 |
| |окиси кальция) | |
| |Периклаз (окись |MgO |
| |магния) Кремнезем |SiO2 |
| |Тридимит |Si02 |
| |Кристобалит |Si02 |
|Гипс и продукты его |Гипс |CaS04.2H20 |
|обезвоживания |?-полугидрат |CaSO4-0,5H20 |
| |?-полугидрат |CaSO4-0,5H2O |
| |Ангидрит |CaSO4 |
|Прочие соединения|Ольдгамит Перовскит |CaS |
|кальция | |CaO?TiO2 |
| |Карбиды вольфрама |WC и W2C |
|Высокопрочные |Карбиды молибдена |Mo2C и МоС |
|кристаллы |Нитрид ниобия |Nb3N5 |
| |Карбид бора |B4C |
| |Карбид кремния |SiC |
Искусственные минералы технических продуктов.
Силикаты кальция.
Алит (трехкальцевый силикат) 3CaO?SiO2 представляет собой бесцветные
мелкие кристаллы в виде гексагональных табличек или призм (иногда
игловидных) с неясно выраженной спайностью по одному направлению (рис. 1).
Сингония тригональная. Кристаллы нередко обнаруживают зональную структуру,
особенно хорошо видную при изучении препаратов в отраженном свете.
Погасание прямое или под небольшим углом. Однослойный, показатели
преломления Ng=1,772, Np=1,718, двойное лучеприломление малое: Ng-
Np=0.004. Оптический знак кристалла отрицателен.
Твердость алита по шкале Мооса колеблется между 5 и 6, удельный вес 3,2.
Является главным минералом портландцементного клинкера, входит также в
доломитовые огнеупоры. Легко может гидратироваться и разлагаться соляной
кислотой, способен твердеть под водой.
Белит (двухкальциевый силикат) 2СаО • 5SiO2 в трех видах: ?-, ?- и ?-
формы, причем по оптическим данным ?и? между собою весьма сходны, а переход
в ?-форму сопровождается резким изменением свойств ?- и ?-фор-мы образуют
правильные округлые зерна, часто призматического облика, со спайностью по
призме (рис. 1). Для белита во многих случаях характерна сложная
двойниковая структура и темноокрашенные включения, имеющие правильную
ориентировку. В шлифах эти формы имеют желтоватую окраску. За счет
растворенных Fе2О3 и Сг2О3 зерна приобретают коричневый или зеленый цвет.
?-форма белита под микроскопом наблюдается в виде трех разновидностей: 1)
зерен с двумя или тремя системами взаимнопересекающихся штрихов, каждая из
которых состоит из параллельных линий, 2) форм с одной системой двойниковых
пластинок; 3) несдвойникованных зерен.
Показатели преомления ?- и ?-форм: Ng=1,735, Nр=1,717, Ng — Nр =
0,018, оптический знак положительный. Удельный вес 2,974.
Рис. 1 Кристаллы белита в клинкере (210Х)
?-2СаО?ЗSiO2 (фелит) имеет призматический облик со спайностью по
призме; погасание прямое; показатели преломления: Ng = 1,654, Nр= 1,642,
Ng — Nр=0,012. Это низкотемпературная форма, возникающая из ?-формы при
675° С, имеет плотность примерно на 10% меньше плотности ?- и ? -белита,
поэтому такое превращение сопровождается разрушением вещества до состояния
тонкой пыли. Появление фелита в вяжущих породах и огнеупорах нежелательно,
так как по способности к гидратации и твердению эта форма не активна и в
ряде случаев (доломитовые огнеупоры) приводит к разрушению. Вода на ?-форму
не действует, она легко разлагается кислотами.
Белит в значительных количествах присутствует в портландцементном
клинкере, в шлаках, доломитовых и магнезиально-доломитовых огнеупорах.
Портландцемент с высоким содержанием белита отличается замедленным
твердением, но зато стоек к разрушающему действию агрессивных вод.
Волластонит ?-СаО?5SiO2 и псевдоволластонит ?-СаО-5SiO2— однокальциевые
силикаты. Волластонит — природный минерал, образуется также при
расстекловании некоторых технических стекол. Форма кристаллов игольчатая,
брусковидная и волокнистая со спайностью, параллельной удлинению. Система
моноклинная. Ng = 1,631, Nр = 1,616, Ng — Nр = 0,015. Оптический знак
отрицательный. Погасание параллельно удлинению.
Рис. 2.
Псевдоволластонит в стекле (74 X) Удельный вес 2,915. В воде не
разлагается, в кислотах легко растворяется.
Псевдоволластонит имеет форму округлых зерен или шестиугольных
бесцветных табличек с ясно различимой спайностью и иногда с
полисинтетическими двойниками (рис. 2). Удельный вес 2,912. Ng=1,654, Nр =
1,610, Ng— Nр = 0,044, оптический знак положительный. Цвета интерференции
яркие (красные, зеленые, желтые тона). Оба минерала характерны для шлаков.
Ранкинит ЗСаО • 2SiO2 (трехкальциевый дисиликат) встречается в основных
и кислых доменных шлаках в виде округлых неправильных по очертаниям зерен,
по-видимому, ромбической (?) сингонии. В отдельных случаях ранкинит дает
крупные порфировые выделения. Показатели преломления: Ng=1,650, Nр= 1,641,
двупреломле-ние слабое: Ng —Nр = 0,009, оптический знак положительный.
Алюминаты кальция
В эту группу входят несколько минералов: трехкальциевый алюминат,
пятикальциевый трехалюми-нат, моноалюминат кальция и однокальциевый двуалю-
минат.
Трехкальциевый алюминат ЗСаО • А12О3 кристаллизуется в кубической
сингонии и образует изометрические бесцветные мелкие зерна с прямоугольными
или гексагональными очертаниями и с несовершенной спайностью. Это
соединение может находиться также в аморфном состоянии.
Кристаллы трехкальциевого алюмината изотропны, N=1,710, твердость 6,
удельный вес 3,04. Может растворять в себе до 2,5% Ре2О3, замещающих А1203,
и тогда N=1,715. Способен легко гидратироваться и твердеть с выделением
большого количества тепла. Растворяется в кислотах. Входит в состав
цементного клинкера. В шлифах наиболее легко устанавливается методом
окрашивания.
Пятикальциевый трехалюминат 5СаО • ЗА12Оз кристаллизуется в кубической
системе в виде округлых, реже треугольных зерен без спайности. Бесцветный,
в составе шлаков окрашен в интенсивно зеленый цвет. Оптически изотропен,
N=1,608. Мол-сет растворять в себе до 2% Ре2О3, замещающих А1203, тогда
N=1,613. Твердость 5, удельный вес 2,69—2,71.
Неустойчивая форма пятикальциевого трехалюмината обычно представлена
игольчатыми или таблитчатыми индивидами ромбической сингонии, которые
нередко собраны в сферолитовые радиально-лучистые стяжения. Кристаллы в
прозрачных шлифах имеют бледно-зеленую окраску с ясно выраженным
плеохроизмом от оливково-серых до голубовато-зеленых тонов. Ng=1,692, Nр =
1,687, Ng-Np = 0,005. Погасание прямое.
Пятикальциевый трехалюминат входит в состав глиноземистых доменных
шлаков, клинкеров глиноземистого и портлендского цемента, причем в
последнем в виде самостоятельных выделений не встречается.
Однокальциевый алюминат СаО • А12О3 образует таблитчатые прямоугольные
очертания, бесцветные кристаллы со спайностью в одном направлении. Нередко
наблюдаются сложные и псевдогексагональные тройнико вые срастания.
Погасание табличек прямое; Ng=1,663, Np=1,643, Ng — Np = 0,020; оптический
знак отрицательный. Может растворять в себе до 15% СаО • А12О3, при этом Ng
= 1,720, а Np=1,70. Удельный вес 2,981. Является главной минералогической
частью глиноземистого цемента и входит в состав доменного шлака.
Однокальциевый двухалюминат СаО • 2А12Оз образует моноклинные сильно
вытянутые игольчатые или призматические кристаллы иногда длиной в несколько
миллиметров. Бесцветен. Имеет большой угол погасания (до 31°), благодаря
чему легко распознается. Показатели преломления: Ng=1,654, Np = 1,617,
двуиреломление высокое— 0,035. Оптически положителен. Присутствует в
клинкере глиноземистого цемента.
Алюмосиликат кальция
[pic]
Геленит 2СаО • А12Оз • 51О2 кристаллизуется в квадратной сингонии и дает
прозрачные бесцветные таблички или призмы ,с ясно различимой
|
