Горная порода Глина

Английское название: Clay

Минералы в составе горной породы Глина: Каолинит

Глина - тонкозернистая осадочная горная порода, кусковатая или пылевидная в сухом состоянии и приобретающая пластичность либо раскисающая при увлажнении.

Состав глины

Глина состоит из одного или нескольких глинистых минералов - иллита, каолинита, монтмориллонита, хлорита, галлуазита, или других слоистых алюмосиликатов, но может содержать также песчаные и карбонатные частицы в качестве примесей. Глинозём (Al2O3) и кремнезём (SiO2) составляют основу состава глинообразующих минералов.

Диаметр частиц в глине менее 0,005 мм.; породы, состоящие из более крупных частиц, принято классифицировать как алеврит. Цвет разнообразен и обусловлен главным образом окрашивающими их примесями минералов-хромофоров или органических соединений. Чистая глина в большинстве серого или белого цвета, но обычна и глина красного, жёлтого, коричневого, синего, зелёного, лилового и чёрного цветов.

Происхождение

Глина - вторичный продукт, образующийся в результате разрушения скальных пород в процессе выветривания. Основным источником глинистых пластов служат полевые шпаты, при разрушении которых под воздействием атмосферных агентов образуются силикаты группы глинистых минералов. Некоторые глины образуются в процессе местного накопления этих минералов, но большинство из них представляют собой наносы водных потоков, скапливающиеся на дне озёр и морей.

В целом по происхождению и составу породу подразделяются на:
Глины осадочные, образовавщиеся в результате переноса в другое место и отложения там глинистых и других продуктов коры выветривания. По происхождению осадочная глина делятся на морские глины, отложившиеся на дне моря, и континентальные глины, образовавшиеся на материке.

Среди морских различают:
Прибрежно-морская глина - образуется в береговых зонах (зонах взмучивания) морей, незамкнутых заливах, дельтах рек. Характеризуются часто неотсортированностью материала. Быстро переходят в песчанистые и грубозернистые разновидности. Замещаются песчаными и карбонатными отложениями по простиранию Такие глины обычно переслаиваются с песчаниками, алевролитами, пластами угля и карбонатными породамм.

Лагунная глина - образуется в морских лагунах, полузамкнутых с повышенной концентрацией солей или опресненных. В первом случае глины неоднородны по гранулометрическому составу, недостаточно отсортированы и ветречаются совместно с гипсом или солями. Глины опреснённых лагун обычно тонкодисперсные, тонкослоистые, содержат включения кальцита, сидерита, сульфидов железа и др. Среди них встречаются огнеупорные разновидности.

Шельфовая глина - образуется на глубине до 200 м. при отсутствии течений. Характеризуются однродным гранулометрическим составом, большой мощностью (до 100 м. и более). Распространены на большой площади.

Среди континентальных выделяют:
Делювиальная глина - характеризуется смешанным гранулометрическим составом, резкой его изменчивостью и неправильной слоистостью (иногда отсутствует).

Озёрная глина, большей частью с однородным гранулометрическим составом и тонкодисперсная. В таких породах присутствуют все глинистые минералы, но каолинит и гидрослюды, а также минералы водных окислов Fе и Аl преобладают в глинах пресных озёр, а минералы монтмориллонитовой группы и карбонаты - в глинах соляных озёр. К озёрным глинам принадлежит лучшие разновидности огнеупорных глин.

Пролювиальные, образованные временными потоками. Характеризуются очень плохой сортировкой.
Речные - развиты в речных террасах, особенно в пойме. Обычно плохо отсортированы. Быстро переходят в пески и галечники, чаще всего неслоистые.

Глины остаточные - возникающие в результате выветривания различных горных пород на суше, и в море в результате изменения лав, их пеплов и туфов. Вниз по разрезу остаточные глины постепенно переходят в материнские породы. Гранулометрический состав остаточной глины изменчив - от тонкодисперсных разновидностей в верхней части залежи до неравномернозернистых - в нижней.

Остаточные глины, образовавшиеся из кислых массивных пород, не пластичны или мало пластичны; более пластичны глины, возникшие при разрушении осадочных глинистых пород. К континентальным остаточным глинам относятся каолины и др. элювиальные глины. В России широко распространены, кроме современных, древние остаточные глины - на Урале, в Западной и Восточной Сибири, (их много также в Украине), - имеющие большое практическое значение. В упомянутых районах на основных породах возникают глины преимущественно монтмориллонитовые, нонтронитовые и другие, на средних и кислых - каолины и гидрослюдистые глины. Морские остаточные глины образуют группу глин отбеливающих, сложенных минералами монтмориллонитовой группы.

Практическое использование глины

Глины широко применяются в промышленности (в производстве керамической плитки, огнеупоров, тонкой керамики, фарфоро-фаянсовых и сантехнческих изделий), строительстве (производство кирпича, керамзита и др. стойматериалов), для бытовых нужд, в косметике и как материал для художественных работ (лепка). Производимый из керамзитовых глин путём отжига со вспучиванием керамзитовый гравий и песок широко используются при производстве строительных материалов (керамзитобетон, керамзитобетонные блоки, стеновые панели и др.) и как тепло- и звукоизоляционный материал. Это лёгкий пористый строительный материал, получаемый путём обжига легкоплавкой глины.

Такая глина имеет форму овальных гранул. Производится также в виде песка - керамзитовый песок. В зависимости от режима обработки глины получается керамзит различной насыпной плотности (объемного веса) - от 200 до 400 кг/м3 и выше. Керамзит обладает высокими тепло- и шумо-изоляционными свойствами и используется преимущественно как пористый заполнитель для лёгких бетонов, не имеющий серьёзной альтернативы. Стены из керамзитобетона долговечны, имеют высокие санитарно-гигиенические характеристики, а сооружения из керамзитобетона, построенные более 50 лет назад, эксплуатируются и по сей день. Жилье, возводимое из сборного керамзитобетона, дёшево, качественно и доступно. Самым крупным производителем керамзита является Россия.

Свойства Горной породы

• Тип горной породы: Осадочная горная порода
• Цвет: Серый, белый, чёрный, красный, жёлтый, коричневый, синий, зелёный, лиловый. Цвет обусловлен главным образом примесями минералов-хромофоров или органических соединений
• Цвет 2: Белый Чёрный Серый Коричневый Красный Жёлтый Зелёный Синий Фиолетовый
• Текстура 2: массивная слоистая
• Структура 2: реликтовая пелитовая алевритовая псаммопелитовая афанитовая конгломератовая
• Литература: Горькова И.М., Коробанова И.Г., Окнина Н.А. и др. Природа прочности и деформационные особенности глинистых пород в зависимости от условий формирования и увлажнения. - Тр. Лабор. гидрогеол. пробл., 1961, вып. 29

Месторождения Горной породы Глина

• Сладко-Карасинское
• Челноковское
• Бариновское
• Козинское
• Колташевское
• Мокроусовское
• Половинское
• Шумихинское-3
• Сафакулевское-3
• Юргамышское-3
• Целинное
• Целинное
• Шадринское-2
• Шадринское-3
• Катайское-2
• Глядянское-2
• Карасинское
• Гжельские карьеры
• Бельгия
• Брестская область
• Минская область
• Голбица
• Курополье
• Беларусь
• Молдавия

Для того чтобы понять, в чем разница, затронем некоторые геологические вопросы. Ведь, собственно говоря, понятие «глина» объединяет широкий класс пород осадочного происхождения. Глина состоит из мельчайших частиц горных пород, образовавшихся в результате ветровой и водной эрозии. Ее химический состав определяется составом этих пород, который на разных территориях различен. Поэтому глины, добытые в одной местности, могут заметно отличаться от глин другого региона. Строго говоря, у всех видов природных глин есть лишь одно общее свойство — пластичность и размер частиц, ее составляющих (частицы должны иметь диаметр менее 1/270 миллиметра). Поскольку глины образуются из материалов земной коры, общий их химический состав в целом близок к ее «составу». В основном это силикаты алюминия, катионы калия, натрия, магния, кальция и ряда других элементов.

Но глины могут разительно различаться между собой по своему микроэлементному составу. На это влияет не только место образования данной глины, но и время ее образования и те превращения, которые она претерпела в ходе эволюции нашей планеты.

Чтобы разобраться с этим, посмотрим, как образуются глины неглубокого залегания, с которыми мы сталкиваемся чаще всего, — во время загородной прогулки или на садовом участке. Как правило, это очень молодые — первичные глины , образованные из мельчайших частиц пыли, которые, осаждаясь на поверхности почвы, проникают сквозь крупнозернистые слои почвы (гравий, песок). При этом в процессе фильтрации мельчайшие частицы постепенно слипаются друг с другом, поначалу образуя тончайший слой, который, в отличие от песка, не пропускает воду и поэтому начинает тормозить перемещение других таких же частиц. Так постепенно образовывается глиняный пласт. Этот процесс идет довольно медленно. В среднем за три года таким путем создается слой глинистых осадков толщиной около 1 мм. Глиняные пласты и линзы не пропускают воду и тем самым образуют водоносный горизонт, давая нам возможность получать родниковую и колодезную воду,

Если вы, следуя легковесным советам «знатоков», попробуете использовать такую первичную глину в лечебных целях, попросту накопав ее лопаткой, то риск будет немалый. Современная пыль в соединении с загрязненными осадками, достигая глинистых горизонтов, может буквально отравить их. И глина, добытая таким образом, способна серьезно усугубить состояние вашего здоровья. Ведь прежде чем пользоваться каким-либо водным источником, обязательно проводится химико-бактериологический анализ состава воды. Но то, что нам кажется вполне естественным для воды, в не меньшей степени относится и к глинам. Тем более при использовании глины в качестве лекарственного или косметического средства. Поэтому главная заповедь лечения глиной — Не применяйте глину, химико-бактериологический состав которой вам не известен. Это опасно!

Но даже если состав глины не вызывает опасения, это вовсе не говорит о том, что она может оказаться целебной. Целебная глина должна обладать рядом свойств, которыми первичные глины неглубокого залегания обладают редко. Лечебные глины чаще встречаются среди вторичных глин , образующихся при повторных случаях ветровой и водной эрозии первичных глин. В результате этой эрозии ее частицы приобретают еще более мелкие размеры — до 1/500 мм и менее. Вторичные глины, разумеется, более древнего происхождения. Они могут залегать на больших глубинах, подвергаясь воздействию высоких температур, давления и другим превратностям геологических процессов, которые влияют на физико-химические свойства и структуру глин, придавая им новые качества.

Иначе говоря, чем древнее происхождение глины, тем более разнообразен ее состав, мельче ее частицы и выше их пористость . Наибольшее влияние на целительные свойства глин оказывает то, в каком геологическом периоде, и на какой территории они сформировались. Ведь глина, будучи осадочной породой, хранит в себе следы той исторической эпохи в жизни нашей планеты, во время которой она сформировалась.

В соответствии с этим ископаемые глины обычно носят название геологических периодов, к которым они приурочены. Так, кембрийские голубые глины (геологическое название – «синие») относятся к числу наиболее древних (они сформировались 530-600 млн. лет назад). Именно кембрийские глины обладают наибольшими целительными свойствами. Но в большинстве случаев эти глины из-за своей древности погребены на километровых глубинах и лишь в нескольких точках нашей планеты залегают близко к земной поверхности.

Глина – один из самых известных и распространенных материалов, которые используются в строительстве. Она образуется в результате разрушения глинистых пород естественным путем или с помощью механических и биохимических влияний в ходе эволюции.

Из чего состоит глина

Эта горная порода довольно сложна и непостоянна, как по составу, так и по своим характеристикам. Чистая глина, которая не содержит примесей, состоит из маленьких частиц минералов размером не более 0,01 мм. Обычно они имеют пластинчатую форму.

Подобные «глинистые» материалы представляют собой сложные соединения из алюминия, кремния и воды. Они не только включают воду в свою структуру (такая вода называется химически связанной), но и удерживают ее в виде прослоек между частичками (такую воду называют физически связанной).

Если материал смочить, вода попадает в пространство между слоями материала, и в результате они легко сдвигаются по отношению друг к другу. Именно благодаря такой особенности глина обладает высокой пластичностью.

В глине есть примеси таких веществ, как карбонат кальция, кварц, сульфид железа, гидроксид железа, оксид магния, оксид кальция и т. д. В зависимости от химического состава, выделяют такие глинистые материалы, как каолиниты, галлуазиты, иллиты и монтмориллониты.

Исходя из предназначения сырья, его нормируют в зависимости от того, каков процент оксидов железа, кварцевого песка, различных примесей. Степень огнеупорности материала зависит от содержания в нем глинозема. Для выполнения огнеупорных изделий используют глину, в которой содержится хотя бы 28% глинозема.

Так выглядит образец глины под микроскопом:

Технические характеристики и свойства

Характеристики глины определяются химическим и минеральным составом и размером частичек.

Объемный и удельный вес огнеупорной молотой глины составляет 1300-1400 кг/м3, шамотной – 1800 кг/м3, сухой глины в порошке – 900 кг/м3. Плотность мокрой глины – 1600-1820 кг/м3, сухой – около 100 кг/м3. Теплопроводность сухого сырья составляет 0,1-0,3 Вт/(м*К), влажного – от 0,4 до 3,0 Вт/(м*К).

Основные свойства:

• попадая в воду, глина размокает, разделяется на отдельные частички и образует или пластичную массу, или взвесь;
• глиняное тесто очень пластично, в сыром виде оно может принять любую форму. Пластичные глины называют «жирными», поскольку на ощупь они кажутся жирным материалом. Глины с невысокой пластичностью называют «тощими». Кирпичи, изготовленные из такой глины, быстро рассыпаются и обладают плохой прочностью;
• после высыхания глина сохраняет свою форму, несколько уменьшаясь в объеме, а в результате обжига становится твердой, как камень. Именно благодаря такой способности она издавна является одним из наиболее популярных материалов для производства посуды. Также из глины изготавливают кирпичи, которые имеют высокую механическую прочность;
• обладает клейкостью и связующей способностью;
• насыщаясь определенным объемом воды, глина больше не пропускает воду, то есть обладает водоупорностью;
• глина обладает кроющей способностью. Поэтому в старину ее широко использовали для побелки печей и стен дома;
• глина обладает сорбционной способностью, то есть поглощает вещества, растворенные в жидкости. Это позволяет применять ее для очистки продуктов нефтепереработки и растительных жиров.

Свойства материала обеспечивают долгий срок службы, но только в том случае, когда за ними осуществляется определенный уход, а в процессе изготовления не были допущены ошибки.

Происхождение и добыча глины

Глина может иметь различное происхождение – осадочное или остаточное. Осадочные породы формируются при переносе продуктов выветривания на другое место. Они могут быть морскими или континентальными.

Морские глины образуются в береговых районах, дельтах рек, лагунах, на шельфах. Континентальные глины могут быть делювиальными, пролювиальными, озерными, речными или остаточными.

Остаточные породы формируются при выветривании горных пород в море или на суше. Примером континентальных остаточных глин является каолин (белая глина). Морские остаточные породы обычно являются отбеливающими.

Как происходит добыча

Большинство видов глины можно легко найти, поскольку она часто встречается в природе, залегает неглубоко и является дешевым с точки зрения добычи сырьем.

Но, в силу большого веса и высокой влажности, перевозить материал на большие расстояния невыгодно, поэтому производство обычно устраивают неподалеку от места разработки. Так, заводы по производству кирпича всегда строят прямо на месторождении.

Отдельные разновидности встречаются лишь в некоторых регионах. Поскольку спрос на них высок, а заводы часто находятся на расстоянии от месторождения, приходится прибегать к перевозкам сырья.

Залегает глина в виде линз или пластов, между которыми находятся прослойки песка. Обычно в месторождении около 3-6 слоев глины, иногда – до 20. Толщина слоя может составлять как 2-5, так и 20-30 м.

Ранее глину добывали преимущественно на берегах озер и рек. Сейчас ее добывают преимущественно в карьерах. Разработка ведется обычно открытым способом с помощью экскаваторов. Перед началом добычи выполняются подготовительные работы: геологическая разведка для определения типа залегания и оценки запасов сырья, очистка поверхности от растительности, удаление непригодных пород.

Глина обязательно проходит естественную обработку, в ходе которой происходит ее вымораживание и вылеживание. После этого с помощью специальной техники выполняют механическую обработку материала.

Как это происходит можно посмотреть на видео ниже:

Виды и разновидности глины

На Земле встречается глина самых разных видов, которые различаются по составу, характеристикам и даже цвету. Цвет материала зависит от химического состава. Глина может быть белой, желтой, красной, голубой, серой, коричневой, зеленой и даже черной.

Разновидности глины выделяют по различным признакам: пластичности, спекаемости, огнеупорности, чувствительности к сушке и т. д.

Существуют следующие ее виды:

• бентонитовая — используется преимущественно для очистки растительных жиров, продуктов нефтепереработки, в процессе бурения скважин, реже – в производстве литейных форм.;
• природная красная — содержит в себе много железа, большая эластичность позволяет использовать его для работ с глиняными пластинами или для моделирования небольших скульптур.;
• обожженная — отличается повышенной прочностью;
• абразивная — применяется для чистики полировки металлов;
• строительная — подходит для фундаментов, отмосток и растворов;
• керамическая — используется для изготовления посуды и декоративных изделий;
• порошковая — удобна для приготовления различных растворов и смесей;
• тугоплавкая — подходит для производства шамотных кирпичей;
• монтмориллонитовая — используется как отбеливающий материал для очистки патоки, сиропов, пива, вин, фруктовых соков, растительных масел, нефтепродуктов, как добавка к мылам, повышающая их качество; также в производстве лекарственных пилюль и средств борьбы с вредителями сельского хозяйства;
• шамотная — ее часто используют для внешней отделки зданий. Смесь готовят, добавляя в порошок воду. Чтобы получить нужную консистенцию, ее настаивают на протяжении трех дней, периодически размешивая и т. д.

Образуется при химическом распаде вулканического пепла. Такая глина хорошо разбухает в воде и обладает высокой отбеливающей способностью по сравнению с другими разновидностями. Она может иметь различную окраску.

В видео подробно рассказано о видах глины и продемонстрированы их образцы:

Сколько стоит

Стоимость глины может существенно варьироваться в зависимости от ее разновидности и характеристик. Цена на нее составляет от 100 до 500 руб. за 1 куб. м. Продажа глины достаточно популярна. Это связано с минимальными затратами по добыче и довольно большим ее запасом в недрах земли.

Представляет собой глину, обожженную при высокой температуре (больше 340 градусов) и перемолотую в порошок.

Преимущества и недостатки

В наше время глина используется в строительстве преимущественно как вспомогательный материал или сырье для производства других материалов (кирпича, керамики). Материалы, изготовленные на основе глины, обладают массой достоинств, и сама глина может использоваться для строительства и отделки.

Основными преимуществами глины в качестве стройматериала можно считать:

• полную экологичность;
• устойчивость к действию высокой температуры;
• гипоаллергенность;
• поддержание уровня влажности на оптимальном уровне;
• свободное прохождение воздуха через стены;
• абсорбирование вредных веществ;
• безотходное производство.

Среди недостатков материала следует отметить существенную усадку, деформацию стен после высыхания, необходимость дополнительной гидроизоляции сооружения.

Глина - продукт выветривания горных пород, в основном полевого шпата и слюды. Землетрясения, сильные ветры, наводнения сдвигают с места пласты пород, измельчают их до пудры. Уложенные в трещинах земной коры, они за миллионы лет затвердевают.

Кембрийские глины являются первичными, они за миллионы лет не вымывались, хотя и подвергались выветриванию. Другие глины называются вторичными, это продукт отложения. Вторичные глины встречаются среди осадочных толщ всех типов - континентальных, включая озерные, прибрежно-лагунные и морские.

Озерные глины часто имеют мономинеральный каолинитовый состав. Чистые монтмориллонитовые глины (бентониты) образуются обычно в результате изменения вулканических пеплов и пемз. В промышленности выделяют 4 наиболее важные группы глин: грубокерамические, огнеупорные и тугоплавкие, каолины, адсорбционные и

высокодисперсные монтмориллонитовые.

Основными химическими компонентами глины являются вторичные минералы простого состава: двуокись кремния (кварц, SiO„ 30-70%), гидрокись алюминия (АЬОз, 10- 40%) и Н20 (5-10%). Присутствуют в глинах ТЮ2, гидрокись железа (Fe20„ FeO), MnO, MgO, CaO, K20, Na20.

Кроме того, в процессе выветривания образуются также вторичные минералы более сложного строения (алюмо — и феррисиликаты). Они более высокодисперсные, чем первичные минералы. Все вторичные минералы сложного состава имеют пластинчатое строение и содержат химически связанную воду. Поскольку эти минералы являются важнейшей составной частью различных глин, они получили название глинистых, или глинных, минералов (А. И. Болдырев, 1974). При всем разнообразии глинистых материалов у них есть общая особенность: они образовались при химическом разрушении других минералов и потому размеры их кристалликов очень малы - всего 1…5 мкм в поперечнике.

В составе глины главную роль играют каолинит, монтмориллонит, гидрослюды, шпаты, известняки, мраморы. По преобладанию глинистого минерала выделяют минеральные типы глин: каолинитовые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые и др.

К минералам каолинитовой группы относятся каолинит AL2Si2Os(OH4) и галлуазит АЬ28і2Ол(ОН4) х 2Н?0, а также некоторые другие минералы. Каолинитовые глины содержат примерно 20-25% илистых частиц (меньше 0,001 мм), из них 5-10% частиц коллоидных размеров (меньше 0,25 микрона). Минералы этой группы довольно часто встречаются во многих типах глин. Такие глины имеют сравнительно небольшую на-бухаемость и липкость.

Бентониты - осадочные породы, состоящие из минералов группы монтмориллонита. Эти минералы имеют слоистую кристаллическую структуру как у графита или талька, т. е. состоят из тончайших чешуек, способных при механическом воздействии на них скользить друг по другу. Поэтому эти минералы на ощупь кажутся жирными. Между чешуйками имеются полости, в которые легко проникают молекулы воды. Благодаря этому бентонитовые глины сильно набухают в воде и образуют пластичное тесто.

Из минералов монтмориллонитовой группы в глинах наиболее распространены монтмориллонит AL2Si40|9(OH2) х пН20, бейделлит ALoSbOyfOH?) х пН20, нонтронит Fe2Si4 0|о(ОНз) х пН20. Монтморри-лонитовые глины обладают, в отличие от каолинито-вых, высокой набухаемостью, липкостью и связностью.

Для них весьма характерным признаком является высокая степень дисперсности (до 80% частиц меньше 0,001 мм, из которых 40-45% меньше 0,25 микрона).

Среди глинистых минералов большое место принадлежит минералам группы гидрослюд. В эту группу ВХОДЯТ гидромусковит (иллит) KAb[(Si, Al)4O|0](OH)2 х пН,0, гидробиотит K(Mg, Fe)3[(Al, Si)40io](OH)2 х пН20 и вермикулит (Mg, Fe++, Fe+++)2[(Al, Si)4O|0](OH)2 х nH20.

Кроме глинистых материалов все глины содержат то или иное количество примесей, которые сильно влияют на свойства глин.

Кварц - один из самых распространенных на Земле минералов, состоящий из одной лишь двуокиси кремния - кремнезема (Si02).

Полевой шпат - минерал, в котором наряду с кремнеземом обязательно присутствует глинозем - окись алюминия (А120з), а также окись одного из металлов типа натрия, калия, кальция.

Слюда очень легко расщепляется на тончайшие прозрачные пластинки. Слюда содержат кремнезем, глинозем и (часто) соединения железа, натрия, магния.

Чаще всего эти минералы-примеси и составляют присутствующий в глине песок. Реже в глине встречаются зерна известняка, гипса, других пород и минералов.

Разные минералы по-разному влияют на свойства глины. Так, кварц снижает ее пластичность, но повышает прочность.

Кристаллическая решетка глины

Глинистые минералы различаются по структуре. Такие важные свойства глины, как растворимость, летучесть, вязкость и другие свойства, характеризующие устойчивость соединения, обусловлены энергией кристаллической решетки. Глина относится к кристаллическим твердым телам, т. е. она имеет четкую внутреннюю структуру, обусловленную правильным расположением частиц в строго определенном периодически повторяющемся порядке. Частицы в кристаллах (атомы, молекулы или ионы) располагаются закономерно, образуя так называемую пространственную решетку кристалла.

Кристаллическая решетка различных глинистых минералов построена из одних й тех же элементарных структурных единиц, состоящих из атомов кремния и кислорода, а также из атомов алюминия, кислорода и водорода. В состав глинистых минералов могут также входить Fe, Mg, К, Ми и другие. Глинистые минералы имеют слоистое строение и относятся к слоистым силикатам. Слои глинистых минералов состоят из сочетания кремнекислородных и кислород-гидроксиалю-миниевых соединений.

Элементарной ячейкой кремне кислородного соединения является тетраэдр, четыре вершины которого заняты анионами 02", а в центре этого тетраэдра находится более мелкий катион Si.

Тетраэдр (SiC>4)4 является основной структурной единицей не только глинистых минералов, но и всех существующих в природе соединений кремния с кислородом (А. И. Болдырев, 1974).

Избыток отрицательных зарядов этой элементарной ячейки может быть нейтрализован присоединением каких-либо катионов или соединением нескольких тетраэдров через вершины, когда кислородный ион оказывается одновременно связанным с двумя ионами кремния. Для глины наиболее типичным являются такие соединения, в которых кремнекислородные тетраэдры соединены в слои (или листы) циклической структуры. В таком слое на каждые два иона кремния приходится пять ионов кислорода, что соответствует формуле (Si20s)2

Кремнекислородные тетраэдрические слои могут соединяться со слоем кислород — алюмогидроксильных атомов, которые образуют октаэдры. В них ион алюминия окружен атомами кислорода и гидроксид-ионами. Алюмогидроксильные октаэдры соединяются так же, как и кремнекислородные тетраэдры, - в октаэдрические сетки или слои. Они могут быть построены по аналогии с минералом гиббситом А1(ОН)з или бруситом Mg(OH)2.

Кремнекислородные и кислород-гидроксид-алюми-ниевые сетки образуют так называемые тетраэдро-окта-эдрические слои и пакеты. При соединении тетраэдри-ческого и октаэдрического слоев ионы 0?’ тетраэдриче-ского слоя, расположенные на вершинах тетраэдров, становятся общими для обоих слоев, т. е. ионы 0?" будут служить своеобразными «мостиками» между ионами Si4~ одного слоя и ионами АЬз+ другого слоя. Такая структура наиболее устойчива, так как количество положительных зарядов Si4+ и АЦ+ в этой структуре равно количеству отрицательных зарядов 0?" и ОН".

Минералы группы каолинита имеют двухслойную фисталлическую решетку, пакеты которой образованы из двух связанных через общие атомы кислорода слоев: слоя кремнекислородных тетраэдров и алюмо-гидроксильного слоя, имеющего диоктаэдрическое строение. Такие двухслойные пакеты чередуются в кристалле с промежутками, придавая ему пластинчатое строение. Каолинит не способен впитывать воду в межпакетные пространства и поэтому не обладает способностью к набуханию.

Минералы монтмориллонитовой группы по своим кристаллохимическим свойствам разделяются на две группы:

Диоктаэдрические (монтмориллонит, нонтронит, бейделлит);

Триоктаэдрические (сапонит, гекторит).

Монтмориллонит относится к трехслойным минералам. Его пакеты состоят из октаэдрического слоя (ди-октаэдрического строения), который заключен между двумя тетраэдрическими слоями.

Состав этих слоев вследствие изоморфных замещений не постоянен. Кремний тетраэдров также может быть частично замещен на алюминий и железо, а в октаэдрах, кроме ионов алюминия, могут находиться ионы магния. В отличие от каолинита, межпакетные расстояния монтмориллонита могут изменяться. Эти расстояния изменяются в зависимости от количества воды, находящейся между пакетами. В силу этого монтмориллонит обладает большой способностью к набуханию.

Минералы группы гидрослюд включают гидромусковит (иллит), гидробиотит, вермикулит и другие гид-ратизированные разновидности слюд. Способность поглощения у гидрослюд в несколько раз выше, чем у каолинита, но в 2-3 раза меньше, чем у монтмориллонита.

Структура иллита подобна структуре монтмориллонита, с той лишь разницей, что в его кристаллической решетке имеются многочисленные изоморфные замещения. Так, ион А1з+ в октаэдрических слоях замещен на ион Fe3+ и ион Mg?+, причем два иона алюминия замещаются тремя ионами магния с замещением октаэдрических пустот. В иллите нередко два иона алюминия в октаэдрах замещаются на два иона магния, при этом избыточные отрицательные заряды компенсируются ионами калия, которые размещаются в межпакетных промежутках.

Алюмосиликаты - цеолиты - имеют «молекулярные сита», используемые в качестве катализаторов в нефтехимической промышленности для получения высокооктановых бензинов. Цеолиты являются наилучшими адсорбентами для радиоактивных отходов атомных электростанций. Они прекрасно себя зарекомендовали при выведении радионуклидов из организма «ликвидаторов», а также сельскохозяйственных животных, обитающих на зараженной территории. Цеолиты жизненно необходимы животным. Наевшись вдоволь природных цеолитовА животные здоровели: лучше прибавляли в массе, а среди телят уменьшался падеж. Объясняется это тем, что цеолиты способны поглощать вредные вещества и поставлять в организм недостающие ему компоненты.

Важнейшие физико-химические и водно-физические свойства глины - емкость поглощения, гидро-фильность, связность, липкость, реакция среды - находятся в прямой зависимости от минералогического состава.

Свободная и связанная вода в глине

Молекулы воды сами по себе нейтральны. Однако стоит только поместить дипольные молекулы воды во внешнее электрическое поле, как тотчас начнет проявляться дипольный характер этих молекул.

Гидратация гидрофильных коллоидов также обусловливается электростатическими силами, т. е. за счет электрических зарядов, возникающих вследствие ионизации. На поверхности коллоидных частиц гли ны образуются оболочки, состоящие из диполей воды, ориентированных в зависимости от вида заряда своим положительным или отрицательным концом.

Таким образом, в гидрофильных коллоидах, т. е. в растворах глины, какая-то часть воды оказывается прочно связанной с коллоидными частицами, другая же часть играет роль среды, в которой находятся коллоидные мицеллы.

Свойства связанной воды резко отличаются от свойств свободной воды. По степени упорядоченности структуры связанная вода приближается к свойствам твердого тела и имеет большую плотность по сравнению с водой свободной. Гидратационные оболочки высокомолекулярных соединение не обладают растворяющими свойствами, поэтому высокомолекулярное вещество растворяется только в свободной воде. Связанная вода при охлаждении раствора глины не замерзает, тогда как свободная вода подвержена замерзанию.

Обмен веществ в глине

Часто глины находятся под слоем песка, почвы. При вымывании из почвы минеральных веществ и органических остатков они попадают на глиняную подложку. Наиболее интенсивное проникновение их происходит в верхнем слое глины толщиной 10- 15 см. В Оренбургской области разведано и используется месторождение миоценовой подугольной глины (Н. П. Торопова и соавторы, 2000).

Глина является превосходным «обменным пунктом» ионов минеральных вод. В то же время на состав глины большое влияние оказывают природные минеральные воды. Так, если сульфатно-кальциевые (или магниевые) подземные воды мигрируют среди глинистых пород морского происхождения, обычно содержащих обменный натрий, то протекают реакции:

глина = 2Na+ + Са++ + SO4 <-»2Na+ + SO4 + глина = Са++

глина = 2Na+ + Mg++ + SO4 <-> 2Na+ + SO4 + глина = Mg++

Символом «глина=Са++» обозначена глина, содержащая обменный кальций (или другой обменный катион). Так происходит обмен катионов, количество аниона (SO4 ~) при этом не меняется.

Постепенно весь обменный натрий переходит из глин в раствор. Воды из сульфатных кальциевых (магниевых) превращаются в сульфатные натриевые, а поглощающий комплекс из типичного морского - натриевого становится типично континентальным - кальциево­магниевым (А. И. Перельман, 1982).

В глинистой фракции почв и пород содержатся две категории ионов: одни легко переходят в раствор и способны участвовать в реакциях - это обменные катионы и анионы; другие прочно закреплены в узлах кристаллических решеток и могут переходить в раствор лишь в результате разрушения минералов в ходе длительных процессов выветривания.

Примеси, входящие в глину, определяют ее цвет, консистенцию, особую пластичность или каменную твердость. Различают до 40 видов глин, использующихся в фаянсовой и фарфоровой промышленности, фармакологии, строительстве, парфюмерии (основная часть пудры), химии, в пищевой промышленности. Глина бывает белая, голубая, серая, красная, коричневая, зеленая, черная. Иногда встречаются глины шоколадного или грязно-черного цвета.

Цвета глины определяются большим количеством присутствующих в них солей:

Красный цвет - калий, железо;

Зеленоватый - медь, двухвалентное железо;

Голубой - кобальт, кадмий;

Темно-коричневый и черный - углерод, железо;

Желтый - натрий, трехвалентное железо, сера и ее соли.

Наиболее активной считается голубая, зеленая и черная глина. Хорошо изучен каолинит - основа для фарфоровых изделий, он белый. Огнеупорные глины в основном каолиновые, они пластичны, но в них мало железа.

Пигменты - это неорганические соединения, которые окрашивают глину и глазурь. Пигменты можно разделить на две группы: оксиды и красящие вещества. Оксиды - основной материал естественного происхождения, который образуется среди пород земной коры, очищается и распыляется. Чаще всего используются: медный оксид, который в окислительной среде обжига принимает зеленый цвет; оксид кобальта, образующий голубые тона; оксид железа, дающий в смеси с глазурью голубые тона, а в смеси с глиной -ангобы земляных тонов. Оксид хрома придает глине оливково-зеленый цвет, оксид магния - коричневый и пурпурный, оксид никеля - серовато-зеленые тона. Все эти оксиды можно смешивать с глиной в пропорции 0,5-6%. Если превысить их процентное содержание, то оксид будет действовать как флюс, пони жая температуру плавления глины. При окраске изделий температура не должна превышать 1020 °С, иначе обжиг не даст результата. Вторая группа - красящие вещества. Их получают промышленным способом или путем механической обработки природных материалов, которые представляют полную гамму красок. Красящие вещества смешиваются с глиной в пропорции 5-20%, отчего зависит светлый или темный тон материала. Все специализированные магазины имеют в ассортименте пигменты и красящие вещества как для глины, так и для ангобов.

Приготовление керамической массы требует большого внимания. Ее можно составить двумя способами, которые дают совершенно разные результаты. Более логичный и надежный путь: вносить красящие вещества под давлением. Более простой и, разумеется, менее надежный метод: подмешивать красители в глину рукой. Второй способ применяется, если нет точных представлений об окончательных результатах окраски или же есть необходимость повторить какие-то определенные цвета.

использованы материалы:

Долорс Росс. Керамика: техника. Приёмы. Изделия./Пер. с нем. Ю.О. Бем. - М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2003.