Минералы, их свойства, состав и классификация

Минералы, их свойства, состав и классификация

Верхние слои земной коры принято называть грунтами. С инженерно-строительной точки зрения грунты рассматриваются как основания для различных сооружений, а в случаях их пригодности и как строительные материалы для различных видов строительства, в том числе и для балластного слоя железнодорожного пути.

Грунты состоят из различных минералов, подробное описание которых для строителей железных дорог приведено в труде проф. Б. М. Гуменского.

Соединения одного или нескольких твердых минералов называются горными породами. Грунты представляют собой сохранившиеся горные породы или продукты их разрушения.

Твердые минералы в большинстве случаев являются кристаллическими веществами, особенностью которых я&зяется анизотропность, т. е. неодинаковые физические свойства по различным направлениям.

Горные породы подразделяются по происхождению и по количеству составляющих их минералов 121.

По происхождению, т. е. по начальной стадии их образования, горные породы подразделяются на три группы:

1. Магматические, или изверженные, породы, образовавшиеся в результате внедрения расплавленной магмы из глубоких областей земли в верхние слои ее земной коры или же ее излияния на поверхность при извержении вулканов.

2. Осадочные породы, образовавшиеся в результате выветривания, переноса и отложения продуктов разрушения горных пород в водных бассейнах или на поверхности земли.

3. Измененные, или метаморфические, породы, образовавшиеся под влиянием высокой температуры, огромного давления, паров воды и газов магмы.
Горные породы по количеству составляющих их минералов подразделяются на породы простые, состоящие из одного минерала, и сложные, состоящие нз нескольких минералов.

Минералы обладают различными физическими свойствами, которые позволяют отличать их один от другого.

К физическим свойствам минералов относятся: цвет, прозрачность, блеск, спайность и твердость.

По цвету все минералы условно делят на темные, к которым относят минералы темно-серого, темно-зеленого, черного и т. п. цветов, и светлые, к которым относят минералы светло-серого, розового, красноватого н т. п. цветов.

Прозрачность — свойство пропускать сквозь себя свет. По прозрачности все минералы делятся на прозрачные, полупрозрачные и непрозрачные.

Блеск — отражение света минералом. У минералов различают следующие виды блеска: алмазный — сильно искрящийся, стеклянный, подобный блеску поверхности стекла; металлический — похожий на блеск поверхности свежего излома металла; металловидный — то же, что и металлический, но как у потускневшего металла; жирный — похожий на блеск поверхности, смазанной жиром; восковой — похожий на бтеск поверхности, смазанной воском; шелковистый — мерцающий; матовый — у минералов, не имеющих блеска.

Спайность — способность минералов при ударе раскалываться по строго определенным направлениям. По спайности минералы разделяются на четыре группы:

а) минералы с весьма совершенной спайностью, при которой они расщепляются на тонкие листочки;

б) минералы с совершенной спайностью, при которой после удара молотком у них образуются выколы по спайности;

в) минералы с несовершенной спайностью, при которой спайность обнаруживается с трудом на обломках минералов;

г) минералы, у которых спайность отсутствует и раскол происходит по различиим направлениям и плоскостям.

В местах изломов образуются неровные и искривленные поверхности и трещины, не приуроченные к определенным направлениям спайности. При этом различают следующие пять видов изломов:

раковистый, при котором поверхность излома похожа на внутренние поверхности раковин;

занозистый, когда на поверхности излома имеются занозы, ориентированные в одном направлении;

землистый, когда поверхность излома шероховатая и крошится на мелкие землистые частицы;

Для сравнения минералов по твердости пользуются специальной шкалой Мооса нз десяти минералов, в которой твердость минералов возрастает с увеличением балла твердости. Так, например, у гипса балл по твердости 2, а у полевого шпата и кварца он равен 6—7. Самый наибольший балл у алмаза, равный 10.

Физические свойства минералов — цвет, прозрачность и блеск — при назначении горных пород для балластных материалов не имеют решающего значения и практически не учитываются, за исключением тех случаев, когда требуется установить наличие в горной породе минералов, вредных для балластного слоя, как, например, пирита, опала и др.

При определении пригодности горных пород для применения в качестве балластных материалов спайность у минералов специально не определяется, а делается это в исключительных случаях для суждения об образовании лещадок в балластных материалах при разработке горных пород.

Твердость является основным показателем при решении вопросов о пригодности той или иной горной породы для использования в качестве балластного материала. Однако твердость в таких случаях определяют не по шкале Мооса, а испытанием образцов горной породы на специальных приборах.

Для нормальной работы электрифицированных участков железных дорог и оборудованных автоблокировкой весьма важно обеспечить установленные нормы изоляции рельсовых цепей. Поэтому во всех сомнительных случаях необходима проверка магнитных свойств горных пород, предназначаемых для использования в качестве балластных материалов.

По химическому составу минералы, содержащиеся в горных породах, подразделяются на пять основных классов:

1) самородные элементы, состоящие из одного какого-нибудь химического элемента (алмаз, золото, сера и т. д.);

2) сернистые соединения, представляющие собой соединения металлов с серой;

3) окислы кремния и металлов;

4) соли кислородных кислот, объединяющие в себе ряд групп минералов: соли угольной кислоты — карбонаты; соли серной кислоты — сульфаты; соли фосфорной кислоты —фосфаты; соли кремневых кислот — силикаты и соли кремнеглиноземных кислот — алюмосиликаты;

5) галоидные соединения, к которым относится галит (каменная соль).

Для материалов балластного слоя используются только некоторые минералы из 3-го и 4-го классов.

Из окислов кремния главным представителем является минерал кварц. Кварц встречается в виде полупрозрачных или непрозрачных зерен. Цвет его различный в зависимости от примесей — от светлого до темного. Кварц является минералом, стойким против выветривания. Твердость его равна 7. Кварц является составной частью многих горных пород, используемых для балластные материалов.

К скрытокрнсталлическим разностям кварца относятся кремни, представляющие собой натечные почковидные формы и желваки. Их составляющей является опал, и они в большинстве случаев загрязнены примесыо глины. Опал заполняет при натеках трещины и пустоты различных горных пород и затвердевает в виде плотных масс различной формы. Опал слагает целые пласты в осадочных горных породах в виде плотных или пористых масс различных цветов, называемых опоками, трепелами и др.

Опоки легко поддаются разрушению и дают много мелких частиц, загрязняющих балластный слой. Поэтому примесь их в балластных материалах даже в небольшом количестве является нежелательной.

Из карбонатов наиболее распространены кальцит, или известковый шпат, и доломит. Кальцит является составной частью осадочных пород — известняков.

К силикатам относится оливин (перидот), авгит (пироксен), роговая обманка и серпентин.

Оливин имеет оливково-зеленый цвет. Иногда он встречается желтого и бурого цвета, спайность у оливина несовершенная, твердость около 7.

Авгит имеет различные цвета: черный, зеленовато- и буроваточерный, желто-зеленый и бурый. Спайность у авгита совершенная, твердость 5—6.

Роговая обманка окрашена в зеленый или бурый цвет разных оттенков от темного до черного. Твердость роговой обманки около G, спайность совершенная.

Роговая обманка, составляющая изверженную породу, называется горн бленд нтом, а метаморфическую — амфиболитом.

Порода, состоящая из серпентина, называется змеевиком, или серпентинитом. К группе серпентина относятся эластичные волокнистые разности минерала, называемые асбестом и наблюдающиеся в виде прожилок в породе.

К алюмосиликатам относятся калиевые и извсстково-натр петые полевые шпаты. Главный представитель калиевых полевых шпатов — ортоклаз — является составной частью многих изверженных пород (гранитов, сиенитов), а также метаморфических пород (гнейсов).

Известково-натриевые полевые шпаты называются плагиоклазами, которые представляют собой смеси в различных соотношениях альбита и анортита.

В зависимости от соотношения альбита и анортита различают следующие плагиоклазы: кислые с преобладанием альбита, средние с примерно одинаковым содержанием альбита и анортита и основные с преобладанием анортита.

К алюмосиликатам относятся также фельдшпат иды, которые по химическому составу сходны с полевыми шпатами, но содержат меньше кремнекислоты. У этих минералов ортоклазу соответствует лейцит, а альбиту — нефелин. Лейцит — это бесцветный минерал, твердость которого 5—6, а спайность отсутствует. Нефелин — минерал серонато-белого или серого цвета с различными оттенками. Твердость его 5—6, спайность несовершенная.

По данным В. И. Вернадского, преобладающими элементами земной оболочки и литосферы—земной коры являются девять элементов 131. Распространенность этих элементов весьма неодинакова; около трех четвертей составляют в сумме кислород и кремний, около 12% приходится в сумме на алюминий и железо, около 10% на кальций, натрий, калий и магний и, наконец, 1 % по весу составляет водород.

Это указывает на то, что в составе земной коры преобладающее значение имеют соли кислородных кислот и окислы кремния.

ровный — при наличии ровной поверхности излома;

зернистый — при зернистой поверхности излома.

Твердость определяется по способности одного минерала царапать другой.

Admin добавил 26.10.2014 в 22:59
Вы можете дополнить или изменить данную статью, нажав кнопку Редактор