Рефераты. Искусственные минералы






Искусственные минералы

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.

Страницы: 1, 2



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.