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