Az ásványok fizikai tulajdonságainak leírása. Az ásványok alapvető tulajdonságai

Egy helyiség felújítása vagy építése során számos vitás kérdéssel kell megküzdenie. Az egyik legfontosabb az építőanyagok kiválasztása. Értékelnie kell preferenciája előnyeit és hátrányait, össze kell hasonlítania az analógokkal, és méltó döntést kell hoznia. Az ásványgyapot szigetelő- és hangszigetelő anyagként óriási népszerűségre tett szert az építők körében.

A falszigetelés gazdaságos fűtést, gombamentességet, penésztől és nedvességtől való megmentést jelent. A nyári hónapokban a jó szigetelés megakadályozza a falak túlmelegedését és fenntartja a kellemes szobahőmérsékletet.

Mi az ásványgyapot?

Az ásványgyapot természetes, nem éghető anyagokból készült gazdaságos szigetelés. Előállítása úgy történik, hogy a bazaltszálat és a kohászati ​​salakot magas hőmérsékletnek teszik ki. Jó tűzoltó tulajdonságokkal rendelkezik, ami különösen fontos kályhafűtésű házak építésénél és veszélyes iparágakban.

Hatály

    homlokzatok és padlások szigetelése;

    belső falszigetelés;

    forró szerkezetek szigetelése a gyártásban;

    fűtési rendszerben, csővezetékek építésénél, lapostetők építésénél.

Ilyen széles körű felhasználás az ásványgyapot különféle műszaki jellemzői miatt lehetséges. Számos fajtája van, amelyek rostszerkezetében különböznek. Mindegyik típust megkülönbözteti hővezető képessége és nedvességállósága.

Az ásványgyapot fajtái

Üveggyapot

Törött üvegből és kisméretű kristályos anyagokból nyerik. Az üvegszál jó hővezetési együtthatóval rendelkezik - 0,030-0,052 W/m·K. Rostjainak hossza 15-55 mm, vastagsága 5-15 mikron. Az üveggyapottal végzett munka rendkívüli körültekintést igényel. Tulajdonságainál fogva szúrós, a megszakadt szálak behatolhatnak a szemébe és károsíthatják a bőrt. Ezért az anyaggal való munkához kesztyű, védőszemüveg és légzőkészülék szükséges. Az üveggyapotot optimális 450 fokra melegíteni, 60 fok alá ne hűtsük. Az üveggyapot pozitív tulajdonságai a jó szilárdság és rugalmasság, a könnyű telepítés és a vághatóság.

Salak

Ennek a terméknek a kohósalakból készült szálai körülbelül 16 mm hosszúak. Ennek az alapanyagnak a nagy higroszkópossága nem teszi lehetővé a salakgyapot használatát a homlokzatok és a fűtővezetékek szigetelésében. Leggyakrabban nem lakóépületek szigetelésére használják. Fűtési hőmérséklet 250-300 fok. Ezekben és más tulajdonságokban rosszabb, mint más típusú ásványgyapot. Fő előnye az alacsony ár, az egyszerű telepítés és a megbízható hangszigetelés.

Kőgyapot

Ez a legjobb minőségű ásványgyapot típus. Lapjai mérete nem alacsonyabb a salakrostnál. De nem szúrós, nagyon könnyen használható. Meglehetősen magas hővezetési együtthatója van, ez a szál 1000-1500 fokra melegíthető. A megengedett fok fölé hevítve nem ég meg, csak megolvad. Amikor a házak szigetelésére szolgáló modern anyagokról beszélünk, pontosan ezt a fajta gyapjút értjük - bazaltnak is nevezik.

Belső falszigetelés

A bazaltgyapot előállítása és tulajdonságai

Egy kis történelem:

Először fedeztek fel vékony vulkáni kőzetszálakat Hawaiin. A vulkánkitörés után a tudósok érdekes leletekre figyeltek fel. A forró láva felszállt, a szél pedig vékony szálakká húzta a sziklákat, amelyek megszilárdultak és a modern ásványgyapothoz hasonló csomókká változtak.

Bazalt szigetelés gyártása

A meglehetősen magas hőmérsékleten végzett hőkezelésnek köszönhetően a kőzetanyagok rostos anyagokká alakulnak. Ezt követően kötőkomponenseket adunk hozzájuk és nyomás alá helyezzük. Ezután a szál belép a polimerizációs kamrába, ahol szilárd termékké alakul.

A bazaltszigetelés nagy sűrűségű lehet, ami további merevséget és jó terhelésállóságot biztosít a terméknek. A porózus szerkezet segít elnyelni az ütközési zajt. A gyártási folyamat során különféle szerkezetű vatta nyerhető. A rugalmasabb a csővezetékekben, a félmerev házak szigetelésére szolgál, a merev szerkezet pedig nélkülözhetetlen a gyártásban.

A bazalt ásványgyapot tulajdonságai:

    hangszigetelés;

    magas hőszigetelés;

    biztonság;

    nedvességállóság;

    tartósság;

    abszolút nem gyúlékony.

A bazaltszálat tekercsekben és lapokban állítják elő. Nagyon könnyű és könnyen vágható.

Jegyzet!

A közelmúltban a fólia típusú termék nagyon népszerűvé vált az építők körében. A fóliának köszönhetően fokozott hőmegtakarítás érhető el. Bármilyen felület szigetelésére alkalmas, szellőztető- és hűtőrendszerekhez ez az anyag.

Bélyegek

Gyári körülmények között változó sűrűségű terméket kaphat. Ezzel a tulajdonsággal több ásványgyapot márka különböztethető meg.

P-75 márka

Sűrűsége 75 kg köbméterenként. Kis sűrűségű terméket használnak ott, ahol nincs szükség nagy terhelésnek ellenállni. Például egyes tetők és padlásterek szigetelésére. Ezt a márkájú gyapjút csövek fűtésére is használják.

Tetőtér szigetelési séma

P-125 márka

Köbméterenként 125 kg-os sűrűségével padló és belső falak szigetelésére alkalmas. Anyaga jó zajvédelemmel rendelkezik, így ideális ásványgyapot hangszigetelésre.

Márka PZh-175

Nagy sűrűségű és jó merevségű anyag. Nélkülözhetetlen ott, ahol vasbeton vagy fém padlók szigetelésére van szükség.

PPZh márka - 200

Ennek van a legnagyobb merevsége, amint azt a jelzett rövidítés is jelzi. Csakúgy, mint a PZh-175, fémlemezből készült falak hőszigetelésére használják. De ezen kívül ezt a márkát akkor kell használni, ha nagyobb a tűzveszély valószínűsége.

Homlokzati ásványgyapot

Leggyakrabban ásványgyapotot használnak a homlokzatok szigetelésére. A bazaltszál összes fenti tulajdonsága jelentősen felülmúlja ugyanazt a polisztirolhabot. Ez az anyag nem könnyen tartja meg a hőt, hanem segíti a levegő behatolását a falakon. Különös figyelmet kell fordítani a termék kiválasztására és a szerkezetek telepítésére.

Homlokzati szigetelés

Fontos: Jobb, ha a termékeket lapok formájában vásárolja meg, ami nagyban leegyszerűsíti a telepítést. Az anyag sűrűsége nem lehet kevesebb, mint 140 kg / köbméter. Maga a lemez szélessége 10 cm.

Ásványgyapot és egészségkárosodás

Azok a pesszimista vélemények, miszerint az ásványgyapot használata súlyos egészségkárosodást okoz, az ásványgyapot elmúlt generációinak műszaki jellemzőin alapulnak. Valójában az üveggyapottal végzett állandó munka nagyon veszélyes volt a tüdőre. Ma ezeket a termékeket nagyon ritkán használják. A modern bazaltszálat kiváló minőségű alapanyagokból állítják elő, nagy figyelmet fordítva a technológiai folyamatra. Ha minden egészségügyi szabványt betartanak, a káros anyagok - fenol és formaldehid - megkötése gyakorlatilag elveszíti negatív tulajdonságait a környezetre nézve.

Annak érdekében, hogy megbizonyosodjon az anyag biztonságáról, figyelmet kell fordítania a gyártó kiválasztására. Ha a kőgyapotot földalatti szervezetek bányásznak, a GOST-ok és a szükséges műszaki feltételek betartása nélkül, akkor nincs garancia arra, hogy a fenol hatása nem befolyásolja mások egészségét.

Az ásványi töltőanyagok, mint a kalcium-karbonát, talkum, szilícium-dioxid nagyon elterjedtek a polimeriparban. Gyakran 6-15 cent/lb költséggel helyettesítik a lényegesen drágább polimereket, növelik a töltött termék merevségét és nagyobb tűzállóságot biztosítanak a polimernek. A műanyag töltőanyagok globális piacát a korom (korom) és a kalcium-karbonát uralja. Az Amerikában és Európában található körülbelül 15 milliárd fontnyi töltőanyag körülbelül fele elasztomerben, egyharmada hőre lágyuló műanyagban, a többi pedig hőre keményedő anyagban van. Az összes gyártott műanyag körülbelül 15%-a tartalmaz töltőanyagot.

A költségeken kívül az ásványi töltőanyagok alábbi tulajdonságait általában figyelembe kell venni (vagy figyelembe kell venni), ha kompozit anyagokban töltőanyagként használják (a tulajdonságok nincsenek sorrendben megadva):

Kémiai összetétel;

Forma tényező;

Sűrűség (fajsúly);

Részecske méret;

Részecske alakja;

Részecskeméret-eloszlása;

Részecskefelület;

Az olaj felszívódásának képessége;

Tűzálló tulajdonságok;

A kompozit anyag mechanikai tulajdonságaira gyakorolt ​​hatás;

Az olvadék viszkozitására gyakorolt ​​hatás;

Befolyás az olvadékzsugorodásra;

Termikus tulajdonságok;

Szín, optikai tulajdonságok;

Hatás a polimerek és kompozitok fakulására és tartósságára;

Egészségre és biztonságra gyakorolt ​​hatás.

Adjunk néhány előzetes általános leírást, amelyeket az alábbiakban részletezünk az ásványi (és vegyes) töltőanyagok konkrét példái segítségével.

Az ásványi töltőanyagok általános tulajdonságai

Kémiai összetétel

A segédanyagok lehetnek szervetlenek, szervesek vagy vegyesek, például Biodac, a fent leírtak szerint. A Biodac cellulózrost, kalcium-karbonát és kaolin (agyag) granulált keveréke. Tipikus szervetlen töltőanyagok lehetnek egyszerű sók, például kalcium-karbonát (CaCO 3 ) vagy wollastonit (CaSiO 3 ), pontos kémiai szerkezettel; összetett szervetlen anyagok, például talkum [hidratált magnézium-szilikát, Mg3Si4010(OH)2] vagy kaolin (hidratált alumínium-szilikát, Al 2O 3-2SiO 2-2H 2O); vagy lehetnek bizonytalan vagy változó összetételű vegyületek, például csillám, agyag és pernye. Ez utóbbi alumínium-szilikátnak tekinthető, egyéb elemek zárványaival.

Alaktényező

Ez a részecske hosszának és átmérőjének aránya. Gömb alakú vagy köbös részecskék esetében az alaktényező egyenlő az egységgel. A kalcium-karbonát részecskék alaktényezője általában 1-3. A talkum alaktényezője általában 5-20 tartományba esik. Az őrölt üvegszál esetében 3 és 25 között mozog. Csillám esetében - 10-70. A wollastonitnál 4 és 70 között van az értéke. A vágott üvegszálnál 250 és 800 között van. Természetes szálaknál, például cellulóznál az alaktényező 20-80-tól több ezerig terjedhet. Az alacsony alaktényező kisebb, mint 10. A felsorolt ​​értékek azonban a nem keverőben és/vagy extruderben feldolgozott töltőanyagokra vonatkoznak. A feldolgozás után az alaktényező több tucatról és százról 3-10-re csökkenhet.

Sűrűség (fajsúly)

Bár az ásványi töltőanyagok fajsúlya széles tartományban változhat, a WPC-ben használt (vagy valószínűleg használni kell) töltőanyagok fajsúlya mind magas, 2,1-2,2 (pernye) és 2,6-3,0 g körüli. /cm 3 (kalcium-karbonát, talkum, kaolin, csillám, agyag). A Biodac, a kalcium-karbonát szemcsés keveréke kaolinnal és cellulózrosttal, fajsúlya 1,58 g/cm 3 .

Az 1. táblázat bemutatja, hogy az ásványi töltőanyagok hogyan befolyásolják a töltött polimerek sűrűségét a farosthoz képest.

1. táblázat A töltőanyagok fajsúlyának hatása a töltött polimer sűrűségére. A cellulózrostok (faliszt, rizshéj) fajsúlya általában 1,3 g/cm 3; A kalcium-karbonát és a talkum sűrűsége általában 2,8 g/cm3


* A töltött polipropilénre vonatkozó megfelelő kísérleti adatok a következők: 20% cellulózszálakkal, 0,98-1,00 g/cm3; 40% cellulózrosttal, 1,08-1,10 g/cm3; 40%-os kalcium-karbonáttal vagy talkummal, 1,23-1,24 g/cm3.

Látható, hogy a 20-40%-os ásványi töltőanyag jelenléte jelentősen megnöveli a töltött HDPE és polipropilén sűrűségét a cellulózszállal töltött polimerekhez képest.

Jegyzet. Ezeket a számításokat az alábbi példában látható módon lehet elvégezni. 20% kalcium-karbonáttal töltött HDPE esetén 100 g töltött polimer 20 g CaCO 3 -ot és 80 g polimert tartalmaz. A megfelelő térfogatarányok 20 g/2,8 g/cm3 = 7,1429 cm3 CaCO3 esetén és 80 g/0,96 g/cm3 = 83,3333 cm3 HDPE esetében. A töltött polimer teljes térfogata 7,1429 cm3 + 83,3333 cm3 = 90,4762 cm3. Mivel ennek a mintának a tömege 100 g, a töltött polimer fajsúlya 100 g/90,4762 cm 3 = 1,105 g/cm 3.

Jegyzet. Hogyan ne számítsuk ki egy kompozit anyag fajsúlyát. Gyakori hiba, hogy a számításoknál összekeverik a térfogat- és tömeghányadokat. Például a fenti esetben 20% kalcium-karbonáttal töltött HDPE esetén a kapott fajsúly ​​helytelen lenne: 0,2 x 2,8 g/cm 3 + 0,8 x 0,96 g/cm 3 = 1,328 g/cm 3 . A helyes válasz, mint tudjuk, 1,105 g/cm 3 (lásd fent). Hiba volt a 0,2 és 0,8 térfogatrészeket tömeghányadnak venni a kapott készítményben.

Részecske méret

A jelen tárgyalás céljaira a töltőanyagok durva részecskékre (nagyobb mint 0,1-0,3 mm, 20-150 mesh), nagy méretű részecskékre (kb. 0,1 mm vagy 100 µm, 150-200 mesh) közepes méretű részecskékre oszthatók. (körülbelül 10 µm, 250 mesh), kis részecskék (körülbelül 1 µm), finom részecskék (körülbelül 0,1 µm) és nanorészecskék (rétegzett - 1 nm vagy 0,001 µm vastagság és 200 nm vagy 0,2 µm hosszúság; interkalált - 30 nm , hossza 200 nm). A nanorészecskéket nem töltőanyagnak, hanem adalékanyagnak tekintik. Példák a fenti szemcseméretekre: Biodac (nagy részecskék), őrölt kalcium-karbonát (nagy szemcseméretű), agyag (közepes részecskeméretű), kicsapott CaCO 3 (kis szemcseméret), néhány speciális szilícium-dioxid (finom szemcseméretű), hámozott többrétegű részecskék szerves agyag. Ezeknek a töltőanyagoknak a költsége nagyon jelentősen megnő, ha a nagy és nagy részecskékről a kis és finom részecskék felé haladunk, és különösen a nanorészecskék esetében. Ezért csak a durva és nagyobb töltőanyag részecskék eredményezhetnek költségmegtakarítást a gyantacsere során, kivéve, ha a töltőanyagok valóban előnyös tulajdonságokat kölcsönöznek a kompozit anyagnak, ami indokolja a költségnövekedést.

Részecske alakja

Ez a jellemző részben, de nem teljesen összefügg a részecskeméretaránnyal. Ugyanazon 1,0-es oldalarány mellett a részecskék lehetnek gömb alakúak vagy köbösek, a gömb alakú részecskék (például korom, titán-dioxid, cink-oxid) pedig javítják a polimerek folyékonyságát és csökkentik az olvadékviszkozitást, és biztosítják az egyenletes feszültségeloszlást az edzett profilban , míg a köbös részecskék (kalcium-hidroxid) jó profilerősítést biztosítanak. A pelyhek (kaolin, csillám, talkum) elősegítik a polimerek orientációját. A kiterjesztett részecskék, mint a wollastonit, üvegszál és cellulózszál, faliszt (rost), csökkentik a zsugorodást és a hőtágulást-összehúzódást, és különösen erősítik a monolit anyagot.

Részecskeméret-eloszlása

A részecskék lehetnek monodiszperzek vagy meghatározott méreteloszlásúak – szélesek, keskenyek, bimodálisak stb. Előfordulhat, hogy az eloszlás nem homogén, és általában különböző méretű részecskék keveréke van. A részecskék keverékének ez a tulajdonsága nagymértékben függ a részecskék őrlésének és válogatásának (szitálásának) technológiájától. Az ásványi töltőanyag részecskék széles eloszlása ​​vagy bimodális eloszlása ​​előnyös lehet, mivel a részecskék jobb tömörítési sűrűségét biztosítják a mátrixban. A részecskeméret-eloszlás befolyásolhatja az olvadék viszkozitását.

A részecske felülete

Közvetlenül összefügg a felület „topográfiájával” és a töltőanyag porozitásával. Ezt négyzetméterben mérik a töltőanyag grammjára vonatkoztatva, és a m 2 /g frakcióktól a több száz m 2 /g-ig terjedhet. Például a wollastonit fajlagos felülete 0,4-5 m 2 /g, a szilícium-dioxid - 0,8-3,5 m 2 /g, a cellulózszál - körülbelül 1 m 2 /g, a talkum - 2,6-35 m 2 /g, kalcium-karbonát - 5-24 m 2 /g, kaolin - 8-65 m 2 /g, agyag - 18-30 m 2 /g, titán-dioxid - 7-162 m 2 /g, kicsapva szilícium-dioxid - 12-800 m 2 /g. A részecskék fajlagos felülete nagymértékben függ a terület mérési módszerétől. Minél kisebb a mérésekhez használt molekula, annál nagyobb az egy gramm anyagra jutó fajlagos felület. Ha azonban polimer olvadékkal keverjük össze, az ásványi töltőanyag kis molekuláris pórusmérete nem megfelelő. Ezzel szemben a nagy nyitott pórusok nemcsak adhéziós területet biztosítanak a polimer olvadék számára, hanem további fizikai kölcsönhatást is biztosítanak a töltőanyag és a polimer között, miután megszilárdult.

Ez a két tulajdonság kéz a kézben jár, és bizonyos mértékig a töltőanyag „higroszkóposságához” kapcsolódik. A nedvességtartalom azonban általában a töltőanyag egységnyi tömegére jutó víz tömegét (százalékát) tükrözi adott körülmények között (pl. szárítás után vagy alatt), míg a vízfelvevő képesség gyakran az elérhető maximális nedvességtartalomra vagy a látszólagos egyensúlyi állapot kialakulása utáni nedvességtartalomra utal. környezeti feltételek mellett érte el. A rizshéj nedvességtartalma a nyári hónapokban körülbelül 9,5 tömegszázalék lehet. A szárított rizshéj nedvességtartalma 0,2-0,5% lehet. A töltőanyag magas nedvességtartalma az összeállítási és extrudálási folyamat során gőz képződését okozza, ami a végső extrudált profil nagy porozitását (és alacsony sűrűségét) eredményezheti. Ez viszont csökkenti a szilárdságát és merevségét, valamint növeli az oxidáció sebességét az élettartam során, ezáltal csökkenti a tartósságot.

A töltőanyagok alacsony nedvességtartalmát általában kalcium-karbonátban és wollastonitban (0,01-0,5%), talkumban és alumínium-trihidrátban, csillámban (0,1-0,6%) figyelték meg. Mérsékelt nedvességtartalom figyelhető meg a titán-hidroxidban (akár 1,5%), az agyagban (akár 3%), a kaolinban (1-2%) és a Biodac-ban (2-3%). Magas nedvességtartalom gyakran megtalálható a cellulózrostban (5-10%), a falisztben (akár 12%) és a pernyeben (legfeljebb 20%). A Biodac a víz akár 120%-át is felszívja, ha közvetlenül érintkezik a felesleges vízzel.

Olajfelvevő képesség

Ez a tulajdonság hasznos lehet hidrofób polimereknél, például poliolefineknél, mivel a hidrofób töltőanyagok jó kölcsönhatást mutathatnak a mátrixszal. Ezenkívül a hidrofób töltőanyagok igen jelentős hatással lehetnek a mátrix viszkozitására, így annak reológiájára és folyékonyságára. A töltőanyagok általában sokkal nagyobb mennyiségben szívják fel az olajat, mint a víz. Kalcium-karbonát 13-21% olajat, alumínium-trihidrát 12-41% olajat, titán-dioxid 10-45%, wollastonit 19-47%, kaolin 27-48%, talkum 22-51%, csillám 65-72% és fa liszt 55-60%. A Biodac 150 tömeg% olajat szív fel.

Jellemzően, ha alacsony az olajfelvétel, a töltőanyag nem változtatja meg nagymértékben az olvadék viszkozitását. Emiatt az olajabszorpciós tesztet gyakran használják a töltőanyagoknak a töltött polimerek reológiai tulajdonságaira gyakorolt ​​hatásának jellemzésére.

Tűzállóság

Az „aktív” égésgátlók, mint például az alumínium-trihidrát vagy a magnézium-hidroxid, lehűtik az égési területet azáltal, hogy egy bizonyos hőmérséklet felett vizet bocsátanak ki. Számos közömbös töltőanyag, mint például a kalcium-karbonát, talkum, agyag, üvegszál stb., csak a lángterjedés "tüzelőanyagának megszüntetésével" vagy a hőleadás lelassításával késleltetheti a láng terjedését. Ezek azonban nem változtatják meg jelentősen a gyulladási hőmérsékletet. Inkább úgy hatnak, hogy az üzemanyagot szilárd (polimer) fázisban oldják. A kalcium-karbonát kb. 825 °C hőmérsékleten inert gázokat (szén-dioxidot) szabadít fel, ami túl magas ahhoz, hogy feloldja a gyúlékony gázfázist, ami jóval e hőmérséklet alatt meggyullad.

A kompozit anyag mechanikai tulajdonságaira gyakorolt ​​hatás

Az ásványi töltőanyagok általában javítják a töltött műanyagok és a WPC hajlítószilárdságát és hajlítási modulusát (2. táblázat), de a javulás mértéke a szilárdság és a hajlítási modulus tekintetében változik. A hajlítószilárdságra gyakorolt ​​hatás gyakran nem haladja meg a 10-20%-ot. A hajlítási modulusra gyakorolt ​​hatás akár 200-400% is lehet, és ez gyakran a töltőanyag szemcseméretétől és méretarányától függ. Minél nagyobb a töltőanyagtartalom és a méretarány, annál nagyobb a töltőanyag befolyása a hajlítási modulusra (bár ez nem mindig vonatkozik különösen a töltőanyagtartalomra).

A töltőanyagoknak a töltött polimerek szilárdságára gyakorolt ​​hatása alapján a töltőanyagok töltőanyagokra és erősítő töltőanyagokra oszthatók.

2. táblázat: Szervetlen töltőanyagok és faliszt hatása a polipropilén (homopolimer) hajlítószilárdságára és hajlítási modulusára


A töltőanyagok, mint például a faliszt, kalcium-karbonát, gyakran szinte változatlan szilárdságot tartanak fenn, általában a töltetlen polimer ±10%-án belül. Az erősítő töltőanyagokkal, mint például a nagy oldalarányú farost és üvegszál, a töltött polimer szilárdsága mindig megnő.

Így egyes ásványi töltőanyagok 30-45%-kal növelik a polipropilén hajlítószilárdságát, míg a faliszt ugyanazon polimer hajlítószilárdságát csak 7-10%-kal. A töltőanyagok hatása a műanyagok merevségére sokkal hangsúlyosabb, az ásványi töltőanyagok pedig akár 300%-kal növelik a polipropilén hajlítási modulusát, a faliszt pedig 150-250%-kal növeli ugyanazon polimer hajlítási modulusát.

A tiszta és töltött polipropilén szakítószilárdsága megközelítőleg azonos, vagy kissé csökken, ha a polimert faliszttel töltik meg (3. táblázat).

3. táblázat: Szervetlen töltőanyagok és farost hatása a polipropilén (homopolimer) szilárdságára és szakító modulusára

Az üvegszál akár 15%-kal növeli a polipropilén szakítószilárdságát; a talkum szinte semmilyen változást nem ad; A kalcium-karbonát és a faliszt 15-30%-kal csökkenti ugyanannak a polimernek a szakítószilárdságát. A húzórugalmassági modulushoz viszonyítva ennek növekedése akár 3,6-szeres volt (talkum, üvegszál) és 1,6-2,6-szoros (faliszt, kalcium-karbonát).

Nehéz kvantitatívan megjósolni, hogy a hajlítószilárdságot és a WPC modulust hogyan befolyásolja az ásványi töltőanyagok bevezetése, mivel a kenőanyagok tulajdonságai és mennyisége zavarhatja (4. táblázat).

táblázatban A 4. ábra azt mutatja, hogy bár a talkumtartalom növekedésével a szilárdság és a hajlítási modulus növekszik a faliszttel azonos tulajdonságokhoz képest, a kenés csökkenti a hatást.

4. táblázat: A talkum hatása faliszt-polipropilén kompozitok szilárdságára és hajlítási modulusára különböző mennyiségű kenőanyag jelenlétében (az adatokat a Luzenac America szolgáltatta)


Az olvadék viszkozitására gyakorolt ​​hatás

Ez függ a szemcsemérettől, a szemcse alakjától, a méretaránytól, a töltőanyag fajsúlyától és a töltőanyagok egyéb tulajdonságaitól. A következő példa a töltőanyagok ezen „általános” tulajdonságát szemlélteti. Ha a 16,5 g/10 perc olvadékáramlási sebességű polipropilént kis mennyiségű ásványi és cellulóz töltőanyaggal töltötték meg, az MFI (g/10 percben) a következő volt:

40% CaCO 3 15,1;

40% talkum 12,2;

40% üvegszál 9,6;

20% fa (fenyő) liszt 8,6;

40% faliszt 1.9.

Úgy tűnik, a faliszt sokkal nagyobb hatással van az olvadék viszkozitására, mint a szervetlen töltőanyagok.

Hatás a technológiai zsugorodásra

Nyilvánvalóan függ a töltőanyag-tartalomtól (tehát a polimertartalomtól) és a töltőanyagok azon képességétől, hogy megakadályozzák a polimer kristályosodását. Minél kisebb a krisztallitok a töltött polimerben, annál kisebb a zsugorodás. Minél kevesebb polimer van a töltött kompozitban, annál kisebb a zsugorodás. Azonos tartalommal a magképző hatású töltőanyagok kisebb technológiai zsugorodáshoz vezetnek. Például, ha az 1,91%-os technológiai zsugorodású polipropilént kis mennyiségű ásványi töltőanyaggal és cellulózrosttal töltötték meg, akkor a folyamatban bekövetkező zsugorodása a következőképpen alakult:

40% CaCO 3 1,34%;

20% fa - rost 0,94%;

40% talkum - 0,89%;

40% farost - 0,50%;

40% üvegszál -0,41%.

Látható, hogy minden töltőanyag csökkenti a folyamat zsugorodását, a faliszt jobb eredményeket mutat a kalcium-karbonáthoz és talkumhoz képest, de nagyobb zsugorodást az üvegszálhoz képest.

Termikus tulajdonságok

A szervetlen töltőanyagok hőtágulása-összehúzódása lényegesen kisebb, mint a polimereké. Ezért minél nagyobb a töltőanyag-tartalom, annál kisebb a kompozit anyag tágulási-sűrítési együtthatója. Számos szervetlen, nem fémes töltőanyag csökkenti a kompozit anyag hővezető képességét. Például az alumínium hővezető képességéhez (204 W/deg-K-m) képest a talkumnál 0,02, a titán-dioxidnál 0,065, az üvegszálnál 1 és a kalcium-karbonátnál 2-3. Ezért a nem fém ásványi töltőanyagok hőszigetelők, nem pedig hővezetők. A töltőanyagoknak ez a tulajdonsága befolyásolja a töltött polimerek és polimer alapú kompozit anyagok folyékonyságát az extrudálás során.

Szín: optikai tulajdonságok

A töltőanyagok színét magas tartalom esetén kell figyelembe venni, különösen akkor, ha világos színű profil készítése szükséges. A kompozit anyagok azonban általában elegendő színezéket tartalmaznak ahhoz, hogy megakadályozzák a töltőanyagok általi elszíneződést, kivéve a nagyon sötéteket, például a kormot. A töltőanyagok átlátszatlanságot kölcsönöznek a terméknek, ami nem fontos tényező a színes kompozit anyagoknál.

Hatás a polimerek és kompozitok fakulására és tartósságára

Az ásványi töltőanyagok gyakran tartalmaznak szennyeződéseket (például szabad fémeket), amelyek a töltött polimer termikus és/vagy fotooxidációjának katalizátorai. Ezt a témát részletesebben a 15. fejezet tárgyalja. Itt csak két példát mutatunk be a 76 és 80 tömeg%-os CaCO 3-mal töltött HDPE és polipropilén halványítására. töltőanyag, ill. A mátrix olvadékáramlási sebessége 1 g/10 perc. (HDPE) és 8 g/10 perc. (polipropilén). Mindkét töltött polimer hamvasztása 525 °C-on 76,0 ± 0,1% (HDPE-CaCO 3) és 79,9 ± 0,1% (PP-CaCO 3) hamutartalmat mutatott. 250 óra atmoszférikus kamrában (Q-SUN 3000, UV szűrő: nappali fény, UV érzékelő: 340, 0,35 W/m2, fekete lemez 63 °C, ASTM G155-97, ciklus 1: fény 1:42, fény + spray 0:18) halványulási együtthatója 83,7-ről 84,3-ra (ΔL = +0,6) [HDPE-CaCO 3 76%] és 85,6-ról 88,8-ra (ΔL = +3,2 ) [PP-CaCO 3 80%] nőtt. Mivel ebben a kísérletben a kalcium-karbonát azonos eredetű volt, a megnövekedett elszíneződés a polipropilén nagyobb hő- és/vagy fotooxidációra való érzékenységének tulajdonítható a felületi rétegben.

Egy másik példa itt, amely az ásványi töltőanyagok WPC oxidációra gyakorolt ​​hatását mutatja be (OI, azaz oxidatív indukciós idő alapján), a kísérleti GeoDeck teraszdeszkák tartóssága, amelyek a hagyományos összetétel mellett talkummal és csillámmal készültek. A hozzáadott antioxidánsok nélküli GeoDeck VOI értéke 0,50 perc volt. 3 és 10% talkum jelenlétében a VOI-érték 0,51, illetve 0,46 perc volt. 12,5 és 28,5% csillám jelenlétében a VOI értékek 0,17 és 0,15 percek voltak. Ez azt jelenti, hogy az utolsó két példában a csillám valójában megszüntette a kompozit anyag oxidációval szembeni ellenállását (bár nagyon alacsony).

Egészség és biztonság

Egyes töltőanyagok veszélyes anyagok, és különleges kezelést és újrahasznosítást igényelnek. Az alábbiakban felsorolunk néhány kompozit anyagokban használt vagy könnyen használható töltőanyagot, az iparban elfogadott főbb paraméterek szerint osztályozva. Az indexek jelentése: nincs veszély, 0; enyhe veszély, 1; közepes, 2; komoly, 3; rendkívüli veszély, 4. Tárolási kódok: általános, narancssárga; különleges, kék; veszélyes, piros.

Egészség: pernye és faliszt, nem osztályozva; kalcium-karbonát, kaolin, 0; alumínium-hidroxid, agyag, üvegszál, magnézium-hidroxid, csillám, kvarc, talkum, wollastonit, 1.

Gyúlékonyság:

Reakcióképesség: pernye és faliszt, nem osztályozva; az összes többi fent felsorolt ​​értéke 0.

Tárolási színkód: faliszt, nem osztályozott; az összes többi fent felsorolt ​​narancssárga.

Toxicitás (mg/kg): a fentiek mindegyike nincs besorolva; kivétel - alumínium-hidroxid, 150.

Rákkeltő hatás: a fentiek mindegyike nem (kivéve a talkumot - ha azbesztet tartalmaz).

Szilikózis: kalcium-karbonát, agyag, csillám, igen; a fentiek mindegyike, nem.

Súlyozott átlagidő(TEL, átlagos expozíció 8 órás műszakban), mg/m-ben 3 : talkum, 2; csillám, 3; pernye, kalcium-karbonát, üvegszál, kaolin, szilícium-dioxid, faliszt, 10; alumínium-hidroxid, agyag, magnézium-hidroxid, wollastonit, nem osztályozott.

Amint láthatja, a felsorolt ​​töltőanyagok általában meglehetősen biztonságosnak tekinthetők, hacsak nincs kifejezetten megjelölve.

Az ásványok természetes kémiai vegyületek vagy természetes elemek, amelyek a földkéregben találhatók. Ásványi anyagok alkotják a kőzeteket (talajokat) és a talajokat közvetlenül a lábunk alatt. Az ásványi anyagok eloszlása ​​rendkívül egyenetlen. Körülbelül 3000 ásvány ismert, közülük csak körülbelül 50 elterjedt. Ezeket az ásványokat kőzetképző ásványoknak nevezzük. Ha figyelembe vesszük az egyes geológiai tartományokat, például az Orosz-síkság központi részét, akkor még kevesebb kőzetképző ásvány található a föld felszínén - körülbelül 20.

Általában sokkal több a kémiai vegyület, mint az ásványi anyag, de ezek többsége mesterségesen előállított anyag. A közelmúltban két további anyagosztályt kezdtek ásványoknak nevezni:

  • amit régebben ásványoknak neveztek, azok az élelmiszerekben, gyógyszerekben és kozmetikumokban előforduló szervetlen vegyületek;
  • építőanyagok gyártása során keletkező alkatrészek - tégla, beton, kerámia stb.

Az ásványok többnyire szilárdak, sokkal ritkábban folyékonyak (talajvíz) és gázhalmazállapotúak (radon, metán). A szilárd ásványok között a kristályos, amorf és kolloid ásványok dominálnak (kevésbé elterjedtek). Az ásványok nagyon változatos megjelenésűek és számos tulajdonsággal rendelkeznek. A kémiai elemek ugyanazon kombinációja különböző szerkezetekké kristályosodhat és különböző ásványokat képezhet - ezt a jelenséget polimorfizmusnak nevezik. Például a szén (C) módosítása grafitot és gyémántot eredményez; A vas-szulfid (FS 2) két ásványt képez - pirit és markazit, kalcium-karbonát CaC0 3 - a kalcit és az aragonit ásványok.

Az ásványok lehetnek izotrópok vagy anizotrópok: az izotróp ásványok minden irányban azonos tulajdonságokkal rendelkeznek, míg az anizotróp ásványok nem párhuzamos irányban.

Eredetük alapján az ásványokat általában endogén (mély) és exogén (a felszínen képződő, ezek közé tartoznak a tengerfenéken képződő ásványok is) osztják. Számos ásvány lehet endogén és exogén eredetű is. Az ásvány kőzetben való jelenlétének tényezőjét nem szabad kombinálni a származási tényezővel - sok endogén ásvány további üledékes (exogén) kőzeteket alkot, vagy jelen van bennük (például kvarc, amely magmás vagy metamorf eredetű, homokot vagy homokos és poros kőzeteket képez). baloldali frakciók és az üledékes agyagos kőzetek lényeges alkotóeleme).

Ásványi diagnosztika

Az ásványok különböző tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek közül néhány vizuálisan meghatározható, mások - speciális berendezések segítségével. A vizuálisan vagy a legegyszerűbb eszközökkel (sósav, nagyító, kés, keménységi skála) meghatározott tulajdonságokat külsőnek, a megfelelő diagnosztikát makroszkopikusnak nevezzük. Általában elég a kőzetalkotó ásványok és a belőlük alkotott kőzetek nevének meghatározása, és előzetes, értékelő formában a földtani környezet tulajdonságainak megítélése.

Az ásványok makroszkopikusan meghatározott külső tulajdonságai a következők: izolációs forma, szín, porszín (vonal), csillogás, törés, hasadás, keménység, fajsúly ​​és néhány speciális tulajdonság.

Kiválasztási űrlap

A leggyakoribb formák a kristályos, földes és amorf tömegek. A kristályokat izometrikusnak nevezzük, ha mindhárom irányban megközelítőleg egyformán fejlettek. Az egy irányban megnyúlt kristályokat oszloposnak, prizmásnak, tű alakúnak, a két irányban megnyúlt kristályokat táblásnak, lamellásnak vagy levelesnek nevezzük. Egyéb formák a kefék (geódák), a konkréciók és váladékok, a pszeudomorfózisok (kövületek), az oolitok stb.

Egy ásványnak különböző kibocsátási formái lehetnek, miközben a többi tulajdonság változatlan marad.

Színezés

Szín - az ásvány színe. A természetben vannak olyan ásványok, amelyek vagy egyszínűek, vagy különböző színűek. A grafit mindig sötétszürke, a földpát színe fehértől feketéig terjedhet – rózsaszín, piros, szürke, zöld, barnás.

Púderszín (tulajdonság)

Az ásvány színe jellemzően sötétebb, mint a porban lévő ásványé. Sok színes ásvány fehér porral rendelkezik. A port úgy nyerik, hogy mintát rajzolnak egy porcelántányérra - innen ered a tulajdonság neve - tulajdonság. Porcelánra rajzolva az eredmény egy ideális por, vékony rétegben, fehér alapon. A porcelánnál nagyobb keménységű ásványok (> 6,5) állítólag nem rendelkeznek jellemzőkkel. Egyes ásványok jól diagnosztizálhatók egy tulajdonság alapján (például a fekete szarvban sötétzöld csík, a fekete labradorit (földpát) fehér vagy világosszürke csíkkal, a sötétszürke hematit cseresznye csíkkal rendelkezik).

Az ásványi anyagok felszabadításának formái (sémák)

a - megnyúlt kristályok; b - lapos; c - izometrikus; g — kristályos tömeg (kőzet); d - fosszilis (pszeudomorfózis); e - dendrit; g - vese alakú szinterezett forma; h - cseppkövek; és - sztalagmitok; k - betonozás; l - szekréció; m,n - oolitok; o - ecset (druze, geoda); p - rózsa (rozetta)

Ragyog

A csillogás az ásványok azon tulajdonsága, mint minden tárgy, hogy visszaverik, megtörik, elnyelik a fénysugarakat, valamint a visszavert fény érzékelését. Az ásvány fényességét azokon a helyeken kell meghatározni, ahol a legfényesebben ragyog - egy friss forgács felületén (ha szükséges, chipet kell beszerezni). Egy ásvány eltérő fényű lehet (például a lamelláris gipszben - üveges és gyöngyházfényű; a kvarcban - zsíros a forgácsokon és üveges a megnőtt éleken). Nevezzük meg a ragyogás típusait, a visszavert fény intenzitásának csökkenésével rendezve azokat a listában.

  • fém. Az ásványok olyanok, mint a fémtárgyak;
  • félig fém, gyémánt gyanta. Ezek a csillogó fényes típusok; az ezeket tartalmazó ásványok meglehetősen ritkák a természetben, sok értékes ásvány, de a környezetgazdálkodási munkák során nem valószínű, hogy találkozni velük;
  • zsíros. Az ásvány felülete olyan benyomást kelt, mintha vékony olajréteg borította volna. Gyakrabban megfigyelhető az egyenetlen felületű ásványokban, például kvarcban és opálban;
  • gyöngyszem. Lapos, sima felületeken megfigyelhető, enyhe színárnyalatot ad (példák: talkum, kisebb mértékben gipsz, csillám);
  • üveg. Számos ásvány sima szélein figyelhető meg. A teljes felület egyszerre ragyog (pl. kalcit, anhidrit, földpátok);
  • selymes. Tű alakú törésű ásványokban figyelhető meg, amikor a forgács felülete fényes nejlonszövet hosszú szálaihoz hasonlít (például azbeszt, szarvszál, rostos gipsz);
  • . matt (gyenge, fénytelen). Felülete még frissen forgácsolva is gyengén csillog (pl. kovakő, kalcedon, foszforit csomókban);
  • csillogás nélküli ásványok (példák: foszforit földes tömegben, montmorillonit, kaolinit).

Csomó

A törés az ásvány felületének alakja, amely a minta törésekor keletkezik. Egy és ugyanazon minta törése több szóban is leírható, amelyek ellentmondás nélkül kiegészítik egymást. Például a limonit repedése egyszerre földes és egyenetlen, a cukorszerű gipsz repedése szemcsés és egyenetlen az egész mintán és lépcsőzetesen, ha alaposan megnézzük a kristályokat. Az alábbiakban bemutatunk néhány, sematikusan ábrázolható töréstípust.

A törés bizonyos típusai (sémák)


a - belépett a kristályba; b - a kristályos masszába lépve; c - kristályos tömegben tű alakú; g - durva szemcsés; d - kagyló alakú

A törések típusai:

  • lépett. Könnyen meghatározható olyan egykristályokban, amelyek törési síkokkal rendelkeznek, például kalcitban és csillámban. A kristályos masszákon belüli kristályok lépcsőzetes törését nehezebb látni. Ilyen esetekben meg kell találni a kristályokat, és figyelni kell a kis síkokra bennük, miközben az egész minta egyenetlen vagy szemcsés benyomást kelt, például labradorit vagy dolomit;
  • tű alakú (szilánkos, rostos). Úgy néz ki, mint egy fa vagy valamilyen rostos anyag törése; kürtben, azbesztben megfigyelhető;
  • szemcsés (cukorszerű). Ásványokban megfigyelhető finomkristályos csapadék formájában; a kristályok még látszanak, de a törése már rosszul látható (példák: anhidrit, finomkristályos apatit);
  • földes. Nem sima felületű ásványoknál figyelhető meg, amelyekben a kristályok kis méretük miatt nem látszanak. A minták úgy néznek ki, mint a száraz föld, nem fényesek, és gyakran befestik a kezét (például limonit, foszfor, agyagásványok);
  • konchoidos. Gyakrabban figyelhető meg amorf ásványokban. A törésfelületek fényesek, domborúak vagy homorúak, simák,
    éles szélekkel, amelyet az ókori emberek szerszámok és fegyverek gyártására használtak (például: kovakő, kalcedon, obszidián, kvarc);
  • egyenetlen. Hasadáskor egy ásvány szabálytalan, szabálytalan felületeket képez (például finomkristályos kvarc, foszforit).

Dekoltázs

A hasítás a kristályos ásványok azon képessége, hogy a kristályrács meghatározott irányai mentén hasadjanak. Ez a tulajdonság nem figyelhető meg a mindennapi életben minket körülvevő tárgyakban. A hasítás következtében az ásványok felhasadásakor síkok, tűk vagy rostok képződhetnek. A legtöbb kristályos ásványnak van hasadása, az amorf ásványoknak pedig nem. A hasítási felületeket nem szabad összetéveszteni a kristálynövekedés során kialakult felületekkel. A hasadás jól látható a nagy kristályokban (például: csillám vagy földpát). A durva-kristályos tömegű törött mintákban a hasadás már azért is meghatározható, mert maguk a kristályok láthatóak - mindegyik saját síkot adott, amely különbözik a szomszédostól.

Hasítási séma


a - egy nagy kristály csak a szélekkel párhuzamos repedések mentén hasad; b - a kristályos tömegben jól láthatóak a hasítási síkok mentén futó forgácsok

A hasítás változó. Nagyon jól megjelenhet, mint a csillámban, vagy hiányozhat, mint a kvarckristályokban. A tökéletesség foka szerint a hasításnak öt típusa van: nagyon tökéletes, tökéletes, átlagos, tökéletlen, nagyon tökéletlen (hasítás valójában nincs). Ha nincs hasadás, gyakran lehetetlen megérteni, hol végződött az egyik kristály, és hol kezdődött a következő. A földtömegek által képviselt ásványokban a hasítás egyáltalán nem látható. Ebben az esetben mikroszkóp alatt határozzák meg, és publikálják az adatokat. A kristályok anizotrópiája miatt még ugyanazon ásványon belül is többféleképpen jelentkezhet a hasítás, például a földpát két irányban tökéletes, a harmadikban átlagos hasítással rendelkezik. A csillámoknak nagyon tökéletes a dekoltázsa az egyik irányban, a másik kettőben nincs.

csillámkristály

Egy irányban van hasítás, a másik két irányban nincs, a csillám úgy szakad, mint egy papírlap. A benőtt arcokat nem veszik figyelembe.

Amint a fentiekből kiderül, a hasítás meglehetősen szorosan összefügg a töréssel. Jelen van a lépcsőzetes, hegyes és durva szemcsés törésű ásványokban, és hiányzik a konchoidális törésű ásványokban. A finomszemcsés, földes, egyenetlen törésű ásványok hasadásáról érdemes kézikönyvekben olvasni.

Sűrűség (fajsúly)

Szem határozza meg. A legtöbb ásvány sűrűsége 2,5-3,5 g/cm 3 . A sűrűség segít felismerni a könnyű kőzeteket - tripolist, opokát, kovaföldet, szárított agyagot, mivel ezek sűrűsége kisebb, mint 2,0 g/cm 3, míg a nehéz ásványok sűrűsége meghaladja a 4 g/cm 3 -t.

Keménység

A keménység az anyag felületének karcolásokkal, vágással, benyomódással és kopással szembeni ellenállása. Ez egy nagyon kényelmes tulajdonság az ásványok egyszerű diagnosztikájához. Az ásványok állandó keménységűek. Mindig megpróbálhatja megkarcolni a mintát a körmével,

kés, üvegdarab. A minta éles sarkával más anyagokat is megkarcolhat.

A geológiai gyakorlatban a legegyszerűbb diagnosztikában szokás a szóban forgó mintát standard ásványokkal összehasonlítani, egymáshoz karcolva. Mérnökként Friedrich Mohs német geológus skáláját használják. A skála a hagyományos mértékegységekben 1-től 10-ig terjed.

Ásványi keménység

Mohs-skála

keménység

A Mohs-skála helyettesítői

Keménység

Ásványi

Anyagok

Keménység

cserélje ki

borjú

Viszonyul-

test

kg/cm2

talkum

Puha

Puha ceruza

Gipsz

Köröm

2,0-2,5

Mészpát

Bronz érme

2,5-4,0

Fluorit

Vasszög

4,0-4,5

Apatit

Üveg

Földpát

(mikrolin,

ortoklász,

albit,

anorthitis)

Szilárd

Sima acél, borotvapenge

5,0-6,0

1120

Kvarc

Szerszámacél

7,0-7,5

1427

Topáz

Nagyon

kemény

2060

Korund

10 060

gyémánt

A Mohs-skála segítségével az ásványok keménysége 0,5 vagy 1 pontossággal mérhető. A kapott eredményt például a következőképpen közlik: a dolomit keménysége 3,5.

Különleges tulajdonságok. Ez magában foglalja a szokatlan tulajdonságokat, amelyek csak bizonyos ásványokban találhatók meg.

  1. Reakció savakkal. Kalcit, dolomit és egyéb karbonátok jutnak bele: CaC0 3 (kalcit) + 2HC1 (sósav) -> CaC1 2 + H 2 0 + C0 2.
  2. Szag dörzsöléskor. A foszforitban lehet.
  3. Sós íze halit (NaCl), keserű íze szilvin (KS1).
  4. Érzékelés érintéssel. A talkum és a kaolinit zsíros és csúszós lehet.
  5. Az irizálódás egy gyönyörű kék ​​tükröződés megjelenése a labradorit hasítási forgácsain.
  6. Mágnesesség. Ezt az iránytű tűjének reakciója ellenőrzi. Egyes vasat, kobaltot és nikkelt tartalmazó ásványok tartalmazzák.
  7. Kettős törés. Néhány átlátszó ásvány meghasítja a képet. Jól látható, ha ilyen mintát helyezünk a szövegre, és átnézzük.

Az ásványok kémiai vegyületek (a natív elemek kivételével). Azonban ezeknek az ásványoknak a színtelen, optikailag átlátszó mintái is szinte mindig tartalmaznak kis mennyiségű szennyeződést.

A természetes oldatok vagy olvadékok, amelyekből ásványok kristályosodnak ki, általában sok elemből állnak. A vegyületek képződése során a kevésbé gyakori elemek néhány atomja helyettesítheti a fő elemek atomjait. Az ilyen helyettesítés olyan gyakori, hogy sok ásvány kémiai összetétele csak nagyon ritkán közelíti meg a tiszta vegyületét.

Például a közönséges kőzetképző ásványi olivin összetétele két ún. a sorozat végtagjai: a forszterittől, magnézium-szilikát Mg2SiO4-től a fayalitig, vas-szilikát Fe2SiO4-ig. Az első ásványban a Mg:Si:O, a másodikban a Fe:Si:O aránya 2:1:4.

A köztes összetételű olivinekben az arányok azonosak, pl. (Mg + Fe):Si:O 2:1:4, a képlet pedig (Mg,Fe)2SiO4. Ha ismert a magnézium és a vas egymáshoz viszonyított mennyisége, akkor ez tükröződik a (Mg0,80Fe0,20)2SiO4 képletben, amelyből látható, hogy a fématomok 80%-át magnézium, 20%-át pedig a magnézium képviseli. Vas.

Szerkezet. Minden ásvány, kivéve a vizet (amely a jégtől eltérően általában nem minősül ásványi anyagnak) és a higanyt, normál hőmérsékleten szilárd anyag. Ha azonban a vizet és a higanyt erősen lehűtik, megszilárdulnak: víz 0 °C-on, higany pedig -39 °C-on. Ezen a hőmérsékleten a vízmolekulák és a higanyatomok jellegzetes szabályos háromdimenziós kristályszerkezetet alkotnak (a „kristályos” kifejezések ” és „szilárd”)” ebben az esetben csaknem egyenértékűek).

Az ásványok tehát olyan kristályos anyagok, amelyek tulajdonságait az alkotó atomok geometriai elrendezése és a közöttük lévő kémiai kötés típusa határozza meg. Az egységcella (a kristály legkisebb részegysége) szabályosan elrendezett atomokból áll, amelyeket elektronikus kötések tartanak össze.

Ezek az apró sejtek, amelyek vég nélkül ismétlődnek a háromdimenziós térben, kristályt alkotnak. A különböző ásványokban lévő egységsejtek mérete eltérő, és a sejten belüli atomok méretétől, számától és egymáshoz viszonyított elrendezésétől függ. A sejtparamétereket angströmben vagy nanométerben fejezzük ki (1 = 10-8 cm = 0,1 nm).

A kristály elemi cellái szorosan, hézagok nélkül összerakva kitöltik a térfogatot és kristályrácsot alkotnak. A kristályokat az egységcella szimmetriája alapján osztják fel, amelyet a szélei és a sarkai közötti kapcsolat jellemez.

Általában 7 rendszer van (a szimmetria növekedésének sorrendjében): triklinikus, monoklinális, rombos, tetragonális, trigonális, hatszögletű és köbös (izometrikus). Néha a trigonális és a hatszögletű rendszereket nem választják el egymástól, és együtt írják le hatszögrendszer néven.

A szingóniákat 32 kristályosztályra (szimmetriatípusra) osztják, köztük 230 tércsoportot. Ezeket a csoportokat először 1890-ben E. S. Fedorov orosz tudós azonosította. Röntgendiffrakciós analízis segítségével meghatározzák egy ásvány egységcellájának méreteit, szingóniáját, szimmetriaosztályát és tércsoportját, valamint megfejtik a kristályszerkezetet, azaz. az egységcellát alkotó atomok relatív helyzete a háromdimenziós térben.

GEOMETRIAI (MORFOLÓGIAI) KRISTALLOGRAFIA

A kristályok lapos, sima, fényes széleikkel már régóta felkeltették az emberek figyelmét. Az ásványtan tudományként való megjelenése óta a krisztallográfia az ásványok morfológiájának és szerkezetének tanulmányozásának alapja. Megállapítást nyert, hogy a kristályok lapjai szimmetrikus elrendezésűek, ami lehetővé teszi, hogy a kristályt egy bizonyos rendszerhez, és néha valamelyik osztályhoz (szimmetria) hozzárendeljük (lásd fent).

Röntgenvizsgálatok kimutatták, hogy a kristályok külső szimmetriája megfelel az atomok belső szabályos elrendezésének. Az ásványi kristályok mérete nagyon széles tartományban változik - az 5 tonnás óriásoktól (egy brazil kvarckristály tömege) egészen olyan kicsikig, hogy az arcukat csak elektronmikroszkóp alatt lehet megkülönböztetni.

Még ugyanazon ásvány kristályalakja is kissé eltérhet a különböző mintákban; például a kvarckristályok majdnem izometrikusak, hegyesek vagy laposak. Azonban minden kvarckristály, kicsi és nagy, hegyes és lapos, azonos egységcellák ismétlődéséből jön létre.

Ha ezek a cellák egy bizonyos irányba vannak elrendezve, akkor a kristály megnyúlt, ha két irányban a harmadik rovására, akkor a kristály alakja táblázatos. Mivel ugyanannak a kristálynak a megfelelő lapjai közötti szögek állandó értékűek és minden ásványtípusra jellemzőek, ez a tulajdonság szükségszerűen benne van az ásvány jellemzőiben.

Az egyes jól kivágott kristályok által képviselt ásványok ritkák. Sokkal gyakrabban fordulnak elő szabálytalan szemcsék vagy kristályos aggregátumok formájában. Az ásványt gyakran egy bizonyos típusú aggregátum jellemzi, amely diagnosztikai jellemzőként szolgálhat. Többféle egység létezik.

Dendrites elágazó aggregátumok hasonló a páfránylevélhez vagy a mohához, és például a piroluzitra jellemző. A sűrűn tömörített párhuzamos szálakból álló szálas aggregátumok jellemzőek a krizotil és amfibol azbesztre.

Kollomorf aggregátumok A sima lekerekített felületű szálakból épülnek fel, amelyek sugárirányban nyúlnak ki egy közös középpontból. A nagy kerek tömegek mastoidok (malachit), míg a kisebbek vese alakúak (hematit) vagy szőlő alakúak (pszilomelán).

Pikkelyes aggregátumok, kis lemezszerű kristályokból álló, a csillámra és a baritra jellemző.

cseppkövek- karsztbarlangokban jégcsapok, csövek, kúpok vagy „függönyök” formájában függő csepegtető képződmények. A mészkőrepedéseken átszivárgó ásványos víz elpárolgása következtében keletkeznek, és gyakran kalcitból (kalcium-karbonát) vagy aragonitból állnak.

Oolites- kis golyókból álló, halikra emlékeztető aggregátumok találhatók egyes kalcitban (oolitos mészkő), goetitben (oolitos vasérc) és más hasonló képződményekben.

A röntgen adatok összegyűjtése és a kémiai elemzések eredményeivel való összehasonlítása után nyilvánvalóvá vált, hogy egy ásvány kristályszerkezetének jellemzői kémiai összetételétől függenek. Így egy új tudomány – a kristálykémia – alapjait fektették le.

Az ásványok sok látszólag nem rokon tulajdonsága magyarázható kristályszerkezetük és kémiai összetételük figyelembevételével. Egyes kémiai elemek (arany, ezüst, réz) megtalálhatók az őshonos, i.e. tiszta, forma. Elektromosan semleges atomokból épülnek fel (ellentétben a legtöbb ásványi anyaggal, amelyek atomjai elektromos töltést hordoznak, és ionoknak nevezik). Az elektronhiányos atom pozitív töltésű, és kationnak nevezzük; az elektronfelesleggel rendelkező atom negatív töltésű, és anionnak nevezzük.

Az ellentétes töltésű ionok közötti vonzást ionos kötésnek nevezik, és ez az ásványi anyagok fő kötőereje. Egy másik típusú kötésnél a külső elektronok közös pályán forognak az atommagok körül, összekapcsolva az atomokat egymással. A kovalens kötés a kötés legerősebb típusa.

A kovalens kötésű ásványok általában nagy keménységgel és olvadásponttal rendelkeznek (például gyémánt). Az ásványokban sokkal kisebb szerepet játszik az elektromosan semleges szerkezeti egységek között létrejövő gyenge van der Waals kötés.

Az ilyen szerkezeti egységek (atomrétegek vagy atomcsoportok) kötési energiája egyenlőtlenül oszlik el. A Van der Waals kötések vonzást biztosítanak a nagyobb szerkezeti egységek ellentétes töltésű régiói között. Ez a fajta kötés figyelhető meg a grafitrétegek között (a szén egyik természetes formája), amely a szénatomok erős kovalens kötése miatt jön létre. A rétegek közötti gyenge kötések miatt a grafit alacsony keménységű és nagyon tökéletes, a rétegekkel párhuzamos hasítással rendelkezik. Ezért a grafitot kenőanyagként használják.

Az ellentétes töltésű ionok olyan távolságra közelednek egymáshoz, ahol a taszító erő kiegyenlíti a vonzó erőt. Egy adott kation-anion pár esetén ez a kritikus távolság egyenlő a két ion „sugarának” összegével. A különböző ionok közötti kritikus távolságok meghatározásával a legtöbb ion sugarának nagysága (nanométerben, nm-ben) meghatározható volt. Mivel a legtöbb ásványt ionos kötések jellemzik, szerkezetük egymáshoz érő golyók formájában is megjeleníthető.

Az ionos kristályok szerkezete elsősorban a töltés nagyságától és előjelétől, valamint az ionok relatív méretétől függ. Mivel a kristály egésze elektromosan semleges, az ionok pozitív töltéseinek összegének meg kell egyeznie a negatív töltések összegével. A nátrium-kloridban (NaCl, az ásványi halit) minden nátriumion töltése +1, a kloridioné pedig -1 (1. ábra), azaz. Minden nátriumion egy kloridionnak felel meg. A fluoritban (kalcium-fluorid, CaF2) azonban minden kalciumion töltése +2, és minden fluorid ion töltése -1. Ezért a fluorionok általános elektromos semlegességének fenntartásához kétszer annyinak kell lennie, mint a kalciumionoknak (2. ábra).

Egy adott kristályszerkezetbe való beépülésük lehetősége az ionok méretétől is függ. Ha az ionok azonos méretűek, és úgy vannak csomagolva, hogy mindegyik ion 12 másikat érint, akkor megfelelő koordinációban vannak.

Az azonos méretű gömbök (3. ábra) csomagolásának két módja van: köbös zárt tömörítés, amely általában izometrikus kristályok képződését eredményezi, és hatszögletű zárt tömörítés, amely hatszögletű kristályokat képez. A kationok mérete általában kisebb, mint az anionok, és méretüket az anion sugarának törtrészében fejezik ki, egynek véve.

Tipikusan a kation sugarának az anion sugarával való osztásával kapott arányt alkalmazzuk. Ha egy kation csak valamivel kisebb, mint azok az anionok, amelyekkel egyesül, érintkezésbe kerülhet a körülötte lévő nyolc anionnal, vagy, ahogy általában mondják, nyolcszoros koordinációban van azokhoz az anionokhoz képest, amelyek mintegy a körülötte lévő kocka csúcsainál. Ez a koordináció (más néven köbös) stabil 1 és 0,732 közötti ionsugár arányoknál (4a. ábra).

Kisebb ionsugár-aránynál nyolc aniont nem lehet egymásra rakni, hogy megérintse a kationt. Ilyen esetekben a csomagolás geometriája lehetővé teszi a kationok hatszoros koordinációját az oktaéder hat csúcsában elhelyezkedő anionokkal (4b. ábra), amelyek 0,732 és 0,416 közötti sugarak arányában stabilak.

A kation relatív méretének további csökkenésével négyszeres vagy tetraéderes koordinációba való átmenet következik be, amely 0,414 és 0,225 közötti sugárarányok mellett stabil (4c. ábra), majd 0,225 és 0,155 közötti sugárarányokon belüli hármas koordinációba (ábra 4c). 4c) d) és dupla - 0,155-nél kisebb sugárarányokkal (4e. ábra).

Bár más tényezők is meghatározzák a koordinációs poliéder típusát, a legtöbb ásvány esetében az ionsugár arány elve az egyik hatékony eszköz a kristályszerkezet előrejelzésére.

Rizs. 4. KOORDINÁCIÓS POLIÉDRON akkor keletkezik, amikor anionokat helyezünk a kationok köré. Az elrendezés lehetséges típusai az anionok és kationok relatív méretétől függenek. A következő típusú koordinációkat különböztetjük meg: a - köbös, vagy nyolcszoros koordináció; b - oktaéder vagy hatszoros; c - tetraéder vagy négyes; g - háromszög vagy hármas koordináció; d - kettős koordináció.

A teljesen eltérő kémiai összetételű ásványok hasonló szerkezetűek lehetnek, amelyek ugyanazon koordinációs poliéderekkel írhatók le. Például a nátrium-klorid NaCl-ben a nátriumion sugarának aránya a klórion sugarához viszonyítva 0,535, ami oktaéderes vagy hatszoros koordinációt jelez.

Ha hat anion csoportosul minden kation körül, akkor az 1:1 kation/anion arány fenntartásához minden anion körül hat kationnak kell lennie. Ez egy köbös szerkezetet eredményez, amelyet nátrium-klorid típusú szerkezetnek neveznek.

Bár az ólom és a kén ionos sugarai élesen eltérnek a nátrium és a klór ionos sugaraitól, ezek aránya a hatszoros koordinációt is meghatározza, ezért a PbS galéna nátrium-klorid típusú szerkezetű, azaz a halit és a galena izostrukturális.

Az ásványi anyagokban lévő szennyeződések általában ionok formájában vannak jelen, amelyek helyettesítik a befogadó ásvány ionjait. Az ilyen helyettesítések nagymértékben befolyásolják az ionok méretét. Ha két ion sugara egyenlő vagy 15%-nál kisebb eltérést mutat, könnyen helyettesíthetők. Ha ez a különbség 15-30%, az ilyen helyettesítés korlátozott; 30%-ot meghaladó eltéréssel gyakorlatilag lehetetlen a helyettesítés.

Számos példa van hasonló kémiai összetételű izostrukturális ásványpárokra, amelyek között ionhelyettesítés történik. Így a karbonátok sziderit (FeCO3) és rodokrozit (MnCO3) hasonló szerkezetűek, és a vas és a mangán tetszőleges arányban helyettesítheti egymást, kialakítva az ún. szilárd oldatok. A két ásvány között szilárd oldatok folyamatos sorozata van. Más ásványpárokban az ionoknak korlátozott a kölcsönös helyettesítési lehetősége.

Mivel az ásványok elektromosan semlegesek, az ionok töltése befolyásolja kölcsönös helyettesítésüket is. Ha a helyettesítés ellentétes töltésű ionnal történik, akkor ennek a szerkezetnek valamely részében egy második szubsztitúciónak kell megtörténnie, amelyben a helyettesítő ion töltése kompenzálja az első által okozott elektromos semlegesség megsértését. Ilyen konjugált szubsztitúció figyelhető meg a földpátokban - plagioklászokban, amikor a kalcium (Ca2+) helyettesíti a nátriumot (Na+) szilárd oldatok folyamatos sorozatával.

A Na+ ion Ca2+ ionnal való helyettesítéséből származó többlet pozitív töltést kompenzálja a szilícium (Si4+) egyidejű alumíniummal (Al3+) történő helyettesítése a szerkezet szomszédos részein.

ÁSVÁNYI ANYAGOK FIZIKAI TULAJDONSÁGAI

Bár az ásványok főbb jellemzőit (kémiai összetételét és belső kristályszerkezetét) kémiai elemzések és röntgendiffrakció alapján állapítják meg, ezek közvetve jól megfigyelhető vagy mérhető tulajdonságokban tükröződnek. A legtöbb ásvány diagnosztizálásához elegendő meghatározni azok fényét, színét, hasadását, keménységét és sűrűségét.

Ragyog- az ásványról visszavert fény minőségi jellemzője. Egyes átlátszatlan ásványok erősen visszaverik a fényt, és fémes fényűek. Ez gyakori az olyan érces ásványokban, mint a galena (ólomásvány), kalkopirit és bornit (réz ásványok), argentit és akantit (ezüst ásványok).

A legtöbb ásvány elnyeli vagy továbbítja a rájuk eső fény jelentős részét, és nem fémes fényű. Egyes ásványok fénye fémesről nemfémesre változik, amit félfémesnek neveznek.

A nem fémes fényű ásványok általában világos színűek, néhányuk átlátszó. A kvarc, a gipsz és a könnyű csillám gyakran átlátszó. Más ásványokat (például tejfehér kvarcot), amelyek áteresztik a fényt, de amelyeken keresztül nem lehet egyértelműen megkülönböztetni a tárgyakat, áttetszőnek nevezzük. A fémeket tartalmazó ásványok fényáteresztésben különböznek a többitől.

Ha a fény áthalad egy ásványon, legalább a szemcsék legvékonyabb szélein, akkor az általában nem fémes; ha a fény nem megy át, akkor érc. Vannak azonban kivételek: például a világos színű szfalerit (cink ásvány) vagy a cinóber (higany ásvány) gyakran átlátszó vagy áttetsző.

Az ásványok nem fémes csillogásuk minőségi jellemzőiben különböznek egymástól. Az agyag tompa, földes fényű. A kristályok szélein vagy a törésfelületeken lévő kvarc üveges, a hasítási síkok mentén vékony levelekre osztott talkum gyöngyház. Fényes, csillogó, mint a gyémánt, fényét gyémántnak nevezik.

Amikor a fény nem fémes fényű ásványra esik, az részben visszaverődik az ásvány felületéről, és részben megtörik ezen a határon. Minden anyagot egy bizonyos törésmutató jellemez. Mivel nagy pontossággal mérhető, nagyon hasznos ásványdiagnosztikai funkció.

A csillogás jellege a törésmutatótól függ, és mindkettő függ az ásvány kémiai összetételétől és kristályszerkezetétől. Általában a nehézfém atomokat tartalmazó átlátszó ásványokat magas fényesség és magas törésmutató jellemzi. Ebbe a csoportba tartoznak az olyan általános ásványok, mint a szöglet (ólom-szulfát), a kaszirit (ón-oxid) és a titanit vagy szfén (kalcium-titán-szilikát).

A viszonylag könnyű elemekből álló ásványok is magas fényűek és nagy törésmutatókkal rendelkezhetnek, ha atomjaik szorosan össze vannak csomagolva, és erős kémiai kötések tartják össze. Feltűnő példa a gyémánt, amely egyetlen könnyű elemből, a szénből áll.

Kisebb mértékben igaz ez a korund ásványra (Al2O3), amelynek átlátszó színű változatai - rubin és zafír - drágakövek. Bár a korund könnyű alumínium- és oxigénatomokból áll, ezek olyan szorosan kapcsolódnak egymáshoz, hogy az ásványnak meglehetősen erős fénye és viszonylag magas törésmutatója van.

Egyes fények (olajos, viaszos, matt, selymes stb.) az ásvány felületének állapotától vagy az ásványi aggregátum szerkezetétől függenek; a gyantás csillogás sok amorf anyagra jellemző (beleértve az uránt vagy tóriumot tartalmazó radioaktív elemeket is).

Szín- egyszerű és kényelmes diagnosztikai jel. Ilyen például a sárgaréz-sárga pirit (FeS2), az ólomszürke galéna (PbS) és az ezüstös-fehér arzenopirit (FeAsS2). Más fémes vagy félfémes fényű érces ásványoknál a jellegzetes színt egy vékony felületi filmben (homályosodás) eltakarhatja a fényjáték. Ez jellemző a legtöbb réz ásványra, különösen a bornitra, amelyet "pávaércnek" neveznek kékes-zöld színfoltja miatt, amely frissen repedve gyorsan kialakul. Más rézásványokat azonban ismerős színekkel festenek: malachit - zöld, azurit - kék.

Néhány nemfémes ásvány félreérthetetlenül felismerhető a fő kémiai elem által meghatározott színről (sárga - kén és fekete - sötétszürke - grafit stb.). Sok nemfémes ásvány olyan elemekből áll, amelyek nem biztosítanak számukra meghatározott színt, de vannak színes változatai, amelyek színe a kémiai elemek szennyeződéseinek kis mennyiségben való jelenlétének köszönhető, amelyek nem hasonlíthatók össze az intenzitással színt okoznak. Az ilyen elemeket kromoforoknak nevezzük; ionjaikra jellemző a szelektív fényelnyelés. Például a mélylila ametiszt színét a kvarcban lévő nyomnyi vasnak köszönheti, míg a smaragd mélyzöld színe a berillben lévő kis mennyiségű krómnak köszönhető.

Az általában színtelen ásványokban a színek a kristályszerkezet hibáiból adódhatnak (amit a rács kitöltetlen atompozíciói vagy idegen ionok beépülése okoz), ami a fehér fény spektrumában bizonyos hullámhosszak szelektív abszorpcióját okozhatja. Ezután az ásványokat további színekre festik. A rubinok, zafírok és alexandritok színüket pontosan ezeknek a fényhatásoknak köszönhetik.

A színtelen ásványok mechanikai zárványokkal színezhetők. Így a hematit vékony szétszórt terjesztése a kvarcnak vörös színt, a kloritnak pedig zöldet ad. A tejes kvarcot gáz-folyadék zárványok borítják. Bár az ásványi szín az egyik legkönnyebben meghatározható tulajdonság az ásványi diagnosztikában, óvatosan kell használni, mivel sok tényezőtől függ.

Annak ellenére, hogy sok ásványi anyag színe változhat, az ásványi por színe nagyon állandó, ezért fontos diagnosztikai jellemző. Az ásványi por színét jellemzően az a vonal (az úgynevezett „vonalszín”) határozza meg, amelyet az ásvány elhagy, amikor egy mázatlan porcelántányéron (kekszön) áthalad. Például az ásványi fluorit különböző színekben kapható, de a csíkja mindig fehér.

Dekoltázs. Az ásványok jellegzetes tulajdonsága a hasadás közbeni viselkedésük. Például a kvarc és a turmalin, amelyek törésfelülete üvegforgácsra hasonlít, konchoidális törést szenved. Más ásványoknál a törést érdesnek, szaggatottnak vagy szilánkosnak nevezhetjük.

Sok ásvány esetében nem a törés, hanem a hasadás a jellemző. Ez azt jelenti, hogy a kristályszerkezetükhöz közvetlenül kapcsolódó sima síkok mentén hasadnak. A kristályrács síkjai közötti kötési erők a krisztallográfiai iránytól függően változhatnak.

Ha bizonyos irányban sokkal nagyobbak, mint másokban, akkor az ásvány a leggyengébb kötésen keresztül hasad. Mivel a hasítás mindig párhuzamos az atomsíkokkal, a krisztallográfiai irányok megjelölésével jelölhető. Például a halit (NaCl) kocka hasítással rendelkezik, azaz. a lehetséges felosztás három, egymásra merőleges iránya.

A hasítást a megnyilvánulás könnyedsége és a keletkező hasítási felület minősége is jellemzi. A csillámnak nagyon tökéletes a hasítása egy irányban, i.e. könnyen szétesik nagyon vékony, sima fényes felületű levelekre. A topáz egy irányban tökéletes hasítással rendelkezik.

Az ásványoknak lehet két, három, négy vagy hat hasítási iránya, amelyek mentén egyformán könnyen hasíthatóak, vagy több, különböző mértékű hasítási irány. Egyes ásványoknak egyáltalán nincs hasadása. Mivel a hasítás, mint az ásványok belső szerkezetének megnyilvánulása, állandó tulajdonságuk, fontos diagnosztikai jellemzőként szolgál.

Keménység- az ásványi anyag ellenállása a karcoláskor. A keménység a kristályszerkezettől függ: minél szorosabban kapcsolódnak egymáshoz az atomok egy ásvány szerkezetében, annál nehezebb megkarcolni. A talkum és a grafit lágy lemezszerű ásványok, amelyek nagyon gyenge erők által összetartott atomrétegekből épülnek fel. Tapintásra zsírosak: a kéz bőréhez dörzsölve az egyes vékony rétegek lecsúsznak. A legkeményebb ásvány a gyémánt, amelyben a szénatomok olyan szorosan kapcsolódnak egymáshoz, hogy csak egy másik gyémánt tudja megkarcolni.

század elején. F. Moos osztrák ásványkutató 10 ásványt rendezett keménységük növekvő sorrendjében. Azóta az ásványok relatív keménységének szabványaként használják az ún. Mohs-skála.

MOH KEMÉNYSÉGI MÉRLEG

Az ásvány keménységének meghatározásához meg kell határozni a legkeményebb ásványt, amelyet megkarcolhat. A vizsgált ásvány keménysége nagyobb lesz, mint a megkarcolt ásvány keménysége, de kisebb, mint a Mohs-skála szerinti következő ásvány keménysége.

Ásványi

Relatív keménység

Ortoklász

A keménység gyors meghatározásához használhatja a következő, egyszerűbb, praktikus skálát.

A kötési erők a krisztallográfiai iránytól függően változhatnak, és mivel a keménység ezen erők durva becslése, különböző irányokban változhat. Ez a különbség általában kicsi, kivéve a kianitot, amelynek keménysége a kristály hosszával párhuzamos irányban 5, keresztirányban pedig 7. Az ásványtani gyakorlatban az abszolút keménységi értékek (ún. mikrokeménység) mérését is alkalmazzák szklerométerrel, amelyet kg/mm2-ben fejeznek ki.

Sűrűség. A kémiai elemek atomjainak tömege a hidrogéntől (a legkönnyebb) az uránig (a legnehezebb) változik. Ha minden más tényező egyenlő, a nehéz atomokból álló anyag tömege nagyobb, mint a könnyű atomokból álló anyagé. Például két karbonát – aragonit és ceruszit – hasonló belső szerkezetű, de az aragonit könnyű kalciumatomokat, a ceruszit pedig nehéz ólomatomokat tartalmaz. Ennek eredményeként a ceruszit tömege meghaladja az azonos térfogatú aragonit tömegét.

Az ásványianyag térfogategységére jutó tömeg függ az atomok tömörítési sűrűségétől is. A kalcit, az aragonithoz hasonlóan, kalcium-karbonát, de a kalcitban az atomok kevésbé sűrűn vannak felszerelve, így kisebb az egységnyi térfogatú tömege, mint az aragonitnak. A relatív tömeg vagy sűrűség a kémiai összetételtől és a belső szerkezettől függ.

Sűrűség az anyag tömegének és az azonos térfogatú víz tömegének aránya 4 °C-on. Tehát, ha egy ásvány tömege 4 g, és azonos térfogatú víz tömege 1 g, akkor a az ásvány sűrűsége 4. Az ásványtanban a sűrűséget g/cm3-ben szokás kifejezni.

Sűrűség az ásványok fontos diagnosztikai jellemzője, és nem nehéz mérni. Először a mintát levegőn, majd vízben mérik le. Mivel a vízbe merített mintára felfelé irányuló felhajtóerő hat, súlya ott kisebb, mint a levegőben. A súlyvesztés megegyezik a kiszorított víz tömegével. Így a sűrűséget a levegőben lévő minta tömegének a vízben mért tömegveszteségéhez viszonyított aránya határozza meg.

Piroelektromosság. Egyes ásványi anyagok, mint például a turmalin, a kalamin stb., felmelegítve vagy lehűtve felvillanyozódnak. Ezt a jelenséget úgy figyelhetjük meg, hogy egy hűtő ásványt vörös ólom és kénpor keverékével beporozunk. Ebben az esetben a kén az ásványfelszín pozitív töltésű területeit fedi le, a mínium pedig a negatív töltésű területeket.

Mágnesesség – Ez egyes ásványok azon tulajdonsága, hogy mágneses tűre hatnak, vagy mágnes vonzza őket. A mágnesesség meghatározásához használjon éles állványra helyezett mágnestűt, vagy mágneses cipőt vagy rudat. Mágneses tű vagy kés használata is nagyon kényelmes.

A mágnesesség vizsgálatakor három eset lehetséges:

a) amikor egy ásvány természetes formájában („önmagában”) hat egy mágneses tűre,

b) amikor az ásvány csak fúvócső redukáló lángjában történő kalcinálás után válik mágnesessé

c) ha az ásvány nem mutat mágnesességet sem redukáló lángban történő kalcinálás előtt, sem után. A redukáló lánggal történő kalcináláshoz kis, 2-3 mm méretű darabokat kell venni.

Világít. Sok olyan ásvány, amely nem világít magától, bizonyos speciális körülmények között (hevítéskor, röntgen-, ultraibolya és katódsugarak hatásának kitéve, eltörve, karcolva stb.) világítani kezd.

Az ásványoknak létezik foszforeszcenciája, lumineszcenciája, termolumineszcenciája és tribolumineszcenciája.

A foszforeszcencia az ásvány azon képessége, hogy egy vagy másik sugárnak (willit) való kitettség után világítson.

A lumineszcencia az a képesség, hogy a besugárzás pillanatában világítson (scheelit ultraibolya és katódsugarakkal besugározva, kalcit stb.).

Termolumineszcencia - hevítés közben világít (fluorit, apatit).

Tribolumineszcencia - világít a tűvel történő karcolás vagy hasadás (csillám, korund) pillanatában.

Radioaktivitás. Sok olyan elemet tartalmazó ásvány, mint a nióbium, tantál, cirkónium, ritkaföldfémek, urán, tórium, gyakran meglehetősen jelentős, akár háztartási radiométerekkel is könnyen kimutatható radioaktivitást mutat, ami fontos diagnosztikai jelként szolgálhat. A radioaktivitás vizsgálatához először a háttérértéket mérik és rögzítik, majd az ásványt hozzák, esetleg közelebb a készülék detektorához. A mért értékek 10-15%-ot meghaladó növekedése az ásvány radioaktivitásának mutatójaként szolgálhat.

Elektromos vezetőképesség. Számos ásvány jelentős elektromos vezetőképességgel rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy egyértelműen megkülönböztessük őket a hasonló ásványoktól. Normál háztartási teszterrel ellenőrizhető.

ÁSVÁNYANYAGOK AZONOSÍTÁSA

BEVEZETÉS

A kézikönyv célja, hogy segítse a mérnökgeológia rövid kurzusát tanuló hallgatókat az ásványok azonosításával kapcsolatos önálló munkájukban. A determinánst táblázat formájában állítjuk össze, ami leegyszerűsíti a tanuló által meghatározott tulajdonságkészletnek megfelelő ásvány kiválasztását. Az ásványok tulajdonságait és az osztályozási csoportok jellemzőit külön fejezetekben adjuk meg.

1. Ásvány fényességének meghatározása.

2. Keménység meghatározása.

3. A vonal színének meghatározása.

4. Megfelelő ásványok kiválasztása az 1., 2., 3. pont egyes tulajdonságainak függőleges grafikonjai szerint.

5. Azonosítás más tulajdonságok meghatározásával a determináns vízszintes vonalai mentén.

A kézikönyv végén található a benne leírt 116 ásvány ábécé szerinti jegyzéke és képleteik.


I. AZ ÁSVÁNYI ANYAGOK TULAJDONSÁGAI ÉS GENEZISE

Az ásványok alapvető tulajdonságai

Az ásványok viszonylag specifikus és meglehetősen stabil kémiai vegyületek és natív elemek, amelyeket szigorúan állandó belső szerkezet jellemez. Az ásványok közé jellemzően olyan természetes képződmények tartoznak, amelyek fizikai és kémiai folyamatok eredményeként keletkeznek a földkéreg mélyén és felszínén. Ide tartoznak azonban a laboratóriumokban és gyárakban termesztett drágakövek, a geológiai folyamatok modellezésével nyert ásványi képződmények, valamint az akvakultúraként termesztett gyöngyök.

Napjainkban akár 4000 ásvány ismert. Természetesen ezeknek különböző taxonómiái vannak. A kézikönyv az osztályok, alosztályok és a tört kémiai osztályozási egységek csoportjainak azonosításán alapuló elvet alkalmaz. A kémiai szerkezeten alapuló felosztás az ásványok számos olyan tulajdonságát tükrözi, amelyek lehetővé teszik azok diagnosztizálását. A determináns a natív elemek, szulfidok, szulfátok, halogének, fluoridok, foszfátok, karbonátok, oxidok és szilikátok legjellemzőbb képviselőinek alapvető tulajdonságait mutatja be.

Az alapvető tulajdonságok minden ásványban rejlenek, ezért a diagnózis e tulajdonságok jellemzőinek különbségein alapul. Ezenkívül a diagnosztikát további jelek segítik, amelyek olyan specifikus tulajdonságokat tükröznek, amelyek nem minden, sőt egyedi ásványban rejlenek, de lehetővé teszik azok gyors és egyértelmű azonosítását. A determináns figyelembe veszi az alapvető (kémia, szerkezet, ásványi aggregátumok, keménység, sűrűség, hasadás, törés, szín, jellemző, csillogás, genezis) és további (mágneses és elektromos tulajdonságok, higroszkóposság, szag, íz, gyúlékonyság, rugalmasság, képlékenység) szempontokat is. , radioaktivitás) tulajdonságait, és információkat nyújt az ásványok gyakorlati felhasználásáról.



Az ásványok szerkezete. A természetben vannak szilárd, folyékony és gáznemű ásványi képződmények. Szilárd ásványok lehetnek kristályos és amorf. A kristályosak sok azonos szerkezeti elemből állnak, amelyek rendezett térbeli (kristályos) rácsot alkotnak. Vannak atomi, ionos és molekuláris típusú rácsok, amelyek meghatározzák anizotrópia(különböző tulajdonságok), a kristályok izotrópiája (azonos tulajdonságok) és önvágó képességük. A természetes és mesterséges kristályok poliéder alakúak. Lehetnek izotróp vagy anizotróp. Az amorf ásványok mindig izotrópok. Az azonos kémiai összetételű anyagok különböző formájú kristályosodási képességét polimorfizmusnak (multiformity) nevezzük. Például: gyémánt és grafit, pirit és markazit, kalcit és aragonit. A polimorf fajták eltérő szerkezete magyarázza eltérő tulajdonságaikat. Egyes különböző kémiai összetételű anyagok hasonló krisztallográfiai formákat képezhetnek. Az ilyen anyagok vegyes formákat hozhatnak létre, amelyek az eredeti komponenseket különböző arányban tartalmazzák. Ezt a jelenséget az ún izomorfizmus, és a keverékeket ún izomorf. Ilyen például a földpátok, amelyek izomorf sorozata albit és anortit molekulák keveredésével jön létre.



Természetes körülmények között a leggyakrabban növekvő kristályformák nem egészen szabályosak, és vannak hibáik, de minden hiba ellenére az azonos anyag kristályainak megfelelő felületei közötti szögek ugyanazok és állandóak maradnak. Ez oldalszögek állandóságának törvénye lehetővé teszi a kristályok ideális alakjának megállapítását és a legkisebb ásványszemcsék pontos diagnosztizálását.

A kristályok különböző fokú szimmetriája a bennük lévő síkok, középtengelyek és szimmetria különböző kombinációival magyarázható. 32 ilyen kombináció lehet, és ezeket hívják osztályok szimmetria (vagy típusai). Ez utóbbiakat 7-be egyesítjük rendszerek vagy szingóniák: köbös, tetragonális, hatszögletű, rombuszos, trigonális, monoklinikus és triklinikus. A köbös kristályoknak van legmagasabb szimmetria: legegyszerűbb elemük egy kocka, izotróp. A hatszögletű, tetragonális és trigonális rendszerek kristályait az jellemzi átlagos szimmetria. Van oszlopos, oszlopos, hegyes, leveles, táblás, lamellás szokás(forma) és hat-, négy-, illetve háromoldalú metszetek (illetve), merőlegesek a hossztengelyre. Az anizotrópia a fő tulajdonságok különbségében fejeződik ki a hosszú és a rövid tengely mentén. Ortorombikus, monoklinikus és triklinikus rendszerek tartoznak alsóbbrendű szimmetria csoport. Nagyon változatos, anizotróp tulajdonságokkal rendelkező formák jellemzik őket. Az ortorombikus kristályok keresztmetszete merőleges a hosszú tengelyre, amely rombusz alakú.

Természetes ásványi formák (klaszterek). Az ásványi szemcsék vagy kristályok természetes felhalmozódását általában nevezik ásványi aggregátumok. Lehetnek mono- és poliminerális, azok. egy vagy több ásványból állnak. Az ásványi aggregátumok alakja összetételüktől és képződési körülményeiktől függ.

Közös alapon termesztett kristályok csoportja alakul ki druz. Az egyik irányba orientált kis összeolvadt kristályokkal rendelkező drúzt nevezzük ecsettel. Ezek a formák az ásványok kristályosodása során keletkeznek a kőzetek üregeiben (kvarc, kalcit, gipsz). Ugyanaz a genezis kiválasztás– ásványi képződmények, amelyek részben vagy teljesen kitöltik az üregeket, és a perifériáról a központba nőnek. A váladékok amorf (kalcedon) és kristályos (kvarc, kalcit) ásványokat is képezhetnek. A nagy váladékot nevezik geodák, kicsi - mandulák.

Az ókori és újkori tározók fenekén laza üledékes képződményekben keletkezett csomós képződményeket az idegen kristályosodási centrumok körüli ásványi anyag felhalmozódása következtében ún. csomók. A csomók a központtól a perifériáig nőnek, szerkezetük lehet radiális vagy koncentrikus. Alakjuk és méretük nagyon eltérő. A legkisebb csomók az oolitok (kalcit, aragonit, foszforit, kovakő, sziderit, ferromangán csomók a modern óceánfenéken).

Az üregekben, beleértve a barlangokat is, a szinteres formák széles körben elterjedtek. Nagyon sokféle méretű és összetételű lehet (kalcit, malachit, agyagásványok, jég stb.). Ez mindenekelőtt cseppkövek, sztalagmitok és cseppkövek, vese alakú és szőlő alakú barlangképződmények.

A talajvízből kis repedésekben és agyagban lehulló sók gyors kristályosodásával vékony elágazó faszerű képződmények keletkeznek - dendritek. A leggyakrabban előforduló natív réz-, vas- és mangánvegyületek dendritjei stb.

A rendezetlen szemcsékből és kristályokból álló ásványi aggregátumokat durva (3 mm-nél nagyobb), közepes szemcsés (1-3 mm) és finomszemcsés (1 mm-nél kisebb) szemcsékre osztják. Megjelenésük nemcsak szemcsés (kristályos), hanem lamellás, leveles, oszlopos, sávos, rostos, oolitos stb. Az ásványi aggregátumok természete határozza meg a kőzetek szerkezeti és szerkezeti jellemzőit. A nagyító alatt megkülönböztethetetlen szemcsék halmazait nevezzük kriptokristályos; puha, piszkos kéz, laza talajra emlékeztet - földes(kaolin, bauxit, limonit stb.).

Azokat a hamis formákat, amelyek nem felelnek meg az őket alkotó anyag valódi szokásának, nevezzük pszeudomorfózisok. A genezisnek megfelelően a transzformáció pszeudomorfózisait különböztetjük meg, ill metamorfózis, mint például a limonit képződése piritből; elmozdulás (kalcedon, kovakő kalciton), kivitelezés (opál, limonit fán).

Az ásványok fizikai tulajdonságai határozza meg a fő jellemzőinek összességét, amelyek tartalmazzák: keménység, sűrűség, hasadás, törés, szín, vonal, fényesség.

Keménység, vagy a törésállóságot a diagnosztika során úgy határozzuk meg, hogy egyik ásványt a másikkal karcoljuk. Így megtudják, melyik ásvány a keményebb, pl. meghatározza a relatív keménységet. A meghatározásokat egy 10-féle ásványból álló 10 pontos F. Mohs-skálán végezzük, amelyben minden következő ásvány egy ponttal keményebb, mint az előző, ezért megkarcolja azt. Az alábbiakban az F. Mohs skála látható néhány gyakorlati javaslattal.

1. Talkum (körömmel kaparjuk le).

2. Gipsz (körömmel karcolva).

3. Kalcit (késsel kaparjuk le).

4. Fluorit (késsel könnyen karcolható).

5. Apatit (késsel nehéz megkarcolni).

6. Ortoklász (üveggel nehezen karcolható).

7. Kvarc, (üveg nem karcolja).

8. Topáz, (karcolást hagy a késen és az üvegen).

9. Korund, (karcolást hagy a késen és az üvegen).

10. Gyémánt, (karcolást hagy a késen és az üvegen).

A keménység meghatározásakor ne keverje össze a karcolást a vonallal. A szikla porát ujjal nyomtalanul letörlik a vonalról. Emlékeztetni kell arra, hogy az anizotróp ásványok keménysége különböző irányokban eltérő, és a kriptokristályos, porózus és porszerű masszák mindig lágyabbak, mint a jól vágott kristályok (hematit okker - 1, hematit kristály - 6).

Sűrűség (fajsúly)– mindig tükrözi az ásvány kémiai összetételét és szerkezetét. Körülbelül úgy határozzák meg, hogy „lemérjük” az ásványt a tenyerében. Általában három súlykategória létezik: könnyű (3 g/cm3-ig), közepes (3-4 g/cm3) és nehéz (több mint 4 g/cm3) ásványok. 10 g/cm-nél nagyobb fajsúlyuknál nagyon nehéz ásványokról beszélnek. Ide tartozik a natív arany, ezüst, platina és higany. A Földön ismert legnehezebb ásvány az ozmikus irídium, amelynek sűrűsége 23 g/cm 3 . A földkérget alkotó ásványok többsége könnyű és közepes ásvány.

Dekoltázs- ez az ásványok azon képessége, hogy párhuzamos, sima, fényes felületek mentén hasadási síkok mentén hasadnak (hasadnak). A hasítás kizárólag a kristályos ásványok sajátja. A hasítási sík a kristálylapnak felel meg. A hasítás következő típusait különböztetjük meg:

Nagyon tökéletes - az ásvány könnyen szétesik levelekre, lemezekre (csillám, talkum, lamellás gipsz);

Tökéletes - kalapáccsal megütve töredékek keletkeznek, amelyeket hasítási síkok korlátoznak (kalcit, halit);

Közepes – a töredékeket lapos és egyenetlen határok egyaránt korlátozzák (ortoklász, augit);

tökéletlen – a hasítási síkok ritkán találhatók (apatit, olivin);

Nagyon tökéletlen - a hasítási síkok gyakorlatilag hiányoznak (kvarc, pirit, magnetit).

Csomó– a hasítással ellentétesen orientált hasítási felületek. Vannak konchoidos (kalcedon, kovakő, kvarc), szilánkos (szelenit, azbeszt), szemcsés (sziklák), földes (bauxit, limonit, lépcsőzetes (ortoklász, galena) és egyéb törésfelületek.

Szín nem tekinthető az ásványok fő diagnosztikai jelének, mert változékony és sok tényezőtől függ. Ezek szerkezeti jellemzők, színezékek (kromoforok), mechanikai szennyeződések, repedések és üregek jelenléte. A színt olyan környezeti paraméterek is szabályozzák, mint a hőmérséklet, páratartalom stb. A színek szem általi érzékelése sem egyértelmű. Számos ásványnak azonban állandó színe van. Például a galéna mindig szürke, a cinóber piros, a malachit zöld, a lapis lazuli kék stb. A szín- és árnyalatkülönbséget okozó szennyeződések nagyon gyakran adnak információt a kémiai összetételről. Például a gránátok csoportjában a magnézium-alumínium pirop sötétvörös, a kalcium-alumínium bruttó világoszöld, a kalcium-vas andradit barnászöld stb. (lásd: Determináns. „Gránátok”, 75. sz.). Egy ásvány színének leírásakor jellemezni kell a fő színt, annak mélységét és árnyalatát. Például: sötétszürke kékes árnyalattal (molibdenithez). Az ásványtanban gyakran használnak olyan nem szabványos színjellemzőket, mint a „kochini vörös”, „pisztácia”, „sárgaréz”, „szalmasárga” stb. Az ilyen meghatározások figuratív jellege ellenére azonban jobb, ha a használatukat a minimumra csökkentjük.

Tulajdonság (strai szín)- ez az a jel, ami egy mázatlan porcelán tányéron (kekszön) marad, ha ásványi anyaggal rajzolsz rá. Bizonyos esetekben megegyezik a darabban lévő ásvány színével (cinóber, magnetit, malachit stb.). De sok ásványra jellemző a vonal és a darab színének éles különbsége (pirit, hematit). A tulajdonság tartósabb diagnosztikai jellemző, mint a darab színe.

A színt és a vonalat friss törésben kell meghatározni.

Ragyog tükrözi az ásvány belső szerkezetét és tükröző felületének jellegét egyaránt. A fémes fényű ásványok könnyen megkülönböztethetők. A fémes és fémes fényű ásványok leggyakrabban fekete vagy nagyon sötét csíkkal rendelkeznek (magnetit, galéna, grafit); a fehér és színes csíkokkal rendelkező ásványok általában nem fémes fényűek (gipsz, kén, cinóber). A fémes fényű ásványok csoportjában ez alól kivételt képeznek a természetes arany, réz, ezüst, platina, kalkopirit és a kifakult ércek. Fémes fényűek, színvonalat adnak: arany - zöldes, ezüst - ezüstfehér, réz - rézvörös, kalkopirit - zöldes, fahlores - sötétbarna. A nem fémes csillogás a következőkre oszlik: polifémes (az ásvány fémes fényű, de a csíkok és a por színes), gyémánt, üveges, zsíros, selymes, gyöngyházfényű, matt stb.