Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования (замедления) сроков схватывания. Его содержание нормируют в пересчете на S03. Содержание S03 ( %—масс.) должно быть: в рядовых портландцементах — не менее 1 и не более 3,5, в высокомарочных и быстротвердеющих портландцементах — не менее 1,5 и не более 4,0, в шлакопортландцементах - не менее 1,0 и не более 4,0.
Возможно использование как природного гипсового камня, так и промышленных отходов — фосфогипса и борогипса.
Наряду с бездобавочным портландцементом (обозначение: ПЦ— ДО) выпускаются также два вида портландцементов с активными минеральными добавками — с содержанием добавок до 5%—масс, (обозначение: ПЦ-Д5) и до 20%-масс. (обозначение: ПЦ-Д20).
Таким образом, ПЦ—ДО состоит из двух компонентов — клинкера и гипса; ПЦ-Д5 может содержать до 5% активных минеральных добавок всех видов; ПЦ-Д20 - до 20% доменных, электро-термофосфорных гранулированных шлаков, глиежей, добавок вулканического происхождения или до 10% добавок осадочного происхождения. Введение активных минеральных добавок снижает себестоимость портландцемента и повышает стойкость цементного камня в минерализованных водах.
Качество клинкера зависит от его химического и минералогического состава. Химический состав характеризуется содержанием в клинкере различных оксидов, а минералогический — количественным соотношением минералов, образующихся в процессе обжига. Портландцементный клинкер состоит в основном из (% мае): СаО - 64+67; Si02 - 21+25; А1203 - 4+8; Fe203 - 2+4. Кроме того, в виде примесей могут присутствовать оксиды щелочных металлов, магния, титана и др.
Вышеперечисленные оксиды при обжиге взаимодействуют между собой, образуя клинкерные минералы. Портландцементный клинкер состоит из ряда кристаллических фаз, отличающихся друг от друга по химическому составу, и стекловидной фазы. Основные минералы клинкера: алит ЗСаО • Si02 (сокращенная запись — C3S); белит - р-модификация 2СаО • Si02 (C2S); трехкальциевый алюминат - ЗСаО • А1203 (С3А) и алюмоферрит кальция переменного состава от 8СаО • ЗА1203 • Fe203 до 2СаО • Fe203 (сокращенная запись - C8A3F - C2F). При расчетах, как правило, пользуются формулой усредненного состава алюмоферритов — 4 СаО • А1203 • Fe203 (сокращенная запись C4AF).
Алит представляет собой кристаллическую фазу, в основе структуры которой лежит структура трехкальциевого силиката. Однако отождествлять полностью алит и трехкальциевый силикат нельзя. При кристаллизации из расплава C3S образуются твердые растворы, в структуру которых встраиваются ионы Mg2+, Al3+, Fe3+ и др. Кристаллы алита в непрозрачных шлифах выглядят как призмы с голубоватой окраской (рис. 3.9 а).
Структура белита основана на кристаллической решетке р-мо-дификации двухкальциевого силиката, в которой катионы Са2+ частично замещаются на ионы Mg2+, Ва2+, Сг3+, К+, а анионы Si04
Posts Tagged ‘минералы’
Вещественный и химико-минералогический состав портландцемента
Понедельник, ноября 30, 2009Метаморфические горные породы
Суббота, сентября 19, 2009Метаморфические горные породы возникают в результате метаморфизма магматических, осадочных, иногда метаморфических пород под влиянием высокой температуры, большого давления и воздействия газовых и жидких растворов, вьщеляющихся из магматических очагов. Для метаморфических пород характерна преимущественно полнокристаллическая структура со сланцевой, полосчатой, реже массивной текстурой. В них содержатся минералы, свойственные магматическим и осадочным породам, а также возникает ряд специфичных минералов: при низкотемпературном метаморфизме — серпентин, тальк, хлориты, при высокотемпературном — дистен, силлиманит, ставролит и т.д.
Для силикатной технологии наиболее распространены и представляют промышленный интерес следующие метаморфические породы.
Глинистые сланцы — породы, соответствующие начальным стадиям метаморфизма осадочных глинистых пород. Кристаллические сланцы— полукристаллические метаморфические породы, возникшие при перекристаллизации( в твердом состоянии) как осадочных пород (парасланцы), так и магматических (ортосланцы). Хлоритовые сланцы— в значительной степени состоят из чешуек хлорита и некоторого количества кварца. Тальковые сланцы — мягкие, жирные на ошупь породы из талька с примесью кварца, хлорита и слюд. Роговообманковые сланцы включают роговую обманку и полевые шпаты. Гнейсы возникают при более высокой степени метаморфизма осадочных (парагнейсы) и магматических (ортогнейсы) пород. Их текстуры разнообразны: сланцевые, полосчатые, очковая, массивная. Кварциты формируются при перекристаллизации песков и песчаников. Железистые кварциты иногда образуют крупные месторождения железных руд. Роговики— контактно-метаморфические породы, имеющие плотное мелкозернистое сложение, образуются при перекристаллизации песча-но-глинистых, реже других пород при контакте с интрузиями (глубинными магматическими породами). Мраморы образуются при перекристаллизации известняков; состоят из зерен кальцита, реже — доломита.
Магматические горные породы
Суббота, сентября 19, 2009Магматические горные породы по содержанию (% Macc.Si02) делят на 1) ультракислые (выше 75); 2) кислые (75—65 ); 3) средние (65—52); 4) основные (52-45) и 5) ультраосновные (менее 45). К особой группе пород относят щелочные породы, содержащие повышенное количество щелочей (среднее содержание Na20—S— 16%масс, К20-3-5%масс). По происхождению различают глубинные, излившиеся и жильные магматические породы, а также продукты вулканической деятельности. Минеральный состав глубинных пород изменяется от ультракислых до ультраосновных. Ультракислые и кислые породы (аплиты и граниты) содержат кварц (30—40%масс), в средних породах (диоритах) его содержание значительно ниже, а в основных и ультраосновных (габбро и перидотиты) кварц отсутствует. В ультракислых и кислых породах встречают калиевые и натриевые полевые шпаты. По мере уменьшения содержания кремнезема в породе возрастает количество темноцветных железосодержащих силикатов и алюмосиликатов (амфиболов, пироксенов, оливинов). В полевых шпатах возрастает содержание кальциевой составляющей, эти минералы приобретают темный цвет.
Таким образом, основные и ультраосновные породы имеют окраску темно-серой до черной. Содержание (% масс.) темноцветных минералов в кислых породах 5—10, средних 15—25, основных 35—40 и ультраосновных 40—100.
Для силикатной промышленности представляют особый интерес ультракислые породы, в которых присутствует кварц и K—Na— полевые шпаты с низким содержанием слюды: аплиты, аляскиты, пегматиты.
Осадочные горные породы образовались в верхних частях земной коры и на ее поверхности под действием атмосферных агентов ( солнце, вода, ветер) и микроорганизмов. Они образуют три генетических группы: а)обломочные породы, состоящие из продуктов механического и химического разрушения горных пород; б)глинистые породы, состоящие также из продуктов механического и химического разрушения горных пород; в)химические и хемобиогенные породы, сформировавщиеся за счет выпадения солей из растворов, а также в результате жизнедеятельности организмов, их последующего отмирания и накопления.
В обломочных осадочных (щебень, галька, пески) в зависимости от величины и формы обломков выделяют: грубообломочные, средние или песчаные, мелкообломочные или пылеватые породы.
Среди рыхлых грубообломочных выделяют угловатые и окатанные породы различных размеров: а) глыбы—угловатые, валуны— окатанные — обломки диаметром более 200 мм, б) щебень — угловатые, галька — окатанные — обломки от 10 мм. Горную породу, представляющую собой сцементированные угловатые обломки, называют брекчией, сцементированные окатанные обломки — конгломератом.
В среднеобломочных рыхлых породах выделяют пески грубозернистые, крупнозернистые, среднезернистые и мелкозернистые. Сцементированные пески называют песчаниками.
В мелкообломочных породах выделяют алеврит крупнозернистый и мелкозернистый. Сцементированные алевриты называются алевролитами.
Глинистые породы (пелиты) — распространенные и широко используемые в промышленности строительных материалов осадочные породы. Глины образуются при переносе и осаждении глинистых минералов; они состоят из тончайших частиц размером менее 0,01мм. Глины содержат в основном минералы — каолин, монтмориллонит, а также гидрослюды, зерна кварца, полевого шпата, нередко органические вещества. Чистые разновидности глин встречаются среди континентальных пород: каолинитовые (огнеупорные) и монтмориллонитовые (отбеливающие) глины. Уплотняясь, глины переходят в аргиллиты — прочные горные породы, не размокающие в воде.
Химические и биохимические породы формируются в водоемах и на суше в результате химических процессов, жизнедеятельности и отмирания животных и растений.
Соли кислородных кислот
Суббота, сентября 19, 2009Соли кислородных кислот — силикаты, сульфаты, карбонаты, фосфаты и др. Важнейшие карбонаты — кальцит СаС03, доломит MgC03CaC03, магнезит MgC03 и др. Среди фосфатов практическое значение имеет апатиты Са5 (Р04)3С1 и Са5 (P04)3Fn близкий к нему по составу фосфорит. Важнейшие сульфаты — гипс CaS042H20, ангидрит CaS04 и др.
Силикаты — наиболее распространенные в земной коре породообразующие минералы, чрезвычайно сложные по химическому составу и кристаллической структуре . В их состав входят — Si, Na, Са, Mg, Al, Fe, Li, О и др. Силикаты и алюмосиликаты составляют примерно одну треть известных минералов, а по массе около 87% всей земной коры. В основе кристаллической структуры силикатов лежит анионная тетраэдрическая группировка (Si04)4' кремнекислородный тетраэдр (рис. 1.2). В центре кремнекисло-родного тетраэдра располагается атом кремния, а в его вершинах ионы кислорода. Анионная группировка [Si04]'4 имеет четыре свободные валентные связи, благодаря чему может присоединять ионы Na, Са, Mg, Al, Fe, Li. Щелочные и щелочноземельные ионы не входят в кремнекислородный мотив, а объединяют мотивы и нейтрализуют заряд. В некоторых силикатах часть ионов кремния замещается ионами алюминия, такие соединения называют алюмосиликатами. Все силикаты по типу формирования структуры подразделяют на островные, кольцевые, цепочечные, слоистые и каркасные. Островные силикаты, например оливин (MgFe)2Si04, гранаты, имеют структуру из изолированных тетраэдров.
В цепочечных силикатах (гиперстен (MgFe)2Si206) тетраэдры соединены в непрерывные цепочки . В ленточных силикатах (роговая обманка Ca2Na(MgFe)4(AlFe)(SiAl)4Olj2(OH)2) тетраэдры, соединяясь, образуют обособленные ленты. Слоистые или листовые силикаты (мусковит KAl^lSi^O^OH, F)2) имеют структуру в виде непрерывного слоя тетраэдров. В каркасных силикатах (кварц Si02, ортоклаз KAlSi4Os) при сцеплении кремнекислородных тетраэдров через все четыре вершины возникает каркасная структура.
Самородные элементы
Суббота, сентября 19, 2009Самородные элементы, за исключением алмаза, обычно — мягкие, платина (Тв. = 4 — 4,5) и железо (Тв. = 4,5) достаточно твердые. Соединения тяжелых металлов (серебра, меди, свинца, висмута и ртути) — мягкие (Тв.< 4). Большинство сульфидов и суль-фосолей относительно мягки, хотя у дисульфида железа — пирита — Тв. 6—6,5. Галогениды, карбонаты и сульфаты обычно мягкие. Фосфаты обладают промежуточными значениями твердости (Тв я 5). Безводные силикаты чаще всего твердые (Тв. = 5.5 — 8), а водные силикаты (слюды, цеолиты) мягче. Оксиды, как правило, твердые, а гидроксиды — мягкие.
Плотность. Относительной плотностью называется число, показывающее, во сколько раз данное вещество тяжелее или легче равного ему объема дистиллированной воды при +4°С. Она варьируется от 1 (вода) до 21,5 (платина). Все минералы делят на три группы: легкие с плотностью до 2,5 г/см3 (гипс CaS04-2H20, сера S, галит NaCl); средние с плотностью от 2,5 до 4,0 г/ см3 (большинство силикатов, карбонатов и кварц Si02); тяжелые с плотностью больше 4 г/см3 (пирит FeS2 и др.).
Минералы могут состоять из одного химического элемента (сера, алмаз, графит, золото и др.), либо нескольких (кварц, кальцит, полевой шпат и др.). Из всего многообразия минералов наиболее часто встречаются так называемые породообразующие минералы, которым обязаны рождением горные породы. К ним относятся кварц, полевые шпаты, слюды, пироксены, амфиболы, карбонаты, сульфаты.
В основу современной классификации минералов положены два основных признака: химический состав и структура. Соответственно, все известные минералы делят на следующие группы: 1) самородные элементы; 2) сульфиды (сернистые соединения); 3) галогениды (галоидные соединения); 4) оксиды и гидроксиды;
5) соли кислородных кислот (силикаты, нитраты, карбонаты, сульфаты, хроматы, молибдаты и вольфраматы, фосфаты, арсенаты и ванадаты, бораты).
Самородные элементы — самородное золото, серебро, медь, платина, графит, алмаз, сера и др. Известно около 45 минералов, состоящих из одного химического элемента, но в строении земной коры они составляют по массе всего 0,1%.
Сульфиды — соединения различных элементов с серой. Среди них встречаются руды, содержащие свинец, медь, цинк, молибден и др.
Галогениды — соли галоидоводородных кислот, например галит (поваренная соль), флюорит (плавиковый шпат) и др.
Оксиды и гидроксиды. — соединения различных элементов с кислородом (оксиды) и соединения с кислородом и гидроксиль-ной группой ОН (гидроксиды). Среди них различают: оксиды (гидроксиды) кремния (группа кварца) и оксиды (гидроксиды) металлов. Кварц (и его разновидности) Si02_ — наиболее распространенный минерал в земной коре и входящий в состав почти всех генетических типов горных пород. В группу оксидов и гидрокси-дов металлов входят ряд важнейших рудных минералов — магнетит (магнитный железняк), гематит (красный железняк), корунд, хромит (хромистый железняк) и др.
Свойства минералов
Суббота, сентября 19, 2009Механические примеси также могут приводить к окрашиванию бесцветных минералов: кварц может быть зеленым из-за механической примеси хлорита; кальцит — черным от примеси марганца или графита.
Цвет черты — цвет тонкого порошка минерала, оставляющего черту при трении образца о шероховатую поверхность фарфоровой пластинки («бисквита»). Цвет черты характерен в основном для непрозрачных рудных минералов. Он может быть белым, черным, коричневым, вишневым, желтым, серым. Для минералов этот признак постоянен.
Блеск — способность минерала отражать свет поверхностями свежего скола. По характеру блеска минералы делятся на две большие группы: а) с металлическим и б) с неметаллическим блеском. Неметаллический блеск в свою очередь имеет несколько разновидностей: алмазный — яркий, искрящийся (алмаз С, киноварь HgS); стеклянный (кварц Si02, флюорит CaF2), перламутровый (тальк Mg3[Si4O]0] (ОН),), шелковистый (селенит CaS022H20), восковой (халцедон Si02), матовый (пиролюзит Мп02).
Прозрачность. Минералы делят на прозрачные (горный хрусталь Si02, исландский шпат СяСШ, полупрозрачные, просвечивающиеся в тонких слоях (опал Si02 пН2д) и непрозрачные,т.е. не пропускающие свет (графит С, пирит FeS2,vi др.).
Спайность — способность минералов раскалываться или расщепляться по определенным плоскостям с образованием более или менее гладких поверхностей. Она может быть: а) совершенная — поверхности раскола минерала по спайности зеркально гладкие (кальцит СаСОу галенит PbS, галит NaCl), или минералы расслаиваются на чешуйки (графит С, слюда, асбест): б) средняя — поверхности раскола в основном ровные, но без блеска, причем допустимы отдельные неровности (нефелин (KNa)[AlSi30^); в) несовершенная — минерал раскалывается по параллельным плоскостям с неровной поверхностью.
Излом — поверхность раскола минерала, прошедшая не по спайности. Различают типы излома: раковистый излом (кварц Si02), ровный, неровный, занозистый (игольчатые минералы); ступенчатый (полевые шпаты).
Твердость — степень сопротивления минерала механическому воздействию. Для определения относительной твердости минералов используют шкалу Мооса — набор минералов, соответствующих 10 классам твердости, в котором более твердый образец оставляет царапину на менее твердом.
Основы минералогии
Суббота, сентября 19, 2009Земная кора состоит из различных горных пород, включающих, в свою очередь, один или несколько минералов. К числу крупнейших потребителей минерального сырья относится промышленность строительных материалов, использующая песок, гравий, глину, каолин, асбест, гипс, диатомит и трепел, полевошпатовое сырье, графит, слюду, тальк, волластонит, многие другие минералы и горные породы, а также промышленные отходы и попутные продукты — золы, шлаки, отходы обогащения металлических руд и углей.
Горные породы состоят из минералов. Минералы — это природные химические соединения преимущественно кристаллической структуры, образовавшиеся на Земле как результат геологических и геохимических процессов. На сегодняшний день науке известно около 3800 минеральных видов и разновидностей, 98% которых имеют кристаллическое строение. Изучением минералов занимается наука минералогия.
Минералы в природе встречаются как в виде отдельных кристаллов, так и в виде сростков и агрегатов. При диагностике минералов их внешний облик является одним из характерных признаков. Важная характеристика отдельных кристаллов — габитус — облик кристалла, формируемый гранями преобладающей простой формы. Кристаллы одного и того же вещества могут отличаться по габитусу в зависимости от условий кристаллизации. Сростки кристаллов могут быть представлены как закономерными, так и незакономерными агрегатами. К первым относятся двойники, а также параллельные и эпитаксические сростки; ко вторым: а) друзы, или щетки— группы кристаллов, имеющих общее основание; б) сферолиты — кристаллические стяжения с радиально-волокнистым строением; в)натечные формы (гроздевидные или-почковидные); г) зернистые агрегаты, сложенные кристаллами неправильной формы или зернами; д)землистые агрегаты — рыхлые, иногда порошковидные скопления.
Диагностику минералов осуществляют по ряду свойств, наиболее важными из которых являются: цвет, цвет черты, блеск, прозрачность, спайность, излом, твердость, плотность, хрупкость, вязкость, ковкость, магнитность, вкус, запах.
Цвет минералов. Окраску минералов делят на три группы: 1) идиохроматическая (собственная), 2) аллохроматическая (зависящая от примесей), 3) псевдохроматическая (случайная). Для некоторых минералов цвет — определяющее свойство, связанное с одним из главных входящих в состав минерала элементов, например, малахит Си2С03(ОН) — всегда зеленый, лазурит CUj(C03)2(OH)2 — голубой, родонит MnSiO^ — розовый. Многие минералы состоят из химических элементов, не дающих характерной окраски, т. е. бесцветны. Их окрашенные разновидности имеют аллохроматическую окраску, обусловленную примесями ионов элементов — хромофоров: Fe, Мп, Си, Cr, Со, Ni и V, присутствие которых даже в малых количествах способно вызвать интенсивную окраску минералов. Например, ярко-зеленая окраска изумрудов обусловлена примесями хрома и ванадия в берилле, а пурпурную окраску аметиста приписывают незначительным примесям железа в кварце. В минералах, не содержащих примесей хромофорных ионов, причиной окраски могут быть также структурные дефекты, вызываемые или изменяемые облучением, нагревом.