Искусственные минералы

Министерство образования Республики Беларусь Белорусский Государственный Университет Транспорта

Кафедра’ Строительные конструкции, основания и фундаменты ‘

Научная конференция на тему:

‘Искусственные минералы’

Выполнили

Студенты гр. ПК-21

Власов Ю.А.

Махвиеня С.О.

Искусственные минералы.

Искусственное получение минералов представляет известный интерес. С одной стороны, это позволяет исследовать процессы минералообразования, с другой – даёт возможность получать нужные для практики минеральные вещества, что широко используется в технологии строительных материалов.

Искусственным путем (методом синтеза) можно получать минералы, которые встречаются в природных условиях (алмаз, корунд, кварц и др.), и минералы, которые в природных условиях самостоятельно не встречаются (алит, белит и др.), а входят в состав различных технических продуктов, таких как цементы, огнеупоры и т.д.

Искусственно полученные естественные минералы путем синтеза из исходных веществ выгодно отличаются от своих аналогов, образованных в природных условиях, так как в них отсутствуют химические и механические примеси. В настоящие время в промышленных целях получен ряд минералов, которые редко встречаются в природе, но обладают ценными свойствами (флюорит, корунд и др.). В 1961 в СССР синтезированы искусственные алмазы, прочность которых была в 40% выше естественных. В таблице 1 приведены некоторые минералы полученные искусственно.

Некоторые естественные минералы, полученные искусственно

Минералы Формула Минералы Формула

Сфалерит ZnS Самородная

Корунд . . А1203 сера .... S

Галенит . . PbS Ангидрит . . CaSO4

Барит .... BaSO4 Энстатит . . . MR (Si206)

Магнетит FeFe2O4 Малахит . . . CuCO∙Cu(OH)2

Оливин . . (Fe, Mg)2(Si04) Шпинель . . A12 Mg04

Полевые шпаты — Кварц .... SiO2

Самородная Галит .... NaCl

медь . . . Cu Асбест . . . —

Карбонаты . . — Слюды .... — .

Алмаз . . . С Пирофиллит . —

Методы синтеза естественных минералов можно разделить на две группы:

1) синтез проводимый в условиях нормального давления.

2) синтез осуществляемый при повышенных давлениях.

В настоящие время получение искусственных минералов сводится к следующим процессам :

1) кристаллизация расплава;

2) реакции, в которых участвуют газовые компоненты;

3) получение минералов в присутствие водных растворов;

4) получение минералов путем реакции в твердой среде.

Методы синтеза минералов требуют специальной аппаратуры, длительны по времени и весьма трудоёмки. В целом задача синтеза минералов еще далеко не решена.

Однако в настоящие время многим исследователям стран СНГ удалось получить целый ряд ценных минералов, которые перестали быть достоянием лабораторий и освоились промышленностью.

Ниже дается краткое описание искусственных минералов, которые встречаются в технических продуктах (цементы, огнеупоры и т.д.), и некоторых высокопрочных кристаллов. Многие из этих минералов входят в состав различных технических продуктов. В связи с этим их описание даётся по группам минералов, выделенных по химическому составу (табл.2).

Искусственные минералы технических продуктов и высокопрочные кристаллы(таб.2)

Группа Минералы Химическая формула

Силикаты кальция А ЛИТ

Белит

Волластоипт Псевдоволластонит Ранкинит 3CaO∙SiO2 2CaO∙SiO β-CaO-SiO2 α –CaO∙SiO2 3CaO-2Si02

Алюминаты кальция Трехкальциевый алю¬минат Пятикальциевый трех-алюминат Однокальциевый алю¬минат Однокальциевый двухалюминат ЗСаО∙А12О3 5CaO∙3Al2O3

CaO∙Al203 CaO∙2Al2O3

Алюмосиликат каль¬ция Геленит 2CaO∙Al2O∙SiO2

Алюмосиликат Муллит 3Al2O3-SiO2

Силикаты кальция и магния Окерманит Монтигеллит 2CaO-MgO-2SiO2 CaO-MgO-2SiO2

Алюмоферрит кальция Целит От CaO-Fe2O3 до 8CaO-3 Al2O3-Fe2O3

Ферриты кальция Однокальциевый феррит Двухкалышевый фер¬рит CaO-Fe2O3 2CaO-Fe2O3

Группа Минералы Химическая формула

Окислы и гидроокис¬лы

Окислы и гидроксилы Известь (свободная окис

Известь (свободная окись кальция) Портлаидит (гидрат окиси кальция)

Периклаз (окись маг¬ния) Кремнезем Тридимит Кристобалит СаО

СаО

Са (ОН)2

MgO

SiO2 Si02 Si02

Гипс и продукты его обезвоживания Гипс α-полугидрат β-полугидрат Ангидрит CaS04.2H20 CaSO4-0,5H20 CaSO4-0,5H2O CaSO4

Прочие соединения кальция Ольдгамит Перовскит CaS CaO∙TiO2

Высокопрочные кри¬сталлы Карбиды вольфрама Карбиды молибдена Нитрид ниобия Карбид бора Карбид кремния WC и W2C Mo2C и МоС Nb3N5 B4C SiC

Искусственные минералы технических продуктов.

Силикаты кальция.

Алит (трехкальцевый силикат) 3CaO∙SiO2 представляет собой бесцветные мелкие кристаллы в виде гексагональных табличек или призм (иногда игловидных) с неясно выраженной спайностью по одному направлению (рис. 1). Сингония тригональная. Кристаллы нередко обнаруживают зональную структуру, особенно хорошо видную при изучении препаратов в отраженном свете. Погасание прямое или под небольшим углом. Однослойный, показатели преломления Ng=1,772, Np=1,718, двойное лучеприломление малое: Ng- Np=0.004. Оптический знак кристалла отрицателен.

Твердость алита по шкале Мооса колеблется между 5 и 6, удельный вес 3,2. Является главным минералом портландцементного клинкера, входит также в доломитовые огнеупоры. Легко может гидратироваться и разлагаться соляной кислотой, способен твердеть под водой.

Белит (двухкальциевый силикат) 2СаО • 5SiO2 в трех видах: α-, β- и γ-формы, причем по оптическим данным αиβ между собою весьма сходны, а переход в γ-форму сопровождается резким изменением свойств α- и β-фор-мы образуют правильные округлые зерна, часто призма¬тического облика, со спайностью по призме (рис. 1). Для белита во многих случаях характерна сложная двойниковая структура и темноокрашенные включения, имеющие правильную ориентировку. В шлифах эти формы имеют желтоватую окраску. За счет растворенных Fе2О3 и Сг2О3 зерна приобретают коричневый или зеле¬ный цвет.

β-форма белита под микроскопом наблюдается в виде трех разновидностей: 1) зерен с двумя или тремя систе¬мами взаимнопересекающихся штрихов, каждая из кото¬рых состоит из параллельных линий, 2) форм с одной си¬стемой двойниковых пластинок; 3) несдвойникованных зерен.

Показатели пре¬омления α- и β-форм: Ng=1,735, Nр=1,717, Ng — Nр = 0,018, оптиче¬ский знак положи¬тельный. Удельный вес 2,974.

Рис. 1 Кристаллы белита в клинке¬ре (210Х)

γ-2СаО∙ЗSiO2 (фелит) имеет при¬зматический облик со спайностью по призме; погасание прямое; показатели преломления: Ng = 1,654, Nр= 1,642, Ng — Nр=0,012. Это низкотемпературная форма, возникаю¬щая из β-формы при 675° С, имеет плотность примерно на 10% меньше плотности α- и β -белита, поэтому такое превращение сопровождается разрушением вещества до состояния тонкой пыли. Появление фелита в вяжущих по¬родах и огнеупорах нежелательно, так как по способности к гидратации и твердению эта форма не активна и в ряде случаев (доломитовые огнеупоры) приводит к разруше¬нию. Вода на γ-форму не действует, она легко разлагает¬ся кислотами.

Белит в значительных количествах присутствует в портландцементном клинкере, в шлаках, доломитовых и магнезиально-доломитовых огнеупорах. Портландцемент с высоким содержанием белита отличается замедленным