- •Кристаллография и минералогия
- •Для студентов высших учебных заведений
- •Предисловие
- •Содержание
- •Введение
- •Основы кристаллографии
- •Глава 1. Аморфные и кристаллические вещества
- •Историческая справка о развитии геолого-минералогических наук. Закон Стенона
- •1.3 Аморфные и кристаллические вещества
- •1.4 Основные свойства кристаллов
- •Глава 2. Зарождение и рост кристаллов
- •2.1 Пути образования кристаллов
- •2.2 Выращивание кристаллов из растворов
- •Факторы, влияющие на облик кристаллов
- •Практическое значение кристаллизации растворов в технологии силикатов
- •2.5 Кристаллизация из расплавов и стекол
- •2.6. Промышленные методы выращивания кристаллов
- •Глава 3. Симметрия кристаллов и их классификация
- •3.1 Элементы симметрии
- •Р исунок 3.1 - Центр симметрии
- •3.2 Взаимодействие между элементами симметрии в кристалле
- •3.3 Классификация кристаллов
- •Глава 4. Простые формы и их комбинации в кристаллах различных сингоний
- •4.1 Распределение простых форм по сингониям и категориям
- •Расшифровка комбинированных форм
- •Глава 5. Установка кристаллов. Определение индексов граней
- •5.1 Понятие о кристаллографических символах
- •Установка кристаллов
- •5.3 Закон Гаюи
- •5.4 Практические рекомендации по определению кристаллографических символов
- •Глава 6. Стереографические проекции кристаллов
- •6.1 Принципы стереографического проектирования
- •6.2 Проектирование элементов симметрии кристаллов
- •Глава 7. Изучение пространственной решетки
- •7.1 Решетки Браве
- •7.2 Определение формульной единицы
- •7.3 Координационные числа и координационные многогранники
- •Глава 8. Плотнейшие упаковки
- •8.1 Понятие о кристаллохимическом радиусе
- •8.2 Виды плотнейших упаковок в структурах
- •8.3 Доля заполненных пустот
- •Глава 9. Типы физико-химических связей в кристаллах
- •9.1 Типы кристаллических структур
- •9.2 Металлический тип связи
- •9.3 Ионная или гетерополярная связь
- •9.4 Ковалентная (гомеополярная) или атомная связь
- •9.6 Водородная связь
- •9.7 Явление поляризации в кристаллических телах
- •Глава 10. Полиморфизм, изоморфизм
- •10.1 Определение полиморфизма, его типы
- •10.2 Примеры полиморфных переходов
- •10.3. Полиморфные превращения в системе SiO2
- •10.4 Понятие об изоморфизме
- •10.5 Виды изоморфизма
- •Глава 11. Главнейшие типы кристаллических структур
- •11.1 Способы моделирования кристаллов. Метод координационных полиэдров
- •11.2 Понятие о структурном типе
- •11.3 Примеры основных структурных типов
- •Тема 12. Кремнекислородные структуры
- •12.1 Особенности строения силикатов
- •12.2 Состав силикатов в виде структурных формул
- •12.3 Классификация силикатов по типу кремнекислородных группировок (радикалов, мотивов)
- •12.4 Особенности структур кварца, тридимита, кристобалита
- •Глава 13. Дефекты кристаллической решетки
- •13.1 Классификация дефектов кристаллической решетки
- •13.2 Нульмерные (точечные) дефекты
- •13.3 Линейные дефекты
- •13.4 Свойства дислокации
- •13.5 Влияние дислокации на скорость роста кристаллов
- •Минералогия
- •Глава 14. Минералогия. Свойства минералов
- •14.1 Наука «минералогия» и объекты ее исследования. Написание формул минералов
- •14.2 Морфология минералов
- •14.3 Явление двойникования и эпитаксии в реальных кристаллах
- •14.4 Физико-химические свойства минералов
- •Тема 15. Геологические процессы образования минералов
- •15.1. Классификация минералов и горных пород по генезису
- •15.2.Эндогенные процессы образования минералов и пород
- •15.3 Экзогенные процессы минералообразования
- •15.4 Метаморфические процессы минералообразования
- •Глава 16. Классификация минералов. Особенности различных классов минералов
- •16.1 Классификация минералов по с.Д. Четверикову
- •16.2 Класс самородных элементов
- •16.3 Сульфиды. Сульфаты
- •16.4 Галоидные соединения. Бораты. Фосфаты
- •16.5 Карбонаты. Нитраты
- •16.6 Оксиды и гидроксиды
- •Глава 17. Силикаты
- •Основные сведения о силикатах
- •17.2 Островные силикаты
- •17.3 Цепочечные и ленточные силикаты
- •17.4 Слоистые силикаты
- •17.5 Каркасные силикаты
- •Литература
Введение
Основой любого технологического процесса являются природные сырьевые материалы, использование которых невозможно без пониманимания их свойств. Эти свойства зависят, главным образом, от структуры минералов и горных пород, которая сформировалась в определенных геологических условиях и изменялась множество тысяч лет. Поэтому представления о зависимости свойств сырьевых материалов от типа их структуры лежат в основе выбора оптимального технологического режима получения продукта высокого качества.
Объектами исследований кристаллографии, кристаллохимии и минералогии являются различные минералы и горные породы, которые зародились на различных этапах формирования земной коры, имеют определенный тип структуры, классифицируются по различным признакам, а следовательно – обладают самыми разнообразными свойствами. Поэтому для формирования наиболее полных знаний о взаимосвязи свойств минералов и их структуры в учебное пособие включены следующие разделы:
● основы кристаллографии, в котором представлены сведения о кристаллических и аморфных веществах, особенностях зарождения и роста кристаллов, поятия об элементах симметрии, разделении кристаллов на классы симметрии, простых формах, установке кристаллов для определения индексов граней, а также о стереографических проекциях;
● основы кристаллохимии – содержит информацию о протранственных решетках Браве, плотнейших упаковках кристаллов, химических связях, главейших типах кристаллических структур, в том числе и кремнекислородных, а также о деффектах кристаллических решеток и их влиянии на свойства минералов;
● минералогия – включает систематизированную и обобщенную информацию о геологических процессах образования минералов, их свойствах, а также диагностических признаках, позволяющих на их основе распознавать минералы и относить их к тому или иному классу.
Таким образом, изучение основ кристаллографии, кристаллохимии и минералогии позволит будующим специалистам иметь высокую квалификацию и грамотно планировать технологический процесс.
Основы кристаллографии
Глава 1. Аморфные и кристаллические вещества
Основные разделы курса «Кристаллография и минералогия» и его значение в системе подготовки бакалавров, специалистов и магистров по специальности: Технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов»
В курсе «Кристаллография и минералогия» изучаются следующие разделы:
г
(основа для изучения последующих разделов)
еометрическая кристаллография – законы внешней симметрии кристаллов и их формыкристаллохимия – внутреннее строение кристаллов;
минералогия – наука о минералах, т.е. об остаточных продуктах геологических процессов, происходящих в земной коре и на ее поверхности;
кристаллооптика – кристаллооптические методы анализа свойств кристаллов с помощью оптического микроскопа;
петрография – наука, изучающая минералогический, химический состав и структуру горных пород, т.е. минеральных агрегатов, слагающих земную кору;
техническая петрография – наука, изучающая минералогический состав и структуру технических силикатных материалов (керамики, цементного клинкера, огнеупоров, стекол, эмалей, глазурей и т.д.);
методы исследования структур силикатных материалов.
При всем многообразии способов изготовления тех или иных изделий (керамический кирпич изготавливается, в основном, по технологии пластического формования, санитарная керамика – шликерным литьем и т.д.), существуют общие обязательные стадии технологического процесса, а именно:
Первичная подготовка сырьевых материалов ( вылеживание глинистого сырья, измельчение каменистых материалов) |
П риготовление шихты или керамической массы (дозирование компонентов, увлажнение, смешение, измельчение) |
Ф ормование изделий (полусухое прессование, пластическое формование, шликерное литье) |
С ушка полуфабриката (естественная или в специальных сушилах) |
О бжиг изделий (при температурах, соответствующих данной технологии) |
С ортировка продукции в соответствии со стандартами |
Упаковка и складирование |
В производстве силикатных материалов используются, главным образом, природные и технические сырьевые материалы, а также вторичные продукты (отходы других отраслей промышленности), которые представляют собой кристаллические или аморфные вещества.
Инженеру-технологу необходимо глубоко и всесторонне знать особенности состава, структуры и свойств сырьевых материалов для разработки и внедрения эффективных ресурсо- и энергосберегающих технологий. Это связано с тем, что ежегодно из недр земли извлекается около 100 млрд. тонн различного рудного и нерудного минерального сырья. Попутно в отвалы выдается около 150 млрд. тонн сопутствующих «пустынных» пород. По прогнозам ученых в ХХІ веке человечеству потребуется около 500 млрд. тонн полезных ископаемых. Следовательно, только рациональное использование минерального сырья даст возможность экономически и экологически эффективно удовлетворять потребности человечества.
Технические силикатные материалы и изделия (ситаллы, керамика, огнеупоры, портландцементный клинкер и др.) также (как и природные минералы) являются кристаллическими веществами. Причем, свойства их непосредственно зависят от структуры и фазового (минерального) состава.
В связи с вышеизложенным, следует отметить большое значение курса «Кристаллография и минералогия» в системе подготовки бакалавров, специалистов и магистров силикатной отрасли.