2.1.4. Класифікація і характеристика основних породотворних мінералів

Кожен мінерал характеризується певним хімічним складом. В окремих випадках зустрічаються мінерали, що схожі за хімічним складом, але відрізняються будовою і зовнішністю.

Хімічний склад кристалічних мінералів відтворюють кристалохімічні структурні формули, котрі одночасно вказують на кількісне співвідношення елементів і характер їх взаємозв'язку в просторових гратах. Досить часто хімічний склад мінералів показують у вигляді простих з`єднань, приміром СаSО₄ 2H₂O (гіпс), Al₂O₃ ^ 2SiO₂ ^ 2H₂O (каолініт) Хімічна формула аморфних мінералів відображує лише кількісне співвідношення елементів.

Хімічний склад мінералів є основою для їх класифікації. Всі мінерали в залежності від їх складу та поширенням в Земній корі розподіляють на десять класів:

I. Силікати - 75%

II. Карбонати – 1,7%

I II. Оксиди 17%

IV. Гідрооксиди,

V. Сульфіди - 1,2%

VI. Сульфати, 0,5%

VII. Галогени, 0,5%

VIII. Фосфати, 0,5%

IX. Вольфрамати,

1X. Самородні елементи. 0,1%

Інженеру-будівельнику доводиться мати справу як з окремими мінералами, так і з гірськими породами, які є відповідним поєднанням мінералів. В складі гірських порід мінерали розподіляються неоднаково, наприклад, польові шпати складають до 60% об'єму магматичних порід, біля 30% метаморфічних і до 12% осадових порід. Багато місця у складі порід займає кварц ( 12% об'єму земної кори), менше - карбонати (1,7%), сульфати (0,1%) і т. ін.

2.1.5. Характеристика породотворних мінералів.

I. Силікати. Це найчисленніший клас, до складу якого входить до 800 мінералів. Клас поділяється на групи, об'єднані спільним складом та будовою: польові шпати, піроксени, амфіболи, слюди, тальк та хлорит, глинисті мінерали, ортосилікати.

Польові шпати (каркасні силікати) - це мінерали ендогенного походження; в залежності від хімічного складу їх поділяють на дві підгрупи: плагіоклазів та ортоклазу.

Плагіоклази (кальцієво-натрові) являють собою безперервний ланцюг суміші мінералів, що складаються з різної кількості альбіту Na₂O Al₂O₃ 6SiO₂ і анортиту CaO Al₂O₃ 6SiO₂. Залежно від вмісту альбіту і анортиту плагіоклази мають різну назву (див. табл.2)

Таблиця 2

Різновиди плагіоклазів

Вміст альбіту, (Ал) %	Вміст анортиту, (Ан)%	Плагіоклази
100…90	0…10	альбіт
90…70	10…30	олігоклаз
70…50	30…50	андезин
50…30	50…70	лабрадор
30…10	70…90	бітовніт
10…0	90…100	анортит

Плагіоклази мають білий, сірувато-білий, сірий та темно-сірий колір, інколи з зеленкуватим, синім та червоним відтінком (іризація), блиск скляний, твердість 6…6.5 балів, спайність досконала у 2-х напрямках, щільність змінюється від 2,61 г/см³ (альбіт) до 2,76 г/см³ (анортит).

До складу широко розповсюджених магматичних гірських порід (габро діабази, базальти) найчастіше входить мінерал лабрадор. Лабрадор є основним плагіоклазом, колір має від сірого до чорного з синьо-зеленим відблиском на площинах спайності (іризація). Має досконалу спайність у двох напрямках, твердість 6 балів, колір риски – білий. Хімічна формула 0,5Ал х 0,5Ан.

Найбільш розповсюдженими мінералами підгрупи ортоклазу (калієво-натрові польові шпати) є ортоклаз і мікроклін, що мають однакову хімічну формулу К₂O Al₂O₃ 6SiO₂. На відміну від плагіоклазів, що розколюються при ударі навкіс, ортоклаз розколюється під прямим кутом, мікроклін - під кутом, що трохи менше від прямого.

Ортоклаз має рожевий, м'ясо-червоний, жовтий та сірувато-рожевий колір, інколи - білий або сірий; блиск скляний, спайність досконала у 2-х напрямках, твердість 6 балів, щільність 2,5…2,6 г/см³. Мікроклін має подібні властивості.

Польові шпати входять до складу гранітів, сієнітів, гнейсів та багатьох інших порід, часто в значних кількостях. Їх використовують в скляній та керамічній промисловості; лабрадор - як корисний матеріал для виготовлення прикрас та облицювання.

Піроксени (ланцюжкові силікати) мають складний хімічний вміст. Найпоширенішим серед них є авгіт _,Ca(Mg, Fe)[(SiAl)₂O₆], зеленкувато-чорного, інколи бурого кольору, блиск скляний, твердість 5…6 балів, злам ступінчастий, зернистий, спайність досконала, щільність 3,2…3,6 г/см³. Є головною складовою частиною габро та піроксенітів. Його присутність надає породі ламкості, утруднює її обробку. При вивітрюванні авгіт переходить у серпентин, хлорит або каолініт.

Амфіболи (стрічкові силікати) являють собою групу широко расповсюджених мінералів, що входять до складу магматичних і метаморфічних порід. Найбільше значення серед них мають рогова обманка та актиноліт. Кристали цих мінералів звичайно подовжені, призматичні або голчасті.

Рогова обманка - це алюмосилікат заліза та магнію, має складний хімічний вміст (Ca, Mg, Fe, Na)(OH)₂ [Si4O₂]₂. Колір темно-зелений, бурий, колір риски світлий, зеленкуватий, спайність середня, досконала, блиск шовковистий; злам скалкуватий, кристали мають голчасту, подовжену форму, твердість 5,5 балів. Походження магматичне, метаморфічне. Підвищує в’язкість гірських порід.

Актиноліт схожий з роговою обманкою, але відрізняється світло-зеленим забарвленням, голчастим зламом та низькою твердістю (4 бали).

До групи слюд (листкуваті силікати та алюмосилікати) належать досить поширені мінерали мусковіт та біотит.

Мусковіт K_2,O 3Al₂O₃ 6SiO₂ 2H₂O - калієва слюда світлого кольору (безбарвна або серебристо-біла, зеленкувата, жовтувата). Колір риски білий, блиск скляний, перламутровий, твердість 2…3 бали, щільність 2,8…3 г/см³, форма кристалів пластинчаста, листкувата, лускувата, злам пластинчастий, спайність надто досконала. Походження магматичне, пегматитове, метаморфічне. Використовується в електротехнічній промисловості (як діелектрик), для виготовлення толю, термо - та звукоізоляційних матеріалів. В зоні вивітрювання переходить у глинисті мінерали.

Біотит (залізо-магнієва слюда) - K_2,O 6FeO₂ Al₂O₃ 6SiO₂ 2H₂O. Колір чорний, зеленкувато-чорний, колір риски білий або зеленкуватий, блиск скляний. Спайність, форма кристалів, твердість та злам - як у мусковіта. Щільність 3,0…3,1 г/см³. Утворюється гідротермальним та метаморфічним шляхом. Біотит - поганий діелектрик. При вивітрюванні переходить у вермикуліт. Використовується як покрівельний матеріал, для прикрас. Присутність слюд у складі гірських порід знижує їх міцність.

У групі тальку та хлориту (листкуваті силікати) найпоширенішими є власне ці мінерали.

Тальк 4SiO₂ 2MgO H₂O - листкувата, лускувата, інколи щільна маса. Колір блідо-зеленкуватий або білий із буруватим, жовтуватим відтінком. Блиск перламутровий, скляний. Спайність надто досконала, твердість 1 бал, щільність 2,7…2,8 г/см³. Характерною ознакою є відчуття милкості на дотик. Походження гідротермальне (гідроліз олівіну), метаморфічне. У будівельній промисловості використовується як вогнестійкий, ізоляційний матеріал.

Хлорит - 4SiO₂ 3MgO H₂O - має колір від світло - до темно-зеленого, риска біла, блиск скляний, перламутровий, твердість 2 бали, щільність 2,0…2,5 г/см³, спайність досконала в одному напрямку, злам нерівний, скалкуватий. Вторинний мінерал, утворюється при хімічному вивітрюванні рогової обманки, авгіту, біотиту в умовах високого тиску і температури.

Олівін (ортосилікати) - 2FeO SiO₂. Колір від жовто-зеленого, оливково-зеленого до чорного, риска біла. Блиск скляний, твердість 6,5…7 балів, спайність недосконала, щільність 3,5 г/см³, злам нерівний, раковистий. Походження магматичне, інколи метаморфічне. Використовується як вогнетривкий матеріал, для виготовлення технічного скла.

Група глинистих мінералів -це гідросилікати алюмінію, марганцю і частково заліза. Зустрічаються у вигляді тонкозернистих та щільних мас. Найпоширенішими є мінерали каолініт, монтморилоніт і гідрослюди. Це породотворні мінерали глинистих порід.

Каолініт - Al₂O₃ 2SiO₂ 2H₂O, має пластинчасті, лискуваті кристали, білий колір з відтінками (жовтуватим, зеленкуватим, буруватим, червонуватим), блиск тьмяний або масний, твердість 1…1,5 бали, щільність 2,63 г/см³, злам землистий, спайність помітна тільки при збільшенні під мікроскопом. Утворюється при хімічному вивітрюванні алюмосилікатів (польових шпатів, слюд). Використовується при виготовленні вогнетривів, кераміки.

Монтморилоніт - алюмосилікат заліза і магнію. Колір білий з відтінками (синім, рожевим, зеленкуватим). Блиск тьмяний, спайність як у каолініта, твердість 1 бал, щільність мінлива, утворюється при вивітрюванні. Важливою відзнакою є властивість набрякати (збільшуватися в об'ємі більше ніж в 10 разів) у воді. Він утворює бентонітові відбілюючі глини, входить до складу багатьох глинистих порід.

II. Карбонати. До цього класу належать солі вугільної кислоти - всього до 80 мінералів. Мінерали вторинні, утворюються при вивітрюванні інших мінералів, шляхом випадіння із водяних розчинів або життєдіяльності організмів, що синтезують для побудови свого скелета вуглекислий кальцій. Найпоширенішими породотворними мінералами є кальцит, доломіт, магнезит.

Кальцит (вапняковий шпат) СаСОз - білого, сірого, жовтуватого кольору, буває з червонуватим, чорним, блакитним відтінком, часто безбарвний, риска біла; щільність 3,0 г/см³, спайність досконала у трьох напрямках, твердість - 3 бали, злам - ступінчастий. Бурхливо реагує із соляною кислотою з виділенням вільного вуглекислого газу

СаСОз + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + СО₂

Прозорий різновид кальциту - ісландський шпат має властивість подвійного променезаломлення, використовується в оптиці для одержання поляризованого світла та в електротехніці.

Кальцит є головним породотворним мінералом вапняків, крейди, мергелю, мармуру та ін.

Доломіт СаСОз МgСO₃- схожий на кальцит, має білий, жовтуватий, сірувато-білий, рожевий, зеленкуватий колір, інколи безкольоровий. Блиск скляний до тьмяного, риска біла, спайність досконала у трьох напрямках, злам ступінчастий, твердість 3,5…4 бали, щільність 2,85 г/см³. Із соляною кислотою реагує у порошкоподібному вигляді, походження гідротермальне. Породотворний мінерал, використовується при виготовленні портландцементу, вогнетривів, як флюс в металургії, як добриво.

Магнезит МgСO₃ має сірий, білий, жовтуватий колір, скляний блиск, досконалу спайність в 3-х напрямках, твердість 4,0…4,5 бали; риска біла, злам зернистий; із соляною кислотою реагує погано, тільки при підігріванні або у порошкоподібному стані. Використовується для виготовлення вогнетривів, цементу, абразивів.

III, IV. Оксиди та гідрооксиди. Налічується біля 200 мінералів, тобто 17% маси земної кори.

Найпоширенішим серед оксидів є кварц - SiO₂. Колір частіше світлий: білий, сірий, жовтий, рожевий, інколи чорний, буває безбарвним, риска біла. Спайність відсутня, блиск скляний, масний, твердість 7 балів. Щільність 2,65…2,7 г/см³, злам раковистий, зернистий, нерівний. Кристалічний кварц (шестигранна подовжена призма з пірамідальною вершиною і штриховкою на гранях) безкольоровий і прозорий - це гірський кришталь, фіолетового кольору – аметист, чорного - моріон, жовтого - цитрин, зеленого - празем, жовтувато - та бурувато-червоного – авантюрин. Кварц стійкий щодо хімічного та механічного впливу. Походження магматичне, гідротермальне, пегматитове. Породотворний мінерал. Використовується в скляній, керамічній промисловості, при виготовленні вогнетривів.

Халцедон - SiO₂ - прихованокристалічний або аморфний різновид кварцу. Колір світлосірий, блакитно-сірий, риска біла, напівпрозорий, блиск тьмяний до воскового, твердість 6,5-7 балів, спайність відсутня, злам раковистий, щільність 2,6 г/см³. Утворюється із водяних розчинів у вигляді напливів, брунькоподібних утворень, зерен та конкрецій. Входить до складу уламкових осадових та магматичних порід. Смугастий різновид халцедону - це агат, синій - сапфірин, із червоними плямами оксидів заліза - геліотроп або кровавик, з великою кількістю механічних домішок - кремінь.

Опал - SiO₂ nH₂O - гідрооксид кремнію, аморфний різновид, зустрічається у вигляді напливів; колір світлий, зеленкуватий, червонуватий до чорного, риска біла. Інколи буває прозорим. Блиск тьмяний до воскового, перламутровий, скляний. Спайність відсутня, злам раковистий, (на зламі має увігнуті поверхні) твердість 5…6,5, щільність 1,8…2,3 г/см³. Входить до складу осадових та магматичних порід.

Корунд - Al₂O₃ - синій, червоний, сірий, зелений, твердість 9 балів, злам нерівний до раковистого, спайність відсутня, блиск алмазний, скляний. Має різновиди: червоний - рубін, синій - сапфір, темний - наждак.

V. Сульфіди. До цього класу належить біля 350 мінералів, але у земній корі їх менше 0,28%. З них добувають мідь, цинк, свинець, сірчану кислоту. Вони не є породотворними, у вигляді домішок знижують якість порід та сировини для виготовлення будівельних матеріалів. Це пов'язано з тим, що сульфіди легко розкладаються під дією атмосферних чинників із утворенням сірчаної кислоти, яка діє на оточуючі мінерали, руйнує породу вцілому. Найпоширеніші серед сульфідів є пірит та халькопірит.

Пірит (сірчаний колчедан) - FeS₂ - латунно-жовтого кольору, риска чорна, блиск металевий, спайність відсутня, злам раковистий, твердість 6,0…6,5, щільність 5 г/см³. Використовується для виробництва сірчаної кислоти.

Халькопірит CuFeS - використовується як мідна руда

VI. Сульфати - це солі сірчаної кислоти. До класу належить приблизно 260 мінералів, що складають 0,1% маси земної кори. Мінерали світлого кольору, м'які, розчинні у воді. Утворюються звичайно як хімічні осади. Породотворними є гіпс та ангідрит.

Гіпс - СаSО₄ 2H₂O. Блиск скляний, перламутровий, шовковистий, колір білий, сірий, жовтуватий, червонуватий, буває безбарвним, риска біла; твердість 2 бали, спайність досконала в одному напрямку, злам ступінчастий, голчастий, у волокнистих різновидів (селеніт). При температурі 107°С переходить в напівобпалений гіпс, що має в'яжучі властивості (будівельний алебастр). Використовується для виробництва цементу, алебастру, сірчаної кислоти, фарб,

Ангідрит - СаSО₄ . Колір сірий, блакитний, коричневий. Блиск скляний, масний, спайність досконала, злам нерівний, ступінчастий, твердість 3,5 бали, щільність 3,0 г/см³. Використовується для виробництва окремих видів цементу.

VII. Галогени. До цього класу належить більш як 100 мінералів. Це солі галоїдних кислот, що легко розчинюються у воді, а тому являють собою шкідливі домішки в породах. Породотворними є галіт, сильвін, флюорит.

Галіт – NaСl. Безкольоровий, сіруватий, напівпрозорий, блиск масний, скляний, твердість 2,5 бали, риска біла. Спайність досконала у трьох напрямках, кристали мають форму куба. Солоний на смак, легко розчиняється у воді. Використовується для виробництва соляної кислоти, хлорного вапна, кераміки.

VIII. Фосфати. Це солі ортофосфорної та інших фосфорних кислот. Найбільш поширеним представником класу є апатит.

Апатит - Ca₅[PO₄]₃(Cl, F). Колір зелений, зеленкувато-сірий, бурий, жовтий, фіолетовий. Блиск скляний, масний, спайність недосконала, злам нерівний, раковистий, цукристий. Твердість 5 балів, щільність 3,2…3,4 г/см³. Входить до складу магматичних і осадових порід. Цінна сировина для виробництва фосфорних добрив.

X. Самородні елементи. До цього класу належить приблизно 100 мінералів, які є простими хімічними елементами. Вони складають 0,15% маси земної кори. Це насамперед благородні та кольорові метали – золото - Au, срібло - Ag, платина - Pt , мідь - Cu та ін., а також неметали - графіт, алмаз - С , сірка - S та ін. Породотворними з них є тільки графіт та сірка.

Графіт - C. Колір від сіро-сталевого до чорного, риска чорна, блискуча. Блиск металевий, спайність надто досконала, твердість 1 бал, масний на дотик, щільність 2,2 г/см³, пише на папері. Зустрічається в метаморфічних та магматичних гірських породах. Використовується для виготовлення олівців, як мастило, у гумовій, електротехнічній та атомній промисловості (як сповільнювач та відбивач нейтронів).

Сірка – S. Колір світло-жовтий, червоний, коричневий та чорний, інколи буває біла та блакитна. Блиск скляний, масний, спайність досконала, злам раковистий. Твердість 1 бал, щільність 2 г/см³. Утворюється вулканогенним та осадовим шляхом. Використовується для виробництва сірчаної кислоти, целюлози, ядохімікатів, штучних волокон, гуми та ін.