3.2. Породообразующие минералы

Минералы имеют определенный химический состав и физиче­ские свойства. В составе земной коры более 2000 минералов, но толь­ко 50 из них участвуют в образовании горных пород. Их называют по­родообразующими минералами. Большинство породообразующих минералов являются кристаллическими телами и имеют анизотроп­ные свойства, т.е. их физические свойства неодинаковы по разным кристаллографическим направлениям.

Породообразующие минералы объединены в группы, рассмот­рим основные из них.

Группа кварца. Кварц (SiO₂) — кристаллический кремнезем, один из наиболее распространенных минералов в земной коре, входит в состав многих горных пород. Кремнезем является наиболее плот­ным, прочным и химически стойким минералом. Кварц встречается как бесцветный, так и с различными цветовыми оттенками: белый, розовый, зеленый. По своей структуре кварц не обладает спайностью, он имеет раковистый излом разнообразной формы и жирный блеск. Плотность кварца 2,65 г/см³, твердость 7 по шкале твердости, предел прочности при сжатии около 2000 МПа, хорошо сопротивляется исти­ранию, не реагирует с кислотами и щелочами. При температуре 1710°С кварц плавится и после быстрого остывания образуется квар­цевое стекло. При разрушении изверженных горных пород стойкие зерна кварца не разрушаются, а образуют кварцевый песок.

В природе встречается минерал опал аморфной структуры — это гидрат кремнезема

SiO₂ х nH₂O. Аморфный кремнезем активный,

может соединяться с известью при нормальной температуре.

Группа алюмосиликатов. Второе место после кремнезема в земной коре занимает глинозем А1₁O₃ . Глинозем обычно находится в виде химических соединений с кремнеземом и другими оксидами, на­зываемых алюмосиликатами. Наиболее распространены в земной ко­ре алюмосиликаты — полевые шпаты. К этой же группе минералов относятся слюды и каолиниты.

Полевые шпаты — кристаллические минералы, в состав кото­рых входят оксиды кремния и алюминия, и, кроме того, в зависимости от вида полевого шпата в этот минерал входят, калий, натрий или кальций. Минерал участвует в образовании многих горных пород, ха­рактеризуется хорошо выраженной спайностью по двум направлени­ям. При ударе полевой шпат раскалывается на куски, имеющие пря­мой или косой угол. Прямораскалывающиеся шпаты называют ортоклазами — К₂О • А1₁O₃• 6SiO₂, а косораскалывающиеся — плагиоклазами: кальциевый анортит СаО х А1₂О₃ х 2Si₂ и натриевый альбит Na₂O х А1₂О₃ х 6Si₂. Ортоклазы в основном бывают светло-розовые, буровато-желтые, а плагиоклазы — белые, серовато-белые с разными оттенками. Плотность полевых шпатов 2,55...2,76 г/см³, твердость 6 по шкале твердости, предел прочности при сжатии 120...170 МПа, при температуре 1170...1550°С шпат плавится. Эти минералы обладают низкой атмосферостойкостью, подвергаются раз­рушению с образованием минерала каолинита. В чистом виде поле­вые шпаты применяются в качестве плавней при производстве кера­мических материалов.

Слюда — водный алюмосиликат сложного и разнообразного со­става. Довольно распространенный минерал, входящий в состав изверженных пород. Особенностью слюды является ее способность расщепляться на тонкие упругие пластинки, т.е. она обладает совер­шенной спайностью. Большое содержание слюды придает горной по­роде слоистость, снижает ее прочность и стойкость, затрудняет поли­ровку. Плотность 2,8...3,2 г/см3, твердость 2...3 по шкале твердости. Наиболее распространенными разновидностями слюды являются мусковит и биотит.

Мусковит — прозрачная бесцветная слюда, хорошо сопротив­ляется выветриванию, биотит — непрозрачная слюда черного или бурого цвета, разлагается в концентрированной серной кислоте, в то время как мусковит кислотостоек и обладает электроизоляционными свойствами.

Каолинит — водный алюмосиликат А1₂O₃ • 2SiO₂ • 2Н₂O, пред­ставляет собой продукт выветривания изверженных и метаморфиче­ских горных пород. Отдельные пластинки и чешуйки его бесцветны, а сплошные массы могут иметь белый, желтоватый, бурый или зелено­ватый цвет. Плотность 2,5...2,6 г/см³, твердость 1. Каолинит входит в состав осадочных горных пород (глин, известняков, песчаников и др.). Каолинит является ценным сырьем для производства фарфора и фа­янса, а также огнеупорных материалов и изделий.

Группа железисто-магнезиальных силикатов. Минералы этой группы имеют темную окраску, поэтому их часто называют темноокрашенными минералами. Они обладают высокой прочностью, значительной вязкостью (повышенной сопротивляемостью удару). Плотность 3,0...3,6 г/см3, твердость 5,5...5,7. Наиболее распространен­ные породообразующие минералы железисто-магнезиальной груп­пы — пироксены (авгиты), роговая обманка и оливин. Темноокрашенные минералы входят преимущественно в состав изверженных горных пород.

Группа карбонатов и сульфатов. Минералы этой группы наиболее часто встречаются в осадочных породах. Важнейшие из них — кальцит, магнезит, доломит, гипс и ангидрит.

Кальцит или кристаллический известковый шпат СаСО₃ —один из самых распространенных минералов земной коры. Этот ми­нерал может быть бесцветным или окрашенным примесями в раз­личные цвета: розовый, желтый, темно-серый и черный. Он легко раскалывается по плоскостям спайности по трем направлениям. Плотность 2,6...2,8 г/см3, твердость 3. Этот минерал хорошо распозна­ется по вскипанию при действии на него раствора соляной кислоты. Кальцит встречается как в форме кристаллов и зерен, так и в виде монолитной массы. Кристаллы кальцита очень красивы. Кальцит хо­рошо цементирует зерна песка, присутствие его в осадочных горных породах делает их ценным сырьем для производства минеральных вяжущих веществ.

Магнезит (МgСO₃), как и кальцит, относится к карбонатным минералам. Он тверже и тяжелее кальцита. Плотность 2,9...3,1 г/см3, твердость 3,5...4,5. В кислотах растворяется лишь при нагревании. В природе встречается реже, чем кальцит. Цвет его может быть от снежно-белого до белого с розовым или желтоватым оттенком. При­менение магнезита основано на высокой огнеупорности и вяжущих свойствах оксида магния.

Доломит (СаСО₃ х МgСO₃)— минерал, встречающийся в при­роде в виде двойной соли. Цвет доломита серовато-белый, иногда с желтоватым, зеленоватым или буровато-красным оттенком. Плот­ность 2,9 г/см³, твердость 3,5...4. Более твердый, прочный, менее рас­творимый в воде по сравнению с кальцитом. Доломит слагает породу того же названия. Применяется в качестве сырья для производства магнезиальных вяжущих веществ.

Гипс (СаSO₄ х 2Н₂О)— типичный минерал осадочных пород.

Имеет пластинчатое, волокнистое или зернистое строение. Гипс имеет белый цвет, иногда бывает прозрачен или окрашен примесями в раз­личные цвета: серый, красный и др. Плотность 2,3 г/см³, твердость 1,5...2, обладает легкой растворимостью в воде. Применяют гипс в производстве гипсовых вяжущих.