Глинистые породы

    Палыгорскиты  давно известны под названиями «горная бумага», «горный картон», «горное дерево». Палыгорскиты являются алюмомагнезиальными силикатами, к которых алюминий и магний присутствуют приблизительно в равных количествах. Для этих минералов характерно волокнистое строение. 

    Химический  состав

    Химический  состав глин колеблется в широких  пределах, и входящие в состав глин оксиды по разному влияют на процесс  получения конечные свойства керамики.

    В глинах наиболее характерных видов  содержится (в % по массе): кремнезема – 46-85, глинозема – 10-35, оксида железа – 0,2-10, диоксида титана – 0,2-1,5, оксидов щелочных металлов – 0,1-6, сернистого ангидрида – 0-0,5, потери при прокаливании (п.п.п.) – 8-14.

Таблица 1. Разновидности глин

    Примеси в глинах находятся в виде тонкодисперсных  частиц либо включений и оказывает существенное влияние как на формовочные свойства глин, так и на свойства готовых изделий (Ермолов, 2004).

    Кварцевый песок, количество которого может достигать  в глинах по массе 60%, ухудшает пластичность, связующую способность глин и  повышает трещинообразование на стадии охлаждения в процессе обжига, что, в свою очередь, приводит к снижению прочности и морозостойкости готовых изделий.

    Оксид алюминия (глинозем – А1203) при повышенном его количество в глине приводит к увеличению температуры обжига и интервала спекания. А изделия с низким содержанием глинозема обладают невысокой прочностью.

    Наличие железистых примесей (оксидов и гидроксидов  железа, лимонит, пирит, сидерит) придает  обжигаемым изделиям в зависимости  от их количества цвет от светлокремового до красно-бурого. Глины с повышенным содержанием красящих оксидов железа могут служить природными пигментами: до 25% гидроксида железа – желтая охра, до 40% оксида железа -красная охра, до 60% оксида железа – ярко-красный сурик и др. В определенных количествах железистые соединения повышают количество керамических изделий, а также указывают на способность глин к вспучиванию.

    Включения пирита и гипса являются причиной появления на поверхности готовых  изделий зеленоватых выцветов и  выплавов.

    Наличие сульфатов вызывает после обжига появление на поверхности изделий высолов.

    Карбонатные примеси (кальцит, доломит) понижают огнеупорность  глин, сокращают интервал спекания, повышают пористость и понижают прочность  готовых изделий. Тонкодисперсные  примеси карбонатных пород практически не оказывает влияние на качество стеновой керамики, но очень вредны для производства изделий с плотным черепком – напольных плиток, канализационных труб, дорожного кирпича. Крупные же включения (более 1 мм) переходят при обжиге сырца в известь, которая гидратируется, поглощая водяные пары из воздуха или при увлажнении изделий в службе, резким увеличением объема, приводящим к появлению локальных вздутий («дутиков») либо полному разрушению изделий.

    Оксид кальция в виде СаС03 также понижает температуру плавления, изменяет окраску обжигаемых изделий, придавая им желтый или розовый цвет, повышает пористость, снижает прочность и морозостойкость изделий.

    Оксиды  щелочных металлов являются сильными плавнями. Они понижают температуру  обжига, повышают плотность и пористость изделий, ослабляют красящие свойства оксида железа.

    Органические  примеси (п.п.п.) в виде остатков растений и гумусовых кислот окрашивают изделия в темные тона, повышают пластичность за счет большого количества связанной воды и, следовательно воздушную осадку. С увеличением их содержания возрастает пористость, тем самым снижая механическую прочность изделий. Они полезны при получении стеновой керамики, но нежелательны в производстве напольных плиток, особенно беложгущихся.

    Минеральный состав глин отличается неоднородностью, однако в нем всегда преобладают  глинистые вещества. В составе глинистого сырья в виде примесей встречаются зерна кварца, полевых шпатов, слюды, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, а также органические вещества, растительные и животные остатки. В глинистом веществе может содержаться в большом количестве один или несколько минералов. Исходя из этого, глины подразделяют на мономинеральные, когда глинистое вещество состоит преимущественно из одного минерала, и полиминеральные, когда глинистое вещество состоит из нескольких минералов.

    Глинистые минералы представляют собой водные алюмосиликаты

    (xАl2О3  • ySiO2 • zH2O),

    где х, y, z имеют различные значения.

    К важнейшим глинистым минералам  относятся: каолинит — Аl2О3 • 2SiO2 • 2Н2О, монтмориллонит — (Са, Mg)O • Аl2О3 • 4 — 5SiO2 • xН2О, гидрослюда (иллит) —  К2О • MgO • 4Аl2О3 • 7SiO2 • 2Н2О и др.

    Мономинеральные глины, состоящие преимущественно  из каолинита или минералов каолинитовой группы, называют каолином. Каолин отличается от других глин высоким содержанием  глинозема Аl2О3, меньшей пластичностью  и обладает свойством придавать повышенную белизну обожженному керамическому материалу (Грим, 1967). 

    Минеральный состав

    Минеральный состав глин отличается неоднородностью, однако в нем всегда преобладают  глинистые вещества. В составе  глинистого сырья в виде примесей встречаются зерна кварца, полевых шпатов, слюды, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, а также органические вещества, растительные и животные остатки. В глинистом веществе может содержаться в большом количестве один или несколько минералов. Исходя из этого, глины подразделяют на мономинеральные, когда глинистое вещество состоит преимущественно из одного минерала, и полиминеральные, когда глинистое вещество состоит из нескольких минералов.

    Глинистые минералы представляют собой водные алюмосиликаты 

    (xАl2О3  • ySiO2 • zH2O),

    где х, y, z имеют различные значения.

    К важнейшим глинистым минералам  относятся: каолинит — Аl2О3 • 2SiO2 • 2Н2О, монтмориллонит — (Са, Mg)O • Аl2О3 • 4 — 5SiO2 • xН2О, гидрослюда (иллит) —  К2О • MgO • 4Аl2О3 • 7SiO2 • 2Н2О и др.

    Мономинеральные глины, состоящие преимущественно из каолинита или минералов каолинитовой группы, называют каолином. Каолин отличается от других глин высоким содержанием глинозема Аl2О3, меньшей пластичностью и обладает свойством придавать повышенную белизну обожженному керамическому материалу.

    Таблица 2

    Минералы  входящие в сосав глин

 

    Гидротермальное образование

    Уже давно было установлено, что аргиллизация, вызванная гидротермальным воздействием, часто наблюдается в виде ореолов  вокруг рудных месторождений. Глинистые  продукты изменения также ассоциируют с горячими источниками и гейзерами. Масштабы ореолов изменения могут варьировать от нескольких до 100 футов и более. В таких ореолах измененных пород встречены все глинистые минералы, за исключением аттапульгит -сепиолита. Часто устанавливается зональное расположение глинистых минералов вокруг источника изменения, причем слюда и каолинит располагаются ближе к этому источнику, а хлорит и монтмориллонит - дальше.

    Явления каолинизации происходят в условиях низкотемпературных гидротермальных процессов при воздействии очевидно кислых вод, содержащих в основном CO2, на алюмосиликаты и силикаты алюминия, не содержащие щелочей. Этот процесс, по существу, приводит к образованию псевдоморфоз каолинита по тем или иным минералам с сохранением их внешних форм или очертаний. Таковы, например, псевдоморфозы каолинита по полевым шпатам, мусковиту, топазу, лейциту и др. Более богатый кремнеземом аноксит образуется в виде псевдоморфоз по биотиту, пироксенам, роговым обманкам и др. 

    Выветривание и почвы

    Глинистые минералы образовались в результате почвообразующих процессов, или  эти процессы оказали существенное влияние на изменение характера  глинистых минералов. Характер глинистых  минералов, встречающихся в данной почве, зависит от природы материнского материала, а также от климата, топографии, растительности и времени, в течение которого продолжалось воздействие этих факторов. Характер исходного материала имеет относительно большое значение на ранних стадиях выветривания, чем там, где выветривание продолжалось в течение долгого периода времени.

    Там, где климат и топография таковы, что преобладающим движением  воды является просачивание вниз через  зону изменения, происходит выщелачивание  щелочей и щелочных земель, присутствовавших в исходном материале.

    В условиях ранних стадий выщелачивания  продуктом выветривания являются несколько  деградированные иллиты и хлориты  и набухающие глинистые минералы, а позднее развиваются каолинит и конечные окислы и гидроокислы  по мере того, как выщелачивание  становится более полным.

    В засушливых районах, где вода не просачивается  вниз, выщелачивания не происходит; щелочи и щелочные земли остаются близ поверхности, и развиваются  почвы черноземного типа, содержащие иллитовые, хлоритовые и монтмориллонитовые глинистые минералы. В чрезвычайно засушливых условиях пустынь, где концентрация магния особенно высока, отмечается образование аттапульгита; считают, что этот минерал образуется именно в таких условиях.

    В результате процессов выветривания, особенно там, где происходят значительные вертикальные движения влаги, образуются последовательные горизонты в пределах зоны изменения. Эти горизонты часто имеют резкие границы с соседними горизонтами. Такие горизонты различаются степенью разложения коренного материала, составом и относительным развитием вторичных минералов, различным размером частиц, содержанием органического материала, а также содержанием щелочей и щелочных земель. 

    Глинистые образования вулканического происхождения (бентониты)

    Излившиеся  вулканические породы зачастую содержат значительное количество стекла, в большей степени, чем кристаллические силикаты, подверженного гидротермальным изменениям, в результате чего возникают залежи глинистых пород.

    Преобразование  вулканических стекол в глинистые  породы может происходить тремя совершенно различными путями:

    А) под гидротермальным воздействием вулканических фумарол;

    Б) путем преобразования вулканических  пеплов и туфов в водной среде  седиментационных бассейнов;

    В) путем воздействия на вулканические  пеплы и туфы метеорных вод в субаэральных условиях.

    Термин  «бентонит» предложен Найтом для  меловых коллоидных глин, образующих месторождение Форт-Бентон (Вайоминг, США). Если эту глину поместить  в воду, она разбухает, увеличиваясь в объеме в несколько раз, и  дает тиксотропные гели с водой даже при относительно небольшом содержании глины. Позднее было доказано, что эти глины имеют существенно монтмориллонитовый состав и являются продуктом изменения вулканических пеплов. Сегодня под бентонитами понимается любая коллоидальная глина с выраженной адсорбирующей способностью.

    Теперь  известно, что изменение вулканического пепла на месте его выпадения  обычно приводит к образованию глин, которые состоят из монтмориллонита. В некоторых случаях в них  также могут присутствовать иллит  или каолинит. Известно, что изменение некоторых вулканических пеплов может привести к образованию глин, сложенных галлуазитом и аллофаном, что в основном зависит от состава вулканического пепла. Эти минералы образуются в том случае, когда исходный вулканический пепел имеет исключительно низкое содержание щелочей и щелочных земель (Бетехин, 1950). 

    Отложения глинистых пород

    Современные осадки

    Преобладающими  глинистыми минералами в современных  осадках морей, по-видимому, являются иллит и хлорит. В некоторых  районах, таких, как Мексиканский залив, в качестве важного компонента современных осадков также присутствует монтмориллонит. Обычно присутствует, кроме того, каолинит, но часто в очень малых количествах.

    Современные осадки, образующиеся вне морских  водоемов, могут иметь любой состав глинистых минералов. Однако в сильно засоленных бассейнах, расположенных в пустынных районах, развивается иллит, хлорит или аттапульгит в зависимости от природы присутствующих в воде этих бассейнов катионов. Например, в присутствии магния в зависимости то его концентрации будет образовываться аттапульгит или хлорит, причем последний минерал развивается при более высокой концентрации магния.