Искусственные минералы

Алюмосиликат кальция

Геленит 2СаО • А1₂Оз • 51О₂ кристаллизуется в квадратной сингонии и дает прозрачные бесцветные таблички или призмы ,с ясно различимой     спайностью,  расположенной     поперек его удлиненных   кристаллов. Иногда образует кре -                                                                           
стообразные       скелетные формы роста. Показатели                                                            
преломления:    Ng=1,669, Nр = 1,658.   Двупреломление умеренное:Ng—Nр= 0,011.   Цвета    интерференции  беловато-желтые.Оптический знак  отрицательный. Одноосный. 
Разлагается    в    солянойкислоте. В глиноземистых 
цементах   геленит  размещается между кристаллами однокальциевого алюмината или прорастает   их.   По свойствам   относится к инертной части цемента. Типичный   минерал   доменныхшлаков (рис. 3).

 

 

 

 

Алюмосиликат

Муллит ЗА1₂О₃ • 5Ю₂ образует игловидные, призматические или волокнистые кристаллы с ясно различимой совершенной спайностью. Сингония ромбическая. В чистом виде бесцветен, но от примесей Ре2Оз и 5Ю₂ часто получает розовую или синеватую окраску.

Эти примеси ведут к повышению  светопреломления до Ng=1,682, Np=1,661 и Ng — Np=0,021, в то время как у чистых муллитовых кристаллов Ng=1,654, Np = 1,642, а Ng — Np = 0,012. Оптически положительный.

Минерал может давать сростки  и скопления (рис. 4). Примеси Fе₂О₃ и SiO₂ вызывают появление плеохроизма в желтоватых и голубоватых тонах. Удельный вес муллита 3,03. Размер кристаллов муллита разнообразен: от 2 до 5 мк в шамоте до 10 мм по длине в муллитовых изделиях. Входит также в состав фарфора.

Силикаты  кальция и магния

Окерманит 2СаО •МgО-2SiO₂ встречается в природе и образуется искусственно в виде бесцветных квадратных коротких призм или табличек с показателями преломления: Ng=1,638, Nр=1,631. Двупреломление слабое: Ng — Np = 0,007. Оптический знак положительный. Одноосный. Окерманит во всех отношениях смешивается с геленитом, образуя серию геленитокерманитов (мелилиты), оптические свойства которых варьируют вместе с составом. Форма таких кристаллов сходна с геленитом. Их сингония тетрагональная. Удельный вес 3,18. Входят в состав магнезиальных цементов, огнеупоров, шлаков.

Монтичеллит СаО • МgО • 2SiO₂ кристаллизуется в ромбической системе и дает в природе и в технических продуктах бесцветные призматические зерна со слабой неясной спайностью. Сингония ромбическая. Удельный вес 3,2. Оптические свойства изучены недостаточно. Показатели преломления при содержании его в виде 10%-ного твердого раствора 2MgO∙5SiO₂ имеют следующие величины: Ng= 1,655—1,651, Np=1,638—11,640, Ng—Nр = = 0,015, оптический знак положительный. Встречается в различных шлаках.

Алюмоферрит кальция

Целит (алюмоферрит кальция) представляет собой кристаллы, состав которых может варьировать от 8СаО • ЗА1₂О₃ • Fе₂О₃ до СаО • Fе₂О₃. Кристаллы целита в портландцементном клинкере заполняют промежутки между алитом и белитом, иногда создавая тончайшие прорастания с другими второстепенными минералами. Они имеют призматическую или округлую форму, сингония ромбическая, цвет от светло-бурого до темно-бурого. В шлифах ясно выражен плеохроизм от светло-желтых до темно-бурых оттенков, угол погасания весьма мал. В отраженном свете целит имеет большую отражательную способность, в силу чего кажется светлоокрашенным.

По данным Н. А. Торопова (1950), в клинкере с повышенным содержанием окиси железа состав целита приближается к 2СаО ∙ Fе₂О₃ в нормальных клинкерах — к 4СаО ∙ А1₂О₃ ∙ Ре₂О₃ и 8СаО ∙ ЗА1₂О₃ ∙Ре₂О₃.

Показатели преломления  для 4СаО∙А1₂О₃∙Fе₂О₃ (разновидности, называемой браунмиллеритом): Ng = 2,08, Np=1,98, Ng — Np = 0,10. От содержания в нем 1—2% МgО (периклаза) светопреломление несколько снижается, а клинкер приобретает характерную зелено-серую окраску. Удельный вес 3,77. Присутствие браунмиллерита снижает экзотермический эффект твердения портландцемента. Встречается также в шлаках.

 

 

Ферриты кальция

В эту группу входят два минерала: однокаль-циевый феррит СаО∙Fе₂О₃ и двухкальциевый феррит 2СаО∙Fе₂О₃. Оба они играют роль минерализаторов в различных огнеупорах и некоторых видах портландцемента.

Однокальциевый  феррит СаО∙Fе₂О₃ представляет собой длинные игольчатые кристаллы, слабо прозрачные под микроскопом. Сингония квадратная или гексагональная. Окраска черная, а в порошке интенсивно красная. Показатели преломления: Ng = 2,465, Np = 2,345, двупре-ломление высокое: Ng — Np = 0,120. Феррит в твердом состоянии может растворять в себе до 10% СаО∙А1₂О₃ и тогда показатели преломления снижаются: Ng = 2,25, Np = 2,13, а двупреломление Ng — Np = 0,12. Растворяется в кислотах. Встречается в составе клинкера глиноземистого цемента.

Двухкальциевый  феррит 2СаО∙Fе₂О₃ кристаллизуется в виде черных кристаллов, которые в шлифах  имеют желтовато-бурую     окраску.      Спайность      отсутствует Ng = 2,29, Np = 2,20, Ng — Np = 0,090. Оптически положительный. Растворяется в соляной кислоте.

Двухкальциевый феррит при гидратации твердения не дает. Образуется в доломитовых огнеупорах, в портландцементе и шлаках. В магнезитовых огнеупорных массах применяется как ускоритель спекания периклаза.

Окислы и гидроокислы

     Известь СаО (свободная окись кальция) представляет собой бесцветные кристаллы кубической сингонии. Форма зерен округлая. Встречаются кубики или кучные скопления с ясно выраженной спайностью по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Кристаллы оптически изотропны. Их показатель преломления N=1,836. В шлифах отличается грубым рельефом. СаО присутствует в клинкере портландцемента (до 10%) обычно в виде мелких зернышек, которые иногда наблюдаются внутри кристаллов ЗСаО∙А1₂О₃, а также в мартеновских шлаках и т. д. В отраженном свете СаО определяется методом травления поверхности шлифов (микрохимические реакции).

Портландит (гидрат окиси кальция) Са(ОН)₂. Образует бесцветные шестиугольные кристаллы гексагональной сингонии с совершенной спайностью. Показатели преломления: Ng=1,574, Np=1,545, Ng — Np = 0,029. Оптический знак отрицательный. Удельный вес 2,23. Входит в состав строительных растворов, различных вяжущих, силикатного кирпича, динаса.

Периклаз (окись магния) МgО встречается в виде округлых октаэдрических или кубических кристаллов незначительных размеров. Спайность по плоскостям куба. Чистый периклаз бесцветен, при частичном растворении в нем окислов железа приобретает желтоватую окраску. Минерал изотропный, показатель преломления N=1,734—1,737. В прозрачном шлифе распознается с трудом. Определяется при травлении поверхности шлифа в силу своей большой отражающей способности. Удельный вес 3,58. Периклаз — наиболее важная составная часть магнезитовых и доломитовых огнеупоров, входит также в клинкер портландцемента, в шлаки и т. д. Иногда в кристаллах периклаза, например в спекшемся магнезите, наблюдаются темные точечные выделения магне-зиоферрита.

Кремнезем 5SiO₂ в технических продуктах встречается в виде различных полиморфных форм, из которых главными являются кварц, тридимит, кристобалит, а также кремнеземистое стекло. Минерал кварц, представляющий собой низкотемпературную форму SiO₂ (образуется ниже 573°С).Остановимся на характеристике других форм.

Тридимит — умеренная температурная форма SiO₂. Кварц в тридимит превращается при температуре выше 870° С. Кристаллы бесцветные или светло-серые, имеют форму пластинок или удлиненных табличек, часто с характерным образованием копьевидных двойников. Размер зерен может достигать 3—4 мм. Сингония ромбическая, удельный вес 2,27, Ng=1,473, Np = 1,469,. Ng-Np = 0,004.

В динасе содержание трндимита достигает 50—70%. Переход SiO₂ в тридимитовую форму сопровождается значительным увеличением объема. Встречается также в шлаках.

Кристобалит — высокотемпературная фаза SiO₂ (образуется при температуре выше 1470°С). Дает правильные октаэдры, зернистые скопления и чешуйчатые сростки, иногда с полисинтетическим двошшкованием сложной сотовидной структуры (рис. 5). Кристаллы бесцветные, реже молочного цвета. Удельный вес 2,32. Ng=1,487, Np=1,484, Ng — Np = 0,003. Входит в состав динаса.

Рис. 5. Кристобалит

Кремнеземистое стекло возникает при достаточно быстром охлаждении кремнеземистого расплава. Оно может быть бесцветным или молочной окраски, последняя обусловлена воздушными пузырьками. Стекло изотропно. N= 1,459, удельный вес 2,203. Устойчиво в кислотах (кроме плавиковой и фосфорной). Кремнеземистое стекло широко применяется как изоляционный, кислотоупорный, огнеупорный и электроизоляционный материал.

Гипс и продукты его обезвоживания

Гипс СаSО₄∙Н₂О и ангидрит СаSO₄ — природные образования.Среди продуктов обезвоживания гипса выделяются кристаллические вещества: α-полугидрат           (СаSО₄∙ 0,5Н₂О), β-полугидрат (СаSО₄∙0,5Н₂О), γ-обезвоженный полугидрат, β-обезвоженный полугидрат, α- ангидрит (СаSО₄), β-ангидрит и γ-нерастворимый ангидрит.

α-Полугидрат СаSO₄∙0,5Н₂О получается при нагревании гипса под давлением 120—125 атм. При этом образуются бесцветные кристаллы в виде удлиненных игл или шестиугольных призм с поперечными полосками (рис. 6). Сингония моноклинная. Показатели преломления при обезвоживании возрастают: Ng=1,584, Np=1,559. Двупреломление высокое: Ng — Np = 0,025.

                           

               Рис. 6. Продукт обжига α-полугидрата при 150° (150Х)

Удельный вес 2,72—2,73. Главная  составная часть высокотемпературного гипса.

β-Полу гидрат СаSО₄∙0,5Н₂О образуется при нагревании гипса на воздухе до     120° С и потере воды в виде газообразной фазы. Дает мелкозернистую или волокнистую массу бесцветных кристаллов. Ng=1,556, .Np = 1,550, Ng — Nр = 0,006. Удельный вес 2,67—2,68. β-Полугидрат менее устойчив, чем α-полугидрат. Главная составная часть варочного гипса.

Ангидрит СаSО₄ — искусственный минерал, так называемый растворимый ангидрит, образующийся при обезвоживании полугидратов при температуре выше 220° С. Встречается в двух модификациях — αиβ. Отличается по своим свойствам от природного растворимого ангидрита. Растворимый ангидрит имеет форму призм с прямым погасанием и положительным удлинением. Показатели преломления для α-ангидрита: Ng=1,570, Np=1,554, для β-ангидрита: Ng=1,570, Nр = 1,546. Растворимые   ангидриты на воздухе быстро гидратируются.

Гипс и продукты его обезвоживания  широко применяются в качестве вяжущего, формовочного материала и т.д.

Прочие соединения кальция

Ольдгамит (сульфид) СаS образуется в составе основного доменного шлака в присутствии значительного количества серы. Кристаллизуется в виде очень мелких округлых изотропных зерен кубической сингонии с очень высоким светопреломлением (N = 2,90). Зерна бесцветны, водянопрозрачны. Мелкие зерна ольдгамита трудно различимы даже при больших увеличениях микроскопа. Удельный вес 2,71. Входит в состав шлаков и цементов.

Перовскит СаО ∙ ТiO₂ кристаллизуется в форме октаэдров псевдокубической сингонии с ясно различимой спайностью. Окраска светло-бурая. Показатель преломления N = 2,36. Входит в состав доменных шлаков.

 

 

 

 

 

Искусственные высокопрочные кристаллы

Высокопрочные искусственные  кристаллы применяются в технике как режущий и абразивный материал. Таких кристаллов уже известно более 40. Это различные карбиды, нитриды, гидриды и бориды. Твердость их по шкале Мооса превышает 7.

Карбид бора — твердый раствор бора, В₄С. Облик кристаллов ромбоэдрический с усечением призматическими и пирамидальными формами. Сингония гексагональная. Удельный вес 2,48—2,52. Твердость по шкале Мооса около 9. Под микроскопом в отраженном свете карбид бора имеет белый цвет, высокую отражательную способность, высокий рельеф.

Карбид кремния (карборунд) 51С кристаллизуется в зависимости от температуры в кубическую (1650— 2000° С) или гексагональную (свыше 2000° С) сингонии. Структуры карбида кремния относятся к слоистым и состоят из чередующихся пачек слоев тетраэдров [81₄С] и [С51₄] двоякой ориентации. Удельный вес кубического карбида кремния 3,216, а гексагонального – 3,217, Ng=2.697, Np=2.654 , Ng-Np=0.043. В проходящем свете – зеленый, синий, реже бесцветный или дымчатый. В отраженном свете кристаллы светло-серые, почти белые, имеют высокую отражательную способность и высокий рельеф. Твердость по шкале Мооса более 9.

Нитрид ниобия Nb₃N₅ образуется восстановлением трехокиси ниобия сажей в атмосфере азота при 1200 ˚C. Это кристалл с плотной гексагональной решеткой. Удельный вес 8,4. Твердость по шкале Мооса 8 – 9.

Карбиды вольфрама WC и W₂C получают расплавлением вольфрамового ангидрида WO₃ c сажей в пламени вольтовой дуги. Оба карбида относятся к гексагональной сингонии. Твердость по шкале Мооса у WC=9, W₂C =9 – 10.

Карбиды молибдена  Мо₂С и МоС получают расплавлением смеси молибденового ангидрида с карбидом кальция и углем в вольтовой дуге или плавлением шихты, содержащей уголь и МоО₂. Кристаллы гексагональной сингонии. Твердость по шкале Мооса 7 – 9.

 

 

Список используемой литературы:

1)Инжинерная геология.                                              Минск 2001г.

2)Искуственые минералы, их свойства  и строение. Москва1989г.

3)А так же по средствам  Интернета, (рисунки).