Диссертация (1141449), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Эти процессы (Рисунок 2.8) можно представить как разрушение кристаллической структуры исходных минералов с пере-69ходом через псевдоаморфное (скрытокристаллическое) состояние, с формированием кристаллической структуры новых породообразующих минералов. Однакоидеального аморфного (равно как и кристаллического) состояния не достигается ипереход через него можно считать условным [404].
В результате этого происходитизменение исходной каркасной структуры полевых шпатов в слоистую структуруВысокое содержание KВысокое содержание Mg, Ca, Na, FeМикроклинЖаркий влажный климат ( –Si)ОртоклазБыстрое удаление катионовПолное удаление Mg в зоне выветриванияДругие–KМусковит+H2OФельдшпатоидыАвгитРоговаяобманкаДругие–KГлинахлорит–K+K– MgВермикулит – MgБиотитПервичныйхлоритТонкодисперснаяслюда (иллит)–KСлюдаdsfd ddПЕРВИЧНЫЕ АЛЮМОСИЛИКАТЫглинистых минералов.Смектит(монтмориллонит)– Si– SiКаолинитОксидыFe и Al– MgМедленное удаление катионовБыстрое удаление катионовЖаркий влажный климат ( –Si)область пород незавершеннойстадии минералообразованияРисунок 2.8 – Схема кристаллохимических преобразований при экзогенныхпроцессах выветривания:– область пород незавершенной стадии минералообразованияВ процессе данного перехода образуются породы, которые можно охарактеризовать как продукты промежуточной стадии выветривания, занимающие значительный участок на линии трансформации вещества и преобладающие в природе.К породообразующим минералам этих образований относятся рентгеноаморфнаяфаза, гидрослюды, смешаннослойные минералы, несовершенной структуры каолинит и монтмориллонит.
При формировании этих соединений происходит разу-70порядочение кристаллической структуры исходных минералов, за счет чего возрастает энтропия системы, увеличивается энергия Гиббса и, соответственно, повышается термодинамическая неустойчивость пород (см. рисунок 2.7). Именноэти породы и являются наиболее предпочтительными с точки зрения сырья дляполучения вяжущих.Как уже указывалось, магматические и метаморфические породы, обладающие полнокристаллической структурой, обладают наибольшей термодинамической устойчивостью. Эти породы находят широкое применение в качестве заполнителей, так как практически не подвергаются изменениям в процессеэксплуатации строительных материалов.
Продукты конечной стадии выветривания, к которым относятся каолинитовые и монтмориллонитовые глины являютсясырьем для производства цемента, керамических материалов и огнеупоров.Породы промежуточной стадии выветривания, механо- и хемоактивированные экзогенными геологическими процессами, т.е. стадии начала химическоговыветривания, в результате которого происходит формирование дефектов структуры силикатов и алюмосиликатов и образование гидрослюды, практически неиспользуются. Однако эти породы за счет термодинамической неустойчивостиявляются наиболее эффективным сырьем в качестве компонентов тех систем, которые должны проявлять высокую активность.
В частности, такие породы можноиспользовать в качестве компонента вяжущего гидротермального твердения, чтопозволит управлять процессами структурообразования автоклавных материаловнового поколения. При этом возможен синтез нетипичных для традиционных известково-песчаных силикатных материалов новообразований, что обеспечит высокие физико-механические свойства изделий.При использовании глинистых пород НСМ фазообразование, в отличие оттрадиционной известково-песчаной сырьевой смеси, происходит в более сложнойсистеме – «CaO–[SiO2–Al2O3–(MgO)]–Н2O», в которой глинистое сырье условнообозначено основными оксидами, влияющими на состав формируемых новообразований.71Таким образом, на основании данных о генезисе пород коры выветривания,процессах фазообразования в искусственных системах автоклавного твердения иих сопоставления с природными аналогами минералообразования, предложенасхема экзогенных процессов генезиса глинистых пород как сырьевой базы автоклавных материалов (Рисунок 2.9).Породы, образовавшиеся после второй (сиаллитная стадия) и частично третьей (кислая сиаллитная) стадии выветривания относятся к породам незавершенной стадии минералообразования, в которых содержатся соединения промежуточной стадии выветривания: исходные минералы разрушились, а конечные ещене сформировались.
Для таких минералов характерно формирование дефектовкристаллической структуры и, соответственно, термодинамическая неустойчивость. Данные породы могут либо остаться на месте образования, либо в результате процесса переноса и диагенеза переотложиться в новых местах. Эти породыМагматическиепородыМетаморфическиепородыОсадконакоплениеВыветриваниепригодны в качестве сырья для материалов автоклавного твердения.МеханическоеразрушениеБио- и химическоеразложение(сиаллитнаястадия)Кислая сиаллитнаястадияПервичныеглинистые породынезавершённой стадииминералообразованияПереотложениеДиагенезДиагенезАллитная стадияОсадочные породыСырье для керамических материалов и др.Бокситы, латеритыМехано- ихемо- активированныепороды корывыветриванияСырье дляавтоклавныхматериаловВторичныеглинистые породынезавершённой стадииминералообразованияРисунок 2.9 – Схема экзогенных процессов генезиса глинистых породкак сырьевой базы автоклавных материаловПороды кислой сиаллитной стадии развития коры выветривания либо впроцессе осадконакопления и диагенеза образуют богатые алюминием глины (каолинит, галлуазит), либо в процессе дальнейшего выветривания (аллитная стадия)формируют залежи бокситов и латеритов.
Минералы этих отложений характеризуются более высокой термодинамической устойчивостью. Такие породы исполь-72зуются для производства огнеупоров, фарфора, фаянса и других керамическихматериалов.С учетом анализа различных классификаций алюмосиликатных образований кор выветривания, нами предложена классификация новой сырьевой базы автоклавных материалов (Рисунок 2.10), позволяющая давать прогнозную оценкудля выбора энергоэффективного сырья.В основу предложенной классификации положена схема экзогенных процессов генезиса глинистых пород (см. рисунок 2.9).
В качестве сырья для производства автоклавных материалов пригодны породы, образовавшиеся, главным образом,навторой(сиаллитной)стадиивыветривания,отличающиесятермодинамической неустойчивостью. Это первичные глинистые породы, оставшиеся на месте образования на основе кислых магматических и метаморфическихпород и вторичные глинистые породы, которые за счет процессов переноса отложились на новом месте.СЫРЬЕВАЯ БАЗА АВТОКЛАВНЫХМАТЕРИАЛОВПервичные глинистыепороды из зоны началахимического выветривания кислых породВторичные глинистыепороды из зоны началахимического выветривания кислых породЗона выщелачиванияосновныхи ультраосновныхпородРисунок 2.10 – Классификация новой сырьевой базы автоклавных материаловСреди продуктов выветривания ультраосновных пород наиболее пригодныв качестве сырья отложения промежуточной стадии выщелачивания серпентинови частично нонтронитов.
При недостаточной в процессе переноса дифференциации вещества образуются глинистые породы полиминерального состава, что может оказать положительное влияние на формирование цементирующих соединений автоклавных материалов.73Таким образом, выветривание различных по составу исходных горных пород приводит к образованию различных по составу и промышленному значениюполезных ископаемых. Если рассматривать профиль коры выветривания, то внастоящее время промышленность строительных материалов использует нижнийгоризонт (исходные породы) и продукты конечной стадии выветривания – глиныкаолинитового и монтмориллонитового состава, а также бокситы.Глинистые породы незавершенной стадии минералообразования являютсяодними из самых не постоянных по составу и строению отложений осадочнойтолщи. Говоря о кристаллохимических особенностях породообразующих минералов необходимо отметить высокое содержание дефектов кристаллической структуры, наличие примесных атомов, неупорядоченность межслоевых алюмосиликатных пакетов в слоистой структуре минералов и т.д.
Так, у кварца,содержащегося в этих породах, вследствие разрушения структуры, поверхностьпереходит в частично аморфизованное состояние. Кристаллическая решетка типичных глинистых минералов кор выветривания, относящихся к слоистым илипсевдослоистым силикатам, характеризуется чередованием сеток кремнекислородных тетраэдров и гидроксильных октаэдров. В какой-то степени глинистыеминералы можно считать объектами, в которых наночастицы (пакеты элементарных слоев) упакованы в макроскопические структуры, где за счет сильного межчастичного взаимодействия маскируются свойства отдельных частиц его составляющих. В глинистых породах незавершенной стадии минералообразованиявысокое содержание наноразмерных глинистых образований с размерами менее100 нм (Рисунок 2.11).Глинистые минералы имеют размер менее 4 мкм для каолинита и менее 1мкм для монтмориллонита.
Соотношение диаметра и толщины чешуйки каолинита составляет (2–25):1, в тоже время для монтмориллонита это значение достигает1000:1. Как минимум один линейный размер составляет менее 100 нм, что поклассификации наноматериалов может позволить отнести глинистые минералы кчастицам наноразмерного уровня.74а)б)в)Рисунок 2.11 – Микроструктура глинистых минералов, РЭМ:а – ×35000; б – ×180000; в – ×50000Таким образом, глинистые породы незавершенной стадии минералообразования коры выветривания являются широко распространенными энергонасыщенными отложениями, не имеющими рациональных областей использования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
