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 (Si0₂) — 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 и Н₂О. Аморфный кремнезем активный, может соединяться с известью при нормальной температуре.

Группа алюмосиликатов. Второе место после кремнезема в земной коре занимает глинозем Аl₂О₃ . 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— К₂ О Аl₂О₃-6SiO₂ , а косораскалывающиеся— плагиоклазами: кальциевый анортит CaO- Аl₂О₃-2SiO₂ и натриевый альбит Na₂О- Аl₂О₃- 6SiO_2. 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...170МПа, 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 Аl₂О₃ 2Si0₂ 2Н₂О, 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 (MgC0₃), 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 (СаС0₃ MgCO₃) — 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 (CaS0₄-2H₂О)— 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.