Штучні мінерали

РефератДопомога в написанніДізнатися вартістьмоєї роботи

Цілить (алюмоферрит кальцію) є кристали, склад яких може варіювати від 8СаО • ЗА12О3 • Fе2О3 до СаО • Fе2О3. Кристали целита в портландцементном клинкере заповнюють проміжки між алитом і белитом, іноді створюючи найтонші проростання коїться з іншими другорядними мінералами. Вона має призматическую чи округлої форми, сингония ромбическая, колір від светло-бурого до темно-бурого. У шлифах ясно… Читати ще >

Штучні мінерали (реферат, курсова, диплом, контрольна)

Министерство освіти Республіки Білорусь у Білоруський Державний Університет Транспорта.

Кафедра' Будівельні конструкції, основи, а фундаменти ‘.

Наукова конференція на тему:

‘Штучні минералы'.

Выполнили.

Студенти грн. ПК-21.

Власов Ю.А.

Махвиеня С.О.

Штучні минералы.

Штучне отримання мінералів представляє відомий інтерес. З одним боку, це дозволяє досліджувати процеси минералообразования, з іншого — дає можливість отримувати потрібні практики мінеральні речовини, що широко використовують у технології будівельних материалов.

Штучним шляхом (методом синтезу) можна одержувати мінерали, які зустрічаються у природних умовах (алмаз, корунд, кварц та інших.), і мінерали, які у природні умови самостійно невідомі (алит, білить і ін.), а входять до складу різних технічних продуктів, як-от цементи, вогнетриви і т.д.

Штучно отримані природні мінерали шляхом синтезу із вихідних речовин вигідно від своїх аналогів, освічених у природних умовах, позаяк у них відсутні хімічні і механічні домішки. У справжні час у промислових цілях отримано низку мінералів, які вкрай рідко зустрічаються у природі, але мають цінними властивостями (флюорит, корунд і ін.). У 1961 у СРСР синтезовано штучні алмази, міцність яких був у 40% вище природних. У таблиці 1 наведено деякі мінерали отримані искусственно.

Деякі природні мінерали, отримані искусственно.

Методи синтезу природних мінералів можна розділити на дві групи: 1) синтез проводять у умовах нормального тиску. 2) синтез здійснюваний при підвищених давлениях.

У справжні час отримання штучних мінералів зводиться до наступним процесам :

1) кристалізація расплава;

2) реакції, у яких беруть участь газові компоненты;

3) отримання мінералів, у присутність водних растворов;

4) отримання мінералів шляхом реакції у твердій среде.

Методи синтезу мінералів вимагають спеціальної апаратури, тривалі по часу й дуже трудоёмки. У цілому нині завдання синтезу мінералів ще не решена.

Однак у справжні час багатьом дослідникам країн СНД удалося одержати низку цінних мінералів, які перестала бути надбанням лабораторій і обвикнулися промышленностью.

Нижче дається стисле опис штучних мінералів, що зустрічаються в технічних продуктах (цементи, вогнетриви тощо.), і спроби деяких високоміцних кристалів. Чимало з цих мінералів входять до складу різних технічних продуктів. У зв’язку з цим їхня опис дається по групам мінералів, виділених за хімічним складом (табл.2).

Штучні мінерали технічних продуктів і высокопрочные кристаллы (таб.2).

Штучні мінерали технічних продуктов.

Силікати кальция.

Алит (трехкальцевый силікат) 3CaO? SiO2 є безколірні дрібні кристали як гексагональных табличок чи призм (іноді игловидных) з неясно вираженої спайностью за одним напрямку (рис. 1). Сингония тригональная. Кристали нерідко виявляють зональну структуру, добре видну щодо препаратів в відбитому світлі. Погасання пряме або під невеликим кутом. Одношаровий, показники заломлення Ng=1,772, Np=1,718, подвійне лучеприломление мале: NgNp=0.004. Оптичний знак кристала отрицателен.

Твердість алита за шкалою Мооса коливається між 5 і шість, питому вагу 3,2. Є головним минералом портландцементного клінкеру, належить в доломитовые вогнетриви. Легко може гідрат і розкладатися соляної кислотою, здатний твердіти під водой.

Білить (двухкальциевый силікат) 2СаО • 5SiO2 у трьох видах: ?-, ?- і ?- форми, причому по оптичним даним ?і? собою дуже подібні, а перехід в ?-форму супроводжується різким зміною властивостей ?- і ?-фор-мы утворюють правильні округлі зерна, часто призматичного образу, зі спайностью по призмі (рис. 1). Для белита у часто характерна складна двойниковая структура і темноокрашенные включення, мають правильну орієнтування. У шлифах ці форми мають жовтаву забарвлення. за рахунок розчинених Fе2О3 і Сг2О3 зерна набувають коричневого чи зелений цвет.

?-форма белита під мікроскопом зокрема у вигляді трьох різновидів: 1) зерен з цими двома чи трьома системами взаимнопересекающихся штрихів, кожна гілка яких тільки з паралельних ліній, 2) форм з одного системою двойниковых платівок; 3) несдвойникованных зерен.

Показники преомления ?- і ?-форм: Ng=1,735, Nр=1,717, Ng — Nр = 0,018, оптичний знак позитивний. Питома вага 2,974. Рис. 1 Кристали белита в клинкере (210Х).

?-2СаО?ЗSiO2 (фелит) має призматичний образ зі спайностью по призмі; погасання пряме; показники заломлення: Ng = 1,654, Nр= 1,642, Ng — Nр=0,012. Це низькотемпературна форма, що виникає з ?-форми при 675° З, має щільність приблизно за 10% менше щільності ?- і? -белита, тому така перетворення супроводжується руйнацією речовини до тонкої пилу. Поява фелита в в’язких породах і огнеупорах небажано, оскільки за здатність до гідратації і твердению цій формі не активна й у деяких випадках (доломитовые вогнетриви) призводить до руйнації. Вода на ?-форму не діє, вона часто розкладається кислотами.

Білить в значних кількостях є у портландцементном клинкере, в шлаках, доломітових і магнезиально-доломитовых огнеупорах. Портландцемент із високим вмістом белита відрізняється уповільненим твердением, зате стійкий до разрушающему дії агресивних вод.

Волластонит ?-СаО?5SiO2 і псевдоволластонит ?-СаО-5SiO2— однокальциевые силікати. Волластонит — природний мінерал, утворюється також за расстекловании деяких технічних шибок. Форма кристалів игольчатая, брусковидная і волокниста зі спайностью, паралельної подовженню. Система моноклинная. Ng = 1,631, Nр = 1,616, Ng — Nр = 0,015. Оптичний знак негативний. Погасання паралельно удлинению.

Рис. 2. Псевдоволластонит в склі (74 X) Питома вага 2,915. У воді не розкладається, в кислотах легко растворяется.

Псевдоволластонит має форму округлих зерен чи шестикутних безбарвних табличок з ясно различимой спайностью й з полисинтетическими двійниками (рис. 2). Питома вага 2,912. Ng=1,654, Nр = 1,610, Ng— Nр = 0,044, оптичний знак позитивний. Кольори інтерференції яскраві (червоні, зелені, жовті тону). Обидва мінералу притаманні шлаков.

Ранкинит ЗСаО • 2SiO2 (трехкальциевый дисиликат) є у основних та кислих доменних шлаках як округлих неправильних по обрисам зерен, очевидно, ромбічної (?) сингонії. У окремих випадках ранкинит дає розлогі порфірові виділення. Показники заломлення: Ng=1,650, Nр= 1,641, двупреломле-ние слабке: Ng —Nр = 0,009, оптичний знак положительный.

Алюминаты кальция.

У цю групу входять кілька мінералів: трехкальциевый алюминат, пятикальциевый трехалюми-нат, моноалюминат кальцію і однокальциевый двуалюминат.

Трехкальциевый алюминат ЗСаО • А12О3 кристалізується в кубічної сингонії і утворить ізометричні безколірні дрібні зерна з прямокутними чи гексагональными обрисами і з недосконалої спайностью. Це з'єднання може бути й у аморфному состоянии.

Кристали трехкальциевого алюмината изотропны, N=1,710, твердість 6, питому вагу 3,04. Може розчиняти у собі до 2,5% Ре2О3, заміщуючих А1203, і тоді N=1,715. Може легко гідрат і твердіти із великої кількості тепла. Розчиняється в кислотах. Входить у складі цементного клінкеру. У шлифах полімер встановлюється методом окрашивания.

Пятикальциевый трехалюминат 5СаО • ЗА12Оз кристалізується в кубічної системі як округлих, рідше трикутних зерен без спайности. Безбарвний, у складі шлаків забарвлений в інтенсивно зелений колір. Оптично изотропен, N=1,608. Мол-сет розчиняти у собі до 2% Ре2О3, заміщуючих А1203, тоді N=1,613. Твердість 5, питому вагу 2,69—2,71.

Нестійка форма пятикальциевого трехалюмината зазвичай представлена голчастими чи таблитчатыми індивідами ромбічної сингонії, які нерідко зібрані в сферолитовые радиально-лучистые стяжения. Кристали в прозорих шлифах мають блідо-зелену забарвлення з ясно вираженим плеохроизмом від оливково-серых до голубовато-зеленых тонів. Ng=1,692, Nр = 1,687, Ng-Np = 0,005. Погасання прямое.

Пятикальциевый трехалюминат входить до складу глиноземистых доменних шлаків, клінкерів глиноземистого і портлендского цементу, причому у останньому як самостійних виділень не встречается.

Однокальциевый алюминат СаО • А12О3 утворює таблитчатые прямокутні обриси, безколірні кристали зі спайностью щодо одного напрямі. Нерідко спостерігаються складні і псевдогексагональные тройнико шиї зрощення. Погасання табличок пряме; Ng=1,663, Np=1,643, Ng — Np = 0,020; оптичний знак негативний. Може розчиняти у собі до 15% СаО • А12О3, у своїй Ng = 1,720, а Np=1,70. Питома вага 2,981. Є головною мінералогічній частиною глиноземистого цементу і у склад доменного шлака.

Однокальциевый двухалюминат СаО • 2А12Оз утворює моноклинные сильно витягнуті голчасті чи призматичні кристали іноді завдовжки кілька міліметрів. Безбарвним. Має великий кут погасания (до 31°), завдяки чому легко розпізнається. Показники заломлення: Ng=1,654, Np = 1,617, двуиреломление високе— 0,035. Оптично позитивний. Є у клинкере глиноземистого цемента.

Алюмосиликат кальцію [pic].

Геленит 2СаО • А12Оз • 51О2 кристалізується в квадратної сингонії і дає прозорі безколірні таблички чи призми, з ясно различимой спайностью, розташованої впоперек його видовжених кристалів. Іноді утворює крє ;

стообразные кісткові форми зростання. Показатели.

заломлення: Ng=1,669, Nр = 1,658. Двупреломление умеренное: Ng—Nр= 0,011. Кольори інтерференції беловато-желтые.Оптический знак негативний. Одноосный.

Розкладається в солянойкислоте. У глиноземистых.

цементах геленит розміщається між кристалами однокальциевого алюмината чи проростає їх. По властивостями належить до інертної частини цементу. Типовий мінерал доменныхшлаков (рис. 3).

Алюмосиликат.

Муллит ЗА12О3 • 5Ю2 утворює игловидные, призматичні чи волокнисті кристали з ясно различимой досконалої спайностью. Сингония ромбическая. У чистому вигляді безбарвним, але від домішок Ре2Оз і 5Ю2 часто отримує рожеву чи синювату окраску.

Ці домішки ведуть до підвищення светопреломления до Ng=1,682, Np=1,661 и.

Ng — Np=0,021, тоді як в чистих муллитовых кристалів Ng=1,654,.

Np = 1,642, а Ng — Np = 0,012. Оптично позитивний. Мінерал здатна родити сростки і скупчення (рис. 4). Домішки Fе2О3 і SiO2 викликають поява плеохроизма в жовтуватих і блакитнуватих тонах. Питома вагу муллита 3,03. Розмір кристалів муллита різноманітний: від 2 до 5 км в шамоте до 10 мм за довжиною в муллитовых виробах. Входить й у склад фарфора.

Силікати кальцію і магнію Окерманит 2СаО •МgО-2SiO2 є у природі й утворюється штучно в вигляді безбарвних квадратних коротких призм чи табличок з показниками заломлення: Ng=1,638, Nр=1,631. Двупреломление слабке: Ng — Np = 0,007. Оптичний знак позитивний. Одноосный. Окерманит як не глянь змішується з геленитом, створюючи серію геленитокерманитов (мелилиты), оптичні властивості яких варіюють разом із складом. Форма таких кристалів подібна до геленитом. Їх сингония тетрагональная. Питома вага 3,18. Входять у складі магнезіальних цементів, вогнетривів, шлаков.

Монтичеллит СаО • МgО • 2SiO2 кристалізується в ромбічної системи та дає у природі й в технічних продуктах безколірні призматичні зерна зі слабкої неясною спайностью. Сингония ромбическая. Питома вага 3,2. Оптичні властивості вивчені недостатньо. Показники заломлення при вмісті його як 10%-ного твердого розчину 2MgO?5SiO2 мають такі величини: Ng= 1,655—1,651, Np=1,638—11,640, Ng—Nр = = 0,015, оптичний знак позитивний. Зустрічається у різних шлаках.

Алюмоферрит кальция.

За даними М. А. Торопова (1950), в клинкере з підвищеним змістом окису заліза склад целита наближається до 2СаО? Fе2О3 в нормальних клинкерах — до 4СаО? А12О3? Ре2О3 і 8СаО? ЗА12О3? Ре2О3.

Показатели заломлення для 4СаО? А12О3?Fе2О3 (різновиду, званої браунмиллеритом): Ng = 2,08, Np=1,98, Ng — Np = 0,10. Від вмісту у ньому 1—2% МgО (периклаза) светопреломление кілька знижується, а клінкер набуває характерну зелено-серую забарвлення. Питома вага 3,77. Присутність браунмиллерита знижує экзотермический ефект тверднення портландцемента. Зустрічається й у шлаках.

Ферриты кальция.

У цю групу входять два мінералу: однокаль-циевый феррит СаО? Fе2О3 і двухкальциевый феррит 2СаО? Fе2О3. Обидва вони широко грають роль минерализаторов в різних огнеупорах та деяких менших видах портландцемента.

Однокальциевый феррит СаО? Fе2О3 є довгі голчасті кристали, слабко прозорі під мікроскопом. Сингония квадратна чи гексагональная. Забарвлення чорна, а порошку інтенсивно червона. Показники заломлення: Ng = 2,465, Np = 2,345, двупре-ломление високе: Ng — Np = 0,120. Феррит в твердому стані може розчиняти у собі до 10% СаО? А12О3 і тоді показники заломлення знижуються: Ng = 2,25, Np = 2,13, а двупреломление Ng — Np = 0,12. Розчиняється в кислотах. Зустрічається в складі клінкеру глиноземистого цемента.

Двухкальциевый феррит 2СаО? Fе2О3 кристалізується як чорних кристалів, які у шлифах мають желтовато-бурую забарвлення. Розщеплення відсутня Ng = 2,29, Np = 2,20, Ng — Np = 0,090. Оптично позитивний. Розчиняється в соляної кислоте.

Двухкальциевый феррит при гідратації тверднення це не дає. Утворюється в доломітових огнеупорах, в портландцементе і шлаках. У магнезитовых вогнетривких масах застосовується як прискорювач спечення периклаза.

Окисли і гидроокислы.

Вапно СаО (вільна окис кальцію) є безколірні кристали кубічної сингонії. Форма зерен округла. Зустрічаються кубики чи купчасті скупчення з чітко висловленої спайностью за трьома взаємно перпендикулярным напрямам. Кристали оптично изотропны. Їх показник заломлення N=1,836. У шлифах відрізняється грубим рельєфом. СаО присутній в клинкере портландцемента (до 10%) зазвичай, у вигляді дрібних зерняток, які іноді спостерігаються всередині кристалів ЗСаО? А12О3, соціальній та мартенівських шлаках тощо. буд. У відбитому світлі СаО визначається методом травлення поверхні шлифов (микрохимические реакции).

Портландит (гідрат окису кальцію) Са (ОН)2. Утворює безколірні шестикутні кристали гексагональної сингонії з досконалої спайностью. Показники заломлення: Ng=1,574, Np=1,545, Ng — Np = 0,029. Оптичний знак негативний. Питома вага 2,23. Входить у складі будівельних розчинів, різних в’язких, силікатного цегли, динаса.

Периклаз (окис магнію) МgО зустрічають у вигляді округлих октаэдрических чи кубічних кристалів незначні розміри. Розщеплення по площинам куба. Чистий периклаз безбарвним, при частковому розчиненні у ньому окислів заліза набуває жовтаву забарвлення. Мінерал ізотропний, показник заломлення N=1,734—1,737. У прозорому шлифе розпізнається ніяк не. Визначається при травленні поверхні шлифа через свою великий відбивної здатності оптичних. Питома вага 3,58. Периклаз — найважливіша складова частина магнезитовых і доломітових вогнетривів, належить в клінкер портландцемента, в шлаки тощо. буд. Іноді в кристалах периклаза, наприклад, у спекшемся магнезите, спостерігаються темні точкові виділення магнезиоферрита.

Кремнезем 5SiO2 в технічних продуктах зустрічають у вигляді різних поліморфних форм, у тому числі головними є кварц, тридимит, кристобалит, і навіть кремнеземистое скло. Мінерал кварц, що становить собою низькотемпературну форму SiO2 (утворюється нижче 573°С).Остановимся на характеристиці інших форм.

Тридимит — помірна температурна форма SiO2. Кварц в тридимит перетворюється за температури понад 870° З. Кристали безколірні чи світлосірі, мають форму платівок чи видовжених табличок, часто з дуже характерною освітою копьевидных двійників. Розмір зерен може становити 3—4 мм. Сингония ромбическая, питому вагу 2,27, Ng=1,473, Np = 1,469,. Ng-Np = 0,004. [pic].

У динасе зміст трндимита сягає 50—70%. Перехід SiO2 в тридимитовую форму супроводжується значним збільшенням обсягу. Зустрічається й у шлаках.

Кристобалит — високотемпературна фаза SiO2 (утворюється під час температурі вище 1470°С). Дає правильні октаэдры, зернисті скупчення і лускаті сростки, ми інколи з полисинтетическим двошшкованием складної сотовидной структури (рис. 5). Кристали безколірні, рідше молочного кольору. Питома вагу 2,32. Ng=1,487, Np=1,484, Ng — Np = 0,003. Входить у складі динаса. Рис. 5. Кристобалит.

Кремнеземистое скло виникає за досить швидкому охолодженні кремнеземистого розплаву. Вона може бути безбарвним чи молочної забарвлення, остання обумовлена повітряними бульбашками. Скло изотропно. N= 1,459, питому вагу 2,203. Стійко в кислотах (крім плавикової і фосфорної). Кремнеземистое скло широко застосовується як ізоляційний, кислотоупорный, вогнетривкий і електроізоляційний материал.

Гіпс і продукти його обезвоживания.

Гіпс СаSО4? Н2О і ангідрит СаSO4 — природні образования. Среди продуктів зневоднення гіпсу виділяються кристалічні речовини: ?- полугидрат (СаSО4? 0,5Н2О), ?-полугидрат (СаSО4?0,5Н2О), ?- збезводнений полугидрат, ?-збезводнений полугидрат, ?- ангідрит (СаSО4), ?- ангідрит і ?-нерозчинний ангидрит.

?-Полугидрат СаSO4?0,5Н2О виходить при нагріванні гіпсу під тиском 120—125 атм. У цьому утворюються безколірні кристали як видовжених голок чи шестикутних призм з поперечними смужками (рис. 6). Сингония моноклинная. Показники заломлення при зневодненні зростають: Ng=1,584, Np=1,559. Двупреломление високе: Ng — Np = 0,025.

[pic].

Рис. 6. Продукт випалу ?-полугидрата при 150° (150Х) Удельный вагу 2,72—2,73. Головна складова частина високотемпературного гипса.

?-Полу гідрат СаSО4?0,5Н2О утворюється під час нагріванні гіпсу надворі до.

120° З повагою та втрати води як газоподібної фази. Дає мелкозернистую чи волокнисту масу безбарвних кристалів. Ng=1,556, .Np = 1,550, Ng — Nр = 0,006. Питома вага 2,67—2,68. ?-Полугидрат менш стійкий, ніж ?- полугидрат. Головна складова частина варильного гіпсу. Ангідрит СаSО4 — штучний мінерал, так званий розчинну ангідрит, утворений при зневодненні полугидратов за температури понад 220° З. Зустрічається у двох модифікаціях — ?і?. Відрізняється за своїми властивостями від природного розчинної ангидрита. Розчинну ангідрит має форму призм з прямим погасанием і позитивним подовженням. Показники заломлення для ?-ангидрита: Ng=1,570, Np=1,554, для ?-ангидрита: Ng=1,570, Nр = 1,546. Розчинні ангидриты надворі швидко гидратируются.

Гіпс і продукти його зневоднення широко застосовують у ролі в’язальника, формовочного матеріалу і т.д.

Інші сполуки кальция.

Ольдгамит (сульфід) СаS утворюється у складі основного доменного шлаку у присутності значної кількості сірки. Кристалізується як дуже дрібних округлих изотропных зерен кубічної сингонії з дуже високий светопреломлением (N = 2,90). Зерна безбарвні, водянопрозрачны. Дрібні зерна ольдгамита важко помітні навіть за великих увеличениях мікроскопа. Питома вага 2,71. Входить у складі шлаків і цементов.

Перовскит СаО? ТiO2 кристалізується у вигляді октаэдров псевдокубической сингонії з ясно различимой спайностью. Забарвлення светло-бурая. Показник заломлення N = 2,36. Входить у складі доменних шлаков.

Штучні высокопрочные кристаллы.

Высокопрочные штучні кристали застосовують у техніці як ріжучий і абразивний матеріал. Таких кристалів вже відоме понад 40. Це різні карбиды, нитриды, гидриды і бориды. Твердість їх за шкалою Мооса перевищує 7.

Карбід бору — твердий розчин бору, В4С. Образ кристалів ромбоэдрический з урізанням призматическими і пирамидальными формами. Сингония гексагональная. Питома вага 2,48—2,52. Твердість за шкалою Мооса близько 9. Під мікроскопом в відбитому світлі карбід бору має білий колір, високу отражательную здатність, високий рельеф.

Карбід кремнію (карборунд) 51С кристалізується залежно від температури в кубічну (1650— 2000° З) чи гексагональную (понад 2000° З) сингонії. Структури карбіду кремнію ставляться до шаруватим і полягає з які чергуються пачок верств тетраедрів [814С] і [С514] двоякою орієнтації. Питома вага кубічного карбіду кремнію 3,216, а гексагонального — 3,217, Ng=2.697, Np=2.654, Ng-Np=0.043. У що проходить світлі - зелений, синій, рідше безбарвний чи димчастий. У відбитому світлі кристали світло-сірі, майже білі, мають високу отражательную спроможність населення і високий рельєф. Твердість за шкалою Мооса більш 9.

Нітрид ніобію Nb3N5 утворюється відновленням трехокиси ніобію сажею в атмосфері азоту при 1200? З. Це кристал зі щільною гексагональної гратами. Питома вага 8,4. Твердість за шкалою Мооса 8 — 9.

Карбиды вольфраму WC і W2C отримують розплавленням вольфрамового ангідриду WO3 з сажею у полум'ї вольтової дуги. Обидва карбіду ставляться до гексагональної сингонії. Твердість за шкалою Мооса у WC=9, W2C =9 — 10.

Карбиды молібдену Мо2С і МоС отримують розплавленням суміші молібденового ангідриду з карбідом кальцію і вугіллям в вольтової дузі чи плавленням шихти, що містить вугілля й МоО2. Кристали гексагональної сингонії. Твердість по шкалою Мооса 7 — 9.

Список використовуваної литературы:

1)Инжинерная геологія. Мінськ 2001 г.

2)Искуственые мінерали, їх властивості й будову. Москва1989г.

3)А як і із засобів Інтернету, (рисунки).

Показати весь текст

Заповнити форму поточною роботою