ГЛИНИСТЫЕ (ПЛАСТИЧНЫЕ) МАТЕРИАЛЫ

Основным сырьем для изготовления керамических строительных материалов являются глинистые породы.

Глинистые материалы – природные тонкозернистые землистые породы, способные при затворении водой образовывать пластичное тесто, обладающее в высушенном состоянии определенной связностью, а после обжига приобретающее камнеподобные свойства. Термином «глина» называют различные разновидности материалов, обладающих вышеуказанными свойствами. Глина является продуктом разложения полевошпатовых (гранитов, гнейсов, порфиров) и некоторых других (вулканические пеплы) горных пород в результате многолетнего воздействия атмосферных агентов (дождя, мороза, солнца, ветра и т.д.).

 

В зависимости от мест залегания глинистые материалы условно подразделяют на:

- первичные (элювиальные) – отлагаются в местах залегания материнской горной породы, характеризуются значительным содержанием каменистых включений;

 

- вторичные (осадочные) – переносятся к месту залегания различными способами. Различают вторичные глины трех основных видов:

а) делювиальные глины – к местам отложения переносятся дождевыми и снеговыми талыми водами. Месторождения располагаются в нижних частях склонов оврагов, на месте бывших озер, болот, морей неподалеку от места залегания материнской породы. Для таких месторождений характерны слоистые напластования, неоднородный состав и засоренность мелкими примесями;

б) ледниковые глины – переносятся в результате передвижения ледниковых толщ. Характер залегания глин линзообразный. Характерна загрязненность каменистыми включениями разного размера (от крупных валунов до мелкой щебенки);

в) лессовидные глины – к местам отложения переносятся ветрами. Месторождения располагаются по окраинам бывших пустынь. Глинам характерны отсутствие слоистости, однородность состава, высокая дисперсность (пылеватость) и пористое строение.

 

Геологическая классификация глин Украины Фундаментом для всех осадочных пород являются древнейшие кристаллические породы магматического и метаморфического происхождения, относящиеся к образованиям докембрийской системы. На них последовательно залегают осадочные породы различных геологических систем (табл. 1).

 

Таблица 1 - Характеристика осадочных отложений Украины

 

Геологическая система отложений	Ярусы в пределах системы	Виды отложений	Распространенность на территории Украины
Четвертичная	Современный Новый Средний Древний	Лесс, лессовидные суг-линки, моренные и пресноводные, аллюви-альные суглинки и глины	Повсеместно
Третичная: - неоген 2 - плиоцен     - неоген 1 - миоцен     - палеоген 3 - олигоцен   - палеоген 2 - эоцен     - палеоген 1 - палеоцен	Куяльницкий, Киммерийский Понтический     Меотический Сарматский Среднеземно-морский     Полтавский   Харьковский     Киевский   Бучакский Каневский	Пески, глины и раку-шечные известняки   Пески, глины, раку-шечные и перекрис-таллизованные извест- няки, бурый уголь     Пески белые, мелкозер-нистые с линзами песчаников и о/у глин   Глауконитовые пески с линзами песчаников, трепелов, глин, опок     Мергелистая (спонди-ловая) глина, фосфори-товые песчаники   Пески, углистые глины Пески, опоки, песчаники	Запорожская, Одес-ская, Николаевская, Херсонская, Измаильская обл.   Запорожская, Нико-лаевская, Винниц- кая, Волынская, Ро- венская, Днепропе-тровская, Львовская   Черниговская, Сум-ская, Харьковская, Полтавская, Киев-ская, Донецкая, Ки- ровоградская, Дне-пропетровская, Хер-сонская, Николаев-ская, Одесская   -«-     -«- Киевская, Чернигов-ская, Луганская
Меловая     - сенон	Датский     Мастрихский Кампанский Сантонский Туронский   Сеноманский	Темно-серые и зеленова- Тые глины, пески, опоковидные песчаники Мел, мергель Мел белый, чистый Мергель свелосерый Мел песчанистый, мер-гель Пески и песчаники гла- уконитовые с фосфоритами	Черниговская, Сумская, Харьковская, Донецкая, Луганская, Полтавская, Тернопольская, Винницкая, Ровенская, Волынская, Львовская
Юрская	Верхний отд.     Средний отд.     Нижний отд.	Серые и бурые глины, пески, песчаники с прослоем бурых углей Серые и бурые сланце-ватые глины, пески и песчаники ожелезненные Глинистые сланцы серые и бурые, песча-ники	Харьковская, Донецкая, Киевская, Тернопольская -«-     Харьковская, Донецкая
Триасовая		Пески и песчаники глинистые с линзами серых, зеленых и красных глин. Сланцы с растительными остат-ками	Донецкая, частью Харьковская
Пермская	Красноцветная свита   Соленосная свита     Доломитовая свита     Медистая	Пески, песчаники, красные глины   Каменная соль, гипс, сланцеватые глины, песчаники с прослоем известняка и доломита   Доломиты, известняки, гипс, сланцевые глины, песчаники   Красные и серые сланцевые глины, мелко-зернистые пески с ме-дистыми включениями	Донецкая, Луганская   -«-     -«-   -«-
Каменно-угольная или карбоновая	Верхний отд.     Средний отд. Нижний отд.	Сланцевые глины, песчаники с прослоями известняков и углей -«- Глинистые сланцы, песчаники, известняки, доломиты	Донецкая, Луганская, частью Харьковская -«- -«-
Девонская	Верхний отд. Средний отд. Нижний отд.	Песчаники, сланцы, из-весняки, реже доломи-ты, туфы, яшмовидные породы, палеобазальты, андезиты	Донецкая, Тернопольская, Ивано-Франковская
Силурийская	Верхний силур Нижний силур	Известняки, глинистые сланцы, доломиты Глинистые сланцы, песчаники мелко- и крупнозернистые	Винницкая, Терно-польская, Хмельницкая
Докемрийс-кая		Магматические и мета-морфические породы (граниты, гнейсы, габ-бро, сиениты, квар-циты, хлоритовы, сери-цитовые и пирофилли-товые сланцы)	Донецкая, Днепро-петровская, Запорожская, Николаевская, Киевская, Житомирская, Кировоградская, частью Одесская, Херсонская, Ровенская Винницкая, Хмельницкая

 

Анализ таблицы свидетельствует о том, глинистые материалы, пригодные для производства кирпича и черепицы (глины, суглинки и лессы), широко распространены среди отложений четвертичной системы, которые покрывают всю территорию Украины сплошным покровом и являются неисчерпаемым источником дешевого сырья. В кирпично-черепичном производстве применяются лессы и лессовидные суглинки, бурые, моренные, пресноводные и делювиальные суглинки.

Можно также проследить зависимость между условиями образования, возрастом и химико-минералогическим составом перечисленных пород.

Так, каолинитовые глины встречаются в третичных отложениях полтавского яруса (Положском, Синельниковском (Запорожская обл.), Пятихатском (Криворожье) и Екатериновском (Кировоград) месторождениях.

Каолинито-гидрослюдистые глины приурочены к палеогеновым отложениям полтавского яруса. К группе месторождений этих глин относятся Дружковское (оно же Веселовское,, Андреевское), Ново-Швейцарское, Ново-Райское.

М онмориллонитовые глины представлены отложениями среднеземноморского и сарматского ярусов, залегающих в Ровенской, Тернопольской, Хмельницкой областях.

Глауконитовые глины известны среди отложений харьковского яруса, силурийских и меловых отложений.

Пирофиллитовые глинистые сланцы встречаются в овруч_белокоровичской метаморфической толще, относящейся к докемрийским образованиям. Известныместорождения в Житомирской области.

Серицитовые глинистые сланцы распространены в Днепропетровской области.

Иллитовые (гидрослюдистые) сланцы – на Новотроицком семторождении Донецкой области.

Мергелистые глины приурочены к нижнетретичным морским отложениям киевского яруса. Распространены врайоне г.Киева, а также Черниговской, Сумской, Полтавской, Харьковской областях. Отдельные месторождения встречаются в Луганской, Винницкой и Ровенской областях.

Полиминеральные огнеупорные глины с непостоянным минералогическим составом отлагались в нижнетретичное время и распространены в депрессионных углублениях в поверхности каменноугольных отложений.

Общие сведения о составе глин

В составе глины различают:

глинистую часть;

неглинистую часть;

примеси органики;

обменные соли.

Глинистая часть – наиболее дисперсная фракция глинистой породы, представляет собой комплекс глинообразующих минералов - гидроалюмосиликатов:

каолинитом,

монтмориллонитом,

иллитом,

палыгорскитом,

хлоритом.

Основными глинообразующими минералами являются каолинит, монтмориллонит и иллит (гидрослюда).

Всем глинистым минералам свойственно слоистое (пакетное) строение, когда отдельные пакеты кристаллической решетки образованы закономерно повторяющимися слоями из тетраэдрических групп с центральным катионом Si⁴⁺ и октаэдрических групп с центральным катионом Al³⁺.

Каолинит (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O). Средний размер частиц 1-3 мкм. Пакет кристаллической решетки состоит из одного тетраэдрического и одного октаэдрического слоев плотно сцепленных за счет притяжения разноименно заряженных катионов Н⁺ и анионов ОН^-. Межпакетное пространство мало - всего 7 Å. Двухпакетное плотное строение кристаллической решетки каолинита обусловливает его неспособность присоединять и удерживать большое количество воды.

Монтмориллонит (Al₂O₃·4SiO₂·H₂O·nH₂O)–упрощенная формула по Россу). Размеры частиц до 1 мкм. Пакет кристаллической решетки образован двумя наружными тетраэдрическими слоями и одним внутренним октаэдрическим слоем. Концы этих слоев состоят из анионов О₂^2-, в силу чего смежные пакеты, заряженные отрицательно являются слабо связанными. Межпакетное пространство достигает 9,6 - 21 Å. Кроме того, пакеты могут раздвигаться под расклинивающим действием молекул воды, поэтому кристаллическая решетка минерала определяет его способность монмориллоннита к набуханию. Он способен поглощать и прочно удерживать большое количество воды, резко увеличиваться в объеме при затворении водой и претерпевать усадку при сушке.

 

Рис. 1 – Схематическое строение кристаллической

решетки каолинита (а) и монтмориллонита (б)

Иллит (гидрослюда) K₂O·MgO·4 Al₂O₃·7SiO₂·2H₂O. Является продуктом многолетней гидратации слюд. Размеры частиц в пределах 1 мкм. Кристаллическая решетка структурно сходна с решеткой монтмориллонита. Характерна способность к изоморфному замещению некоторых катионов на катионы щелочных и щелочноземельных металлов. По интенсивности связи с водой занимают промежуточное положение между каолинитом и монтмориллонитом.

Неглинистая часть может быть представлена кварцевыми, карбонатными и железистыми примесями.

Кварцевые примеси встречаются в виде кварцевого песка и пыли, реже встречаются примеси полевошпатового песка (как правило, в первичных глинах).

Карбонатные примеси встречаются в виде равномерно распределенных тонкодисперсных частиц, рыхлых, мучнистых примазок или каменистых конкреций.

Железистые примеси встречаются в виде тонкодисперсных равномерннораспределенных минералов лимонита, гидроокиси железа и пирита FeS₂и сидерита FeCO₃

Органические примеси присутствуют в виде остатков растений, гумусовых веществ.

Обменные соли в составе глин находятся в диссоциированном виде. Наиболее часто встречающимися в глинах являются сульфат-, хлор-, фосфат- и нитрат-анионы, а также катионы кальция, калия, натрия, магния, аммония и железа.

 

Свойства глин зависят от их химического, минералогического и гранулометрического состава.

Влияние химического состава глин на свойства материалов

Химический состав является важной характеристикой глин и в значительной мере определяет их пригодность для производтсва изделий определнных видов (рис. 2).

1-огнеупорные шамот-ные изделия; 2 – плитка для пола, канализац. трубы, кислотоупоры и каменный товар; 3- гончарные изделия; 4 – черепица; 5- мостовой клинкер; 6 – кирпич; 7 - керамзит

 

Рис. 2 - Промышленное назначение глин в зависимости от их

химического состава

 

Химический состав глин представлен, в основном, слудующими оксидами:

Al₂O₃

Находится в глинах в связанном состоянии. Содеражание достигает 10-15 % для кирпичных глин) и 32-35 % для огнеупорных глин. С увеличением содержания Al₂O₃ повышается огнеупорность, пластичность, связующая способность, чувствительность к сушке.

Увеличиваться интервал спекания, повышает прочность изделий, уменьшается вероятность деформации в обжиге.

SiO₂

Находится в глинах в свободном и связанном состояниях. Общее содержание находится в пределах 55-65 %, для запесоченных глин 80-85 %. Присутствие SiO₂ в свободном состоянии повышает запесоченность глинистого сырья (тонкие глины), уменьшает t спекания, увеличивает пористость изделий в результате полиморфных превращений кварца, и, как следствие, к уменьшению механичной прочности изделий.

ТiO₂

Участвует в примесях в составе акцессорных минералов. Общее содержание не превышает 1,5 %.В зависимости от соотношения с другими оксидами придает обожженным изделиям желто-зеленую окраску.