Введение 10 страница. Общие сведения. Гипс и ангидрит наряду с карбонатами, глинами, песком, гравием, осадочными кремнистыми

Лекция 18. ГИПС И АНГИДРИТ

Общие сведения. Гипс и ангидрит наряду с карбонатами, глинами, песком, гравием, осадочными кремнистыми, изверженными и метаморфическими горными породами входят в состав группы строительно-конструкционных материалов. Роль этого минерального сырья, несмотря на его относительную дешевизну, непрерывно возрастает в связи с грандиозными масштабами современного промышленного и гражданского строительства. Характерной особенностью месторождений горных пород, используемых как строительные материалы и как сырье для получения различной продукции, являются значительные размеры, большие объемы перерабатываемой горной массы, обычно открытый способ разработки, близость месторождений к потребителям, комплексность переработки сырья.

Минералогия. Гипс – двухводный сульфат кальция CaSO₄ ^. 2H₂O. Кристаллизуется в моноклинальной сингонии. Кристаллы его пластинчатые, столбчатые, игольчатые, линзо- и чечевицеобразные. Плотные массы имеют строение от тонко- до крупнозернистого. В прожилках и жилах гипс обладает волокнистым строением. В кристаллическом состоянии он бесцветен и прозрачен, в плотных массах имеет белую, серую, розовую, красную и бурую окраску. Твердость его 2, плотность 2,32 г/см³, слабо растворим в воде. При обжиге постепенно теряет кристаллизационную воду и переходит сначала в полугидрат, а затем в безводный ангидрит.

Ангидрит имеет формулу CaSO₄, кристаллизуется в ромбической сингонии. Кристаллы его обычно призматические, таблитчатые, тонкоигольчатые и шестоватые. Часто отмечаются радиальнолучистые сростки и скопления шестоватых кристаллов. Для ангидрита характерна прямоугольная спайность по трем направлениям. Излом неровный и занозистый; блеск перламутровый и стеклянный. Твердость – 3–3,5, плотность – 2,96 г/см³. Под микроскопом в проходящем свете ангидрит бесцветен. Чистый ангидрит белый, отдельные его кристаллы водяно-прозрачные. Ангидритовая порода чаще всего светло-серая, голубовато-серая, реже темно-серая и буро-серая. Красный и бурый цвета обусловлены примесью оксидов железа.

Применение в промышленности. Гипс и ангидрит используются преимущественно для производства гипсовых вяжущих материалов. Наиболее обычным видом таких материалов является строительный (штукатурный) гипс (алебастр). Он получается в результате обжига гипсовой породы (гипсового камня) при температуре до 130–180 ^о С и последующего тонкого размола продуктов обжига. Вследствие потери части воды возникает полуводный гипс 2CaSO₄ ^. H₂O, который при смешивании с водой вновь переходит в двухводный и на воздухе затвердевает в камнеподобное тело.

Молотый гипс применяется при производстве портланд-цемента в виде добавки, корректирующей время схватывания последнего. Необожженный гипс в тонкоразмолотом виде используется в качестве цемента при малоэтажном строительстве, для отливки архитектурных деталей и отделки фасадов зданий, служит наполнителем для писчей бумаги, используется как сырье для производства сульфата аммония и как удобрение для некоторых видов почв. Чистые снежно-белые и ровноокрашенные разновидности применяются в качестве облицовочного камня, а волокнистая разновидность (селенит) – для поделок.

Общетехнические требования. Гипсовый и гипсоангидритовый камень, используемый для производства вяжущих материалов, должен отвечать требованиям ГОСТа 4013-82. Гипсовый и гипсоангидритовый камень по суммарному содержанию гипса и ангидрита в пересчете на гипс подразделяются на сорта (табл. 11).

Таблица 11

Основные показатели, используемые для выделения сортов гипса
и гипсоангидритового камня (ГОСТ 4013-82)

Сорт	Содержание в гипсовом камне, %, не менее	Содержание в гипсоангидритовом камне, %, не менее
гипса (CaSO4. 2 H2O)	кристаллизационной воды	гипса и ангидрита в пересчете на (CaSO4 . 2 H2O)	серного ангидрида (SO3)
		19,88		44,18
		18,83		41,85
		16,74		37,20
		14,64	–	–

 

Содержание гипса в гипсовом камне определяют по кристаллизационной воде, а в гипсовоангидритовом камне – по серному ангидриду (SO₃). Для производства гипсовых вяжущих должен поставляться только гипсовый камень. В медицине, фарфорово-фаянсовой и керамической промышленности используется только 1-й сорт гипса.

Ресурсы и добыча. Наиболее крупными ресурсами и разведанными запасами гипса обладают США, Россия, Китай, Канада, Иран и Таиланд. Разработка месторождений гипса осуществляется обычно открытым способом, реже шахтным (Новомосковское месторождение в Тульской области и др.). Мировое производство товарного гипса в 1998–2000 гг. составило около 100–110 млн т. Крупнейшими странами-производителями являются США (19 млн т), Таиланд (8,6 млн т), Канада (8,5 млн т), Иран (8,5 млн т) и Китай (8 млн т).

Генетические типы промышленных месторождений. Основными геолого-промышленными типами месторождений гипса и ангидрита являются: осадочные, остаточные и инфильтрационные.

Осадочные месторождения гипса и ангидрита образуются в эвапоритовых бассейнах из истинных растворов в процессе сгущения морской воды в аридных климатических условиях. Это наиболее распространенный и промышленно ценный тип месторождений рассматриваемого минерального сырья. Среди них выделяют сингенетические и эпигенетические месторождения. Первые образуются путем отложения гипса непосредственно из растворов в бассейнах (лагунах, заливах, усыхающих морях и т. д.), вторые – в результате гидратации ангидрита под воздействием нисходящих вод. Переход ангидрита в гипс сопровождается увеличением объема породы на 30 % и более. На больших глубинах (600–1000 м и более) при высоком давлении гипс неустойчив, происходит его дегитратация и переход в ангидрит.

Залежи гипса в сингенетических месторождениях имеют форму линз и пластов мощностью до 20–30 м. Слои гипса часто перемежаются с другими породами и образуют гипсоносные свиты (толщи) мощностью до нескольких сотен метров. Формы эпигенетических залежей осложнены вследствие вздутия и вспучивания сульфатных пород при переходе ангидрита в гипс и вызываемых этими явлениями многочисленных нарушений в залегании пород. Формы рудных тел часто осложнены в результате растворения гипса поверхностными и подземными водами (карстовые явления). Залежи гипса осадочного происхождения достигают многих сотен квадратных километров. Месторождения этого типа известны в Республике Коми, Псковской, Тульской и других областях России, в Донецкой области Украины и в других странах.

Остаточные месторождения типа «гипсовых шляп» возникают в результате накопления гипса и ангидрита как остаточных продуктов при выщелачивании легкорастворимых минералов в соляных залежах. Они имеют ограниченное практическое значение.

Инфильтрационные месторождения образуются как путем метасоматического замещения гипсом карбонатных пород при воздействии на них сернокислых вод, так за счет растворения рассеянного в осадочных породах гипса, переноса его грунтовыми водами и последующего отложения в смеси с песчаными, глинистыми и известковыми частицами в виде гажи, глино-гипса, гипсита и др. Месторождения этого типа невелики и разрабатываются лишь для местных нужд.

Геология месторождений гипса и ангидрита. Крупнейшим в СНГ является Новомосковское месторождение гипса, расположенное в Тульской области. За счет импорта сырья, добываемого на данном месторождении, удовлетворяются потребности Беларуси в гипсе. Приурочено оно к южному склону Московской синеклизы. Стратиграфически гипсоносная толща относится к фаменскому ярусу верхнего девона. Залегает она на сравнительно небольших глубинах, не превышающих 120–150 м. Общая мощность гипсоносной толщи составляет около 70 м. Разрез представлен переслаиванием доломита и гипса, вверху ее выделяется пласт гипса мощностью 20–25 м. Иногда в этом гипсовом пласте появляется слой доломита, разделяющий гипсовый пласт на две части.

На месторождении гипсовый пласт почти повсеместно перекрыт слоем глины мощностью 0,5–2,0 м, который является водоупором и изолирует его от вышележащего водоносного пласта доломита. На девонских доломитах залегают известняки, а также песчано-глинистые породы с прослоями угля (нижний карбон), пески с прослоями глин (мезозой), четвертичные песчано-глинистые аллювиально-делювиальные образования. Общая мощность надгипсоносных отложений составляет 60–130 м.

Продуктивный пласт гипса представлен мелкокристаллическим, изредка волокнистым, светло-серым, реже темно-серым или белым гипсом с тонкими (1–20 мм) прослоями доломита, реже темно-серых глин. Наблюдаются также прослои и линзы доломита мощностью 15–20 см и линзы кремня до 5 см. Ангидрит присутствует в небольшом количестве в виде примеси к гипсу и отдельных включений. Встречаются также скопления целестина как в виде примеси, так и отдельных линз мощностью до 0,6 см.

Рабочая мощность пласта гипса на большей части площади месторождения варьирует от 9,5 до 23 м (преобладает 12–18 м). Подошва его залегает на глубинах от 72 до 143 м от земной поверхности. Содержание CaSO₄ ^. 2 H₂O по пробам изменяется от 56,62 до 98,53 %, средневзвешенное по скважинам – 83,42–93,17 % и в среднем по месторождению составляет 88,78 %. Качество гипса высокое – 1-й и 2-й сорта.

Месторождения и проявления гипса в Беларуси. В разрезе платформенного чехла территории Беларуси гипс встречается в виде пластов, слоев, прослоев, прожилков и гнездовидных скоплений. Все известные проявления гипса стратиграфически связаны в основном с отложениями девона и перми.

В 1996–2000 гг. разведано относительно крупное Бриневское месторождение гипса, расположенное в Петриковском районе Гомельской области. Оно находится на западе Припятского прогиба в зоне сочленения Петриковского погребенного выступа и Шестовичской тектонической ступени и приурочено к промежуточному блоку-горсту субширотного простирания. Гипсоносная толща относится к среднефаменскому подъярусу, залегает на глубинах 142,8–460,3 м, имеет мощность 37,2–252,7 м. Сульфатонасыщенность ее составляет в среднем около 40 %.

В разрезе гипсоносной толщи выявлены четыре гипсовых горизонта, пронумерованные сверху вниз (I–IV). Основную промышленную ценность представляют III и IV горизонты. Мощность продуктивных пластов колеблется от 2–3 до 26,4 м. Они характеризуются высоким содержанием гипса (63,85–93,86 % по скважинам и 81,84–89,56 % по подсчетным блокам). Характерны зернистые, пластинчатые и волокнистые структуры, массивные, беспорядочные и брекчиевидные текстуры. Окраска гипса желтая, розовая, белая, серая и коричневато-серая. В разрезе IV горизонта относительно широко распространены гипсоангидритовые и ангидритовые породы. Запасы полезного ископаемого в целом по месторождению составляют: гипса по категории С₁ – 177 074 тыс. т, С₂ – 163 416 тыс. т, ангидрита по категории С₁ – 96 208 тыс. т, С₂ – 41 454 тыс. т. Запасы подсчитаны до глубины 300 м от земной поверхности.

Лекция 19. КАРБОНАТНЫЕ ПОРОДЫ

Общие сведения. Карбонатные породы сложены главным образом карбонатами кальция и магния, реже железа и марганца. Они достаточно широко распространены в земной коре, составляя более 15 % ее массы. К ним относятся известняк, мергель, мрамор, травертин, известковая гажа, мел, доломит, жильные карбонатные породы, карбонатиты и др. В составе этих пород, помимо собственно карбонатов, в качестве примеси нередко присутствуют глинистые частицы, кварц, полевые шпаты, хлорит, глауконит, углистое вещество, сульфаты и др. Среди карбонатных пород резко доминируют осадочные. Они формировались в морских, лагунных и озерных условиях хемогенным, кластогенным или органогенным путем. Подчиненное значение имеют породы метаморфогенного (мрамор и др.) и эндогенного генезиса (карбонатиты).

Известняк – осадочная порода, состоящая главным образом из кальцита или кальцитовых скелетных остатков организмов, очень редко из арагонита. Химический состав чистых известняков приближается к теоретическому составу минерала кальцита СаСО₃ (56,6 % СаО и 44,0 % СО₂). Наиболее частыми примесями в известняках являются: глинистые минералы, доломит, сидерит, опал, халцедон, кварц, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, пирит, марказит, гипс, органическое вещество и др. Название известняков обычно дается в зависимости от особенностей слагающих их компонентов, или структуры (брахиоподовые, оолитовые, комковатые, кристаллические, обломочные и др.). Карбонатные породы с примесью глинистых частиц подразделяются на определенные группы (табл.12).

Доломит – карбонатная порода, сложенная преимущественно минералом доломитом – СaMg(CO₃)₂. Основными примесями в доломитовой породе являются кальцит, глинистые минералы, опал, халцедон, сидерит, анкерит, кварц, оксиды и гидрооксиды железа и др. В природе доломит встречается в крупно,-мелко- и скрытокристаллических агрегатах. В осадочных формациях доломит слагает пласты, прослои, линзы и тела неправильной формы. В гидротермальных и рудных месторождениях доломит встречается в ассоциации с флюоритом, баритом, сульфидами, а также в измененных основных и ультраосновных породах. Доломит связан переходами с известняком, образуя ряд доломит–кальцит (табл.13).

Мел – белая полусвязная порода, состоящая на 96–99 % из СаСО₃. В составе карбонатовой части мела различают три группы компонентов: 1) органические остатки (в основном морские планктонные водоросли – кокколитофориды; 2) кристаллы кальцита с хорошими гранями; 3) порошковатый кальцит.

Таблица 12

Группировка карбонатно-глинистых пород
в цементной промышленности стран СНГ

Порода	Массовая доля, %
СаСО3	СаО
Известняк	100–95	56,0–53,2
Известняк мергелистый	95–90	53,2–50,4
Мергель известковистый	90–75	50,4–42,0
Мергель	75–40	42,0–22,4
Мергель глинистый	40–20	22,4–11,2
Глина мергелистая	20–5	11,2–2,8
Глина	5–0	2,8–0,0

Таблица 13

Группировка известково-доломитовых пород (по С. Г. Вишнякову)

Порода	Массовая доля, %
Кальцит, СаСО3	Доломит, СаMg(CО3)2
Известняк	95–100	0–5
Доломитистый известняк	75–95	5–25
Доломитовый известняк	50–75	25–50
Известковый доломит	25–50	50–75
Известковистый доломит	5–25	75–95
Доломит	0–5	95–100

 

Применение в промышленности. Карбонатные породы широко применяются в различных отраслях промышленности. Известняки и мел используются как сырье в промышленности вяжущих веществ для производства портланд-демента, воздушной и гидравлической извести. Особенно ценным сырьем для производства цемента являются так называемые «мергели-натуралы». В металлургии известняки и доломиты находят применение в качестве флосов при выплавке и первичной переработке железа и некоторых цветных металлов. Эти же породы используются в виде щебня или дробленого камня в качестве заполнителя бетона, дорожной щебенки, железнодорожного балласта и грубого фильтра для очистки сточных вод, а в более тонкомолотой форме – в виде известковой подкормки для птиц, для штукатурок, искусственного декоративного песка, наполнителя для побелочного материала. Карбонатные породы применяются в химической, пищевой, бумажной, резиновой, полиграфической и других отраслях промышленности. В сельском хозяйстве мел, доломит и известняк используются для известкования почв.

Технология производства портланд-цемента. Карбонатные породы имеют исключительно широкое применение в технологии производства портланд-цемента. Портланд-цемент впервые был получен в 1824 г. англичанином Эспдином. Первоначально его изготовляли из богатых глиной известняков – «мергелей-натуралов», имеющих близкое к требуемому отношение оксида кальция к кремнезему.

Производство портланд-цемента является многоэтапным. 1. Исходное сырье (известняк и глина, или «мергель-натурал») размалывается и перемешивается. 2. Приготовленная смесь обжигается во вращающейся печи: в интервале температур 100–110 ^о С удаляется вся гигроскопическая вода; при температуре 600 ^о С начинает удаляться гидратная и гидроксильная вода; при температуре 800–850 ^о С начинает разлагаться карбонат кальция СаСО₃ = СаО + СО₂ и происходит распад алюмосиликатов. Это является началом клинкер-процесса, при котором СаО вступает в реакцию с алюмосиликатами и силикатами с образованием клинкерных минералов. 3. В интервале температур 1300–1500 ^о С происходит частичное плавление клинкерных минералов с появлением двух-трехкальциевых силикатов и расплава. 4. Последней стадией формирования клинкера является кристаллизация расплава и его реакция с кальциевыми силикатами. Окончательный состав клинкерных минералов образуется при охлаждении расплава до 1000 ^о С. Клинкер состоит из четырех главных искусственных соединений-минералов: 1) b - дикальциевого силиката, b - Са₂SiO₄ (белит); 2) трикальциевого силиката Ca₃SiO₅ (алит); 3) трикальциевого алюмината Ca₃Al₂O₆; 4) кальциевого алюминоферрита Ca₂AlFeO₅.

Клинкер с заданным соотношением этих соединений поступает на мельницу, где к нему добавляется до 3 % гипса. В состав цемента также могут вводиться так называемые активные добавки, которые не нарушают его способности твердеть и схватываться, но существенно улучшают прочность и другие полезные свойства цемента.

Общетехнические требования. Требования к качеству карбонатного сырья различные в зависимости от использования его в соответствующем производстве и регламентируются ГОСТами и ведомственными техническими условиями. Известняки, применяемые для доменного производства, должны содержать не более (%): SiO₂ 4; Al₂O₃+Fe₂O₃ 3,5; MgO 3,5; P₂O₅ 0,05; SO₃ 0,35.

Наиболее чистые и свободные от примесей известняки, используемые в химической промышленности для получения соды, хлора, карбида кальция и других продуктов, должны содержать вредных примесей не более (%): Al₂O₃+Fe₂O₃ 1–3; MgO 0,8–1,5; SiO₂ 1–3; S 0,05–0,15; P 0,006–0,010.

Основными показателями пригодности известняков и мергелей для производства силикатного цемента служат силикатный п и глиноземный р- модули и так называемый коэффициент насыщения (Кн).

n =SiO₂ / Al₂O₃ + Fe₂O₃ = 1,7 – 3,5; p = Al₂O₃ / Fe₂O₃ = 1–2,5;

Кн = (CaO_общ – CaO_св) – (1,65 Al₂O₃ + 0,35 Fe₂O₃ + 0,7 SO₃) /

/ 2,8 (SiO_{2 общ} – SiO_{2 св}) = 0,82–0,95.

Генетические типы промышленных месторождений. Среди большого разнообразия месторождений карбонатного сырья выделяются три основных геолого-промышленных типа: 1) субгоризонтальные пласты, линзы и горизонты мела, мергелей, известняков и доломитов большого площадного распространения в разрезах платформенных карбонатно-терригенных формаций различного возраста (группа Вольских месторождений Восточно-Европейской платформы, месторождения мела и мергелей Могилевской области в Беларуси); 2) круто- и пологопадающие пласты, линзы и пачки ритмичного чередования мергелей, известняков и карбонатных глин мощностью в десятки метров в разрезах складчатых геосинклинальных карбонатно-терригенных флишевых толщ (Новороссийские месторождения); 3) слабо наклонные, быстро выклинивающиеся пластовые, линзовидные и сложной формы залежи доломитов и органогенных известняков с мелом и мергелями неравномерной, меняющейся мощности в десятки метров в составе карбонатных рифогенных, соленосных и терригенных толщ краевых и межгорных прогибов и внутренних впадин (месторождения штатов Индиана, Иллинойс, Огайо и др.).

Геология месторождений карбонатного сырья. Новороссийская группа месторождений расположена в полосе вдоль северо-восточного побережья Черного моря близ г. Новороссийска. Она приурочена к флишевой зоне позднемелового возраста. До 1949 г. здесь большое промышленное значение имели «мергели-натуралы». В настоящее время используются в основном все разности карбонатных пород и добыча ведется валовым способом. В группе имеются месторождения Новороссийские I, II, III, IV, Атакойское и др. Месторождения приурочены к флишевой толще, слагающей крылья Маркотхской антиклинали, вытянутой параллельно берегу моря более чем на 50 км. Антиклиналь имеет изоклинное строение, опрокинута на юго-запад с падением крыльев под углом 20–70 ^о. Она осложнена сбросами и надвигами.

Флишевая толща состоит из многократно повторяющихся тонких слоев (15–20 см) известняков и мергелей с подчиненными прослоями известковых глин и тонкими (0,1–2 мм) прослоями песчаников. По содержанию СаСО₃ в составе флишевой толщи выделяется несколько характерных разновидностей пород: 1) «высокие» известняки, содержащие СаСО₃ более 83 %; 2) «мергели-натуралы» с содержанием СаСО₃ 75–83 %; 3) «романчики» – мергели с содержанием СаСО₃ 60–75 %; 4) «трескуны» – мергелистые сланцы (СаСО₃ 39–60 %); 5) «дикари», к которым относятся известково-глинистые песчаники и песчанистые известняки; 6) «подмазки» – мягкие известковые и неизвестковые глины, образующие тонкие (1–3 мм) прослои.

Для производства цемента пригодна лишь часть толщи мощностью 250–300 м, выделяемая в качестве маркотхской цементной свиты. Эта свита в свою очередь расчленяется на четыре подсвиты, из которых промышленное значение имеет «подсвита натуралов», или так называемая «стопластовая» свита, в разрезе которой на долю «мергелей-натуралов» приходится около 70–75 %.

Разработка месторождений осуществляется карьерами. Мощность вскрышных пород, представленных четвертичными аллювиальными, элювиальными и делювиальными образованиями, с учетом почвенно-растительного слоя составляет 0,2–1,5 м. Мощность вскрываемой части разреза «стопластовой» свиты – 210–280 м. В последние годы производится шихтовка добываемого карбонатного сырья. Ежегодная суммарная добыча цементного сырья на Новороссийских месторождениях составляет 7–8 млн т.

Месторождения карбонатных пород Беларуси. Карбонатные породы, используемые для производства цемента и извести, представлены мелом и мергелями. На востоке республики (Могилевская и Гомельская области) они находятся в коренном залегании, а на западе и в центре (Гродненская и Минская области) встречаются в виде отторженцев. На площадях неглубокого их залегания, главным образом в Кричевском, Климовичском и Чериковском районах Могилевской области разведано более 10 месторождений. Среди них – относительно крупные: Кричевское, Коммунарское, Сожское, Каменка и др. Мощность меловых отложений варьирует от 10–20 до 50 м и более при глубине залегания кровли от 1 до 25 м. По составу залежи различны: Кричевское месторождение представлено писчим мелом, Коммунарское – мергелем, Каменка – мергелем и мелом. Содержание СаСО₃ в продуктивной толще колеблется от 65 % в мергелях до 98 % в мелах.

Сырьевая база цементной промышленности Беларуси включает 15 месторождений с общими запасами карбонатных пород для цемента по категориям А+В+С₁ 718 млн т. Разрабатывается 8 месторождений, на базе которых действуют РУП «Волковыскцементошифер», «Кричевце­ментошифер» и новый Белорусский цементный завод (БЦЗ). Добыча карбонатных пород для цементной промышленности ежегодно составляет около 3,7–4 млн т.

Доломит в Беларуси используется для производства доломитовой муки. Месторождения доломита в коренном залегании сосредоточены в Витебской области. В настоящее время разрабатывается карьер «Гралево» месторождения Руба. Продуктивными являются доломиты семилукского горизонта франского яруса верхнего девона мощностью 16–24 м, кровля которых залегает на глубине от 4,5 до 15,8 м. Среднее содержание карбонатов – 93,5 %, примеси представлены в основном алюмосиликатным материалом. Ежегодная добыча – 3,2–4,0 млн т доломита.

Лекция 20. ГЛИНЫ, КАОЛИНЫ,
ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ

Общие сведения. Глины – связные несцементированные осадочные породы, с преобладанием глинистых минералов, держатся в куске благодаря межмолекулярным силам и сцеплению между тончайшими частицами диаметром меньше 0,005 мм, обладают пластичностью и после обжига приобретают прочность камня. По гранулометрическому составу в глинах резко преобладают частицы размером 0,01–0,001 мм. Содержание частиц диаметром меньше 0,001 мм достигает 25–30 %, а частиц диаметром более 0,1 мм обычно не превышает 10–15 %.

К глинистым породам относят неразмокающие, так называемые сухарные, глины («флинтклей»), а также аргиллиты и глинистые сланцы, которые, подобно глинам, обладают тонкодисперсным строением, близким минеральным и химическим составом.

Минералогия. Глинистые минералы, слагающие основную массу породы, представляют собой относительно стабильные водные силикаты алюминия, железа и магния слоистой, слоисто-ленточной и смешанно-слоистой структур, отличающиеся от других силикатов высокой дисперсностью, гидрофильностью, способностью к сорбции и ионному обмену. Глинистые минералы – это по преимуществу кристаллические минералы; аморфные глинистые минералы распространены реже. В основе их кристаллического строения лежат два типа двумерных структурных элементов: тетраэдрическая кремнекислородная сетка и октаэдрическая сетка, в углах элементарного октаэдра которой находятся ионы кислорода и гидроксила, а в центре – алюминия, железа или магния. Совокупность таких сеток образует элементарный слой, который может состоять из двух (октаэдрической и тетраэдрической), трех (двух тетраэдрических и одной октаэдрической) и более сеток.

Выделяют следующие группы глинистых минералов, отличающихся между собой по кристаллической структуре и составу (в скобках даны характерные минералы каждой группы): 1) аллофановая (аллофан); 2) каолинитовая (каолинит, галлуазит); 3) монтмориллонитовая (монтмориллонит, нонтронит); 4) гидрослюдистая (гидромусковит, глауконит); 5) хлоритовая (хлорит); 6) палыгорскитовая (палыгорскит, сепиолит). Различают также минералы-сростки (монотермит, бейделлит).

Неглинистые минералы в глинах представлены кварцем, лимонитом, гематитом, пиритом, марказитом, сидеритом, магнетитом, неразложившимися остатками полевых шпатов, турмалином, амфиболами и др. Содержание основных химических компонентов глин колеблется в широких пределах (%): SiO₂ 30–70; Al₂O₃ 10–40; H₂O 5–15; подчиненными компонентами являются TiO₂, Fe₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, SO₃, CO₂, P₂O₅, S, C и др.

Каолином называют близкую к мономинеральной глинистую породу, состоящую из каолинита или других минералов группы каолинита. Он обладает белым цветом, слабопластичен или даже непластичен. Различают остаточные или первичные каолины, связанные с корой выветривания полевошпатовых изверженных, осадочных и метаморфических пород, и вторичные каолины, возникшие за счет размыва и переотложения первичных каолинов. По химическому составу чистый каолин близок к теоретическому каолиниту и содержит (%): SiO₂ 46,54; Al₂O₃ 39,50; Н₂О 13,96. Количество Fe₂O₃, TiO₂, CaO и K₂O не превышает 0,5–0,7 % каждого компонента.

Свойства глин, каолинов и глинистых пород. Главнейшими свойствами глин, каолинов и других глинистых пород, определяющих применение их в промышленности, являются пластичность, связность, вспучиваемость, набухаемость, воздушная усадка, огневая усадка, огнеупорность, спекаемость, адсорбционная способность, гигроскопичность, способность к ионному обмену, относительная химическая инертность и др.

Пластичность – это способность глин во влажном состоянии приобретать под давлением любую форму и сохранять ее после снятия давления и сушки. Пластичность тонкодисперсных монтмориллонитовых глин является наивысшей.

Набухание – свойство глин увеличиваться в объеме при поглощении воды. Наибольшим набуханием обладают монтмориллонитовые и бейделлитовые глины, меньшим – монотермитовые, каолинитовые и гидрослюдистые.