Природные каменные материалы

Природные каменные материалы являются важнейшими сырьевыми продуктами при получении искусственных строительных материалов (строительной керамики, огнеупоров, стекла, цемента, извести и др.), для чего их подвергают сложным видам механической и химической переработки.

Широкое использование природного сырья связано с благоприятными физико-химическими свойствами многочисленных пород. Для производства строительных материалов и изделий горные породы добывают из поверхностных слоев земной коры, в состав которой входят все химические элементы: кислород – до 47%,, кремний – до 26%; алюминий и железо составляют соответственно 8 и 5%, суммарное количество кальция, магния, натрия и калия не превышает 11% общей массы горных пород. Остальные элементы составляют приблизительно 3% состава земной коры. В чистом виде химические элементы встречаются в ней редко; подавляющее большинство их находится в виде соединений с однородным химическим составом, структурой и свойствами, которые называются минералами.

Содержащиеся с составе горных пород минералы разделяют на породообразующие и второстепенные. Первые, примерно 40-50% минералов, участвуют в образовании горных пород и обуславливают их свойства; вторые встречаются в них только в виде примесей.

Среди породообразующих минералов выделяются первичные и вторичные. Первичные возникли при формировании пород, вторичные – позже, как продукты видоизменения первичных минералов.

Природные минералы находятся в основном в твердом состоянии и имеют преимущественно кристаллическое строение с закономерным расположением частиц в пространстве. Реже они встречаются в виде аморфных веществ с беспорядочным пространственным расположением частиц.

Твердые минералы обладают рядом характерных свойств, оказывающих большое влияние на технические свойства пород: твердость, спайность, излом, блеск, окраска, плотность. Эти свойства зависят от строения и прочности связей в кристаллической решетке.

Твердость характеризует поверхностную энергию минерала. Она оценивается по шкале Мооса, которая состоит из 10 минералов, расположенных в порядке возрастания их твердости: тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, полевой шпат, кварц, топаз корунд и алмаз. Определяют твердость пробой на царапанье. Показатель твердости материала имеет большое практическое значение и косвенно позволяет судить о механических свойствах природного камня.

Спайность проявляется в виде способности минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием гладких зеркальных поверхностей – плоскостей спайности. Одни минералы легко расщепляются на тончайшие пластинки в одном или нескольких направлениях, у других она проявляется плохо или совсем отсутствует. Спайность является важным диагностическим признаком минералов.

Излом является характеристикой неровной поверхности раскола минерала, прошедшего не по направлениям спайности. Среди разнообразных видов излома выделяются ровный, ступенчатый, неровный, раковистый, занозистый, землистый. Изломы позволяют не только диагностировать, но и оценивать свойства минералов.

Окраска – важный диагностический признак минералов, так как для большинства их она сохраняется постоянной и вместе с тем имеет определяющее значение для декоративной характеристики природного камня. Окраска обусловлена присутствием красящих элементов (хромофор) в составе минерала.

Блеск возникает в результате отражения световых лучей от поверхности минерала и имеет важное диагностическое значение. Одновременно он является характеристикой декоративных или ювелирных достоинств минерала. Блеск появляется под влиянием двух факторов: показателя преломления светового луча при прохождении в кристаллической среде минерала и коэффициента его поглощения данной средой. В зависимости от величины показателя преломления и характера отражающей поверхности минералы приобретают стеклянный, перламутровый, жирный, шелковистый, матовый и другие виды блеска, которые учитываются при отборе минерального сырья для практических целей. В природе преобладают минералы со стеклянным блеском, имеющие средние показатели преломления 1,3 – 1,9.

Плотность (истинная) колеблется у минералов от значений, меньших единицы (озокерит), до 20 и выше (осмистый иридий). Она зависит от химического состава и структуры, атомной массы элементов, их ионных радиусов и валентности. Числовые значения плотности помимо диагностических характеристик имеют практическую ценность при оценке качества минерального сырья, и используется при его обогащении. Наибольшее распространение в природе имеют минералы с малой (от 2 до 4 г/см³) плотностью.