Глина состав: Состав и виды глины – какая бывает глина

Состав и виды глины – какая бывает глина

Глина – самый распространенный на земле грунт. Она образуется после распада и выветривания горных пород на мельчайшие частички, является последним этапом их деградации. Залегает глина сплошными массивами или тонкими прослойками (линзами) близко к поверхности.

Раньше этот материал добывали в поймах рек и озер. Сейчас это чаще делают в карьерах. Качество и состав глин в разных местах отличается, что определяет область их использования. Большинство предприятий (например, кирпичные и цементные заводы) строят в местах залежей глины. Это значительно удешевляет затраты на транспортировку.

Связь между частицами глины довольно прочная, что определяет многие ее свойства. Но разрушить эту связь несложно, так как глина – мягкий грунт. Поэтому ее добыча ведется открытым способом. Для извлечения материала используют экскаваторы, бульдозеры и другие наземные механизмы. Проводить бурение или взрывные работы при добыче глины нет необходимости.

Состав глины

Материнской породой для глины являются граниты и гнейсы. В результате выветривания они распадаются на кварц, слюду и полевые шпаты. Дальнейшая деградация ведет к образованию каолинита, монтмориллонита и гидрослюды. Процесс занимает сотни тысяч, а то и миллионы лет.  Глинистые минералы (глиноземы) представляют собой соли алюминия и кремния. Кроме них в состав глины входят молекулы воды. Соотношение компонентов может быть разным, в зависимости от места добычи. Оксиды кремния (кремнезем) составляют приблизительно 45-50%, оксид алюминия (глинозем) – около 40-45%, вода – до 15%.

Глины могут включать и другие глиноземы (соединения алюминия):

• Андалузит
• Дистен
• Силлиманит
• Галлуазит
• Гидраргиллит
• Монотермит
• Корунд
• Мусковит
• Диаспор
• Накрит
• Пирофиллит

Глиноземы влияют на свойства глины. Например, андалузит повышает ее огнеупорность (температуру плавления). Глины с монотермитом набухают сильнее, чем обычные каолиновые. Некоторые примеси снижают пластичность, изменяют цвет материала.

В глинах могут содержаться красящие вещества – хромофоры. К ним относятся оксиды железа, титана, магния, меди, никеля, хрома. Они придают материалу разные оттенки, от желтого и коричневого до синего, красного и даже черного.

Глины загрязняются песком (оксидом кремния), соединениями кальция (гипсом, доломитом, кальцитом), солями металлов. В массивах грунтов нередко присутствует органика. Эти включения ухудшают качество материала. При высоком содержании посторонних примесей глину нельзя использовать в некоторых работах (например, для производства керамики).

Около 50% глинистых частиц имеют диаметр до 0,01 мм, больше 25% – до 0,001 мм. Форма зерен у материала плоская, напоминает чешуйки. Заряд частиц отрицательный, к их поверхности притягиваются положительные молекулы воды. Это одна из причин гигроскопичности глины, способности впитывать и накапливать жидкость.

В следующей части статьи мы расскажем о видах глины и принципах классификации этого вида грунта.

Виды глины

Существует много характеристик, по которым классифицируются глины. Учитываются условия их образования, химический состав и физические свойства. Иногда в систему включается разделение в зависимости от специфических способов применения.

Глина делится на виды по следующим признакам:

• Содержанию глинистых минералов
• Происхождению
• Кислотности
• Наличию включений
• Дисперсности
• Пластичности
• Цвету
• Огнеупорности
• Способности к спеканию
• Способу применения

Дальше мы подробно расскажем о каждой группе глин и перечислим основные виды материала.

По содержанию глинистых минералов

В глинах может преобладать один или несколько глинистых минералов. В первом случае их называют олигомиктовые, во втором – полимиктовые.

Олигомиктовые глины разделяют на:

• Гидрослюдные
• Каолиновые
• Монтмориллонитовые

Гидрослюдные

Эти глины характеризуются низкой пластичностью, в воде могут увеличивать свой объем в 9 раз. В них много примесей обломочных пород (полевого шпата, слюды), кварца. К гидрослюдным глинам относятся аргиллиты – продукт уплотнения глины с уменьшенной пористостью. Сюда же включают породу зеленоватого цвета, сложенную из глауконита.

Каолиновые

Основной компонент грунтов – каолин. Средний размер частиц в них – 0,01 мм. Глина отличается высокой пластичностью, в воде ее объем увеличивается в 3 раза. Цвет материала светлый, серый, белый или желто-коричневый. Эти разновидности чаще всего используются в производстве керамики.

Монтмориллонитовые

Эти виды глин образовались из вулканического пепла. Средний размер их частиц – 0,001 мм. При намачивании такой материал способен увеличиваться в объеме в 40 раз. Монтмориллонитовые глины обладают выраженными сорбционными свойствами. Иногда их так и называют – адсорбционными. Раньше эти глины также называли сукновальными, так как они использовались для отбеливания полотна. Сейчас их применяют в нефтеперерабатывающей и химической промышленностях в качестве сорбентов.

Выделяют 2 группы монтмориллонитовых глин:

• Флоридины (гумбрины, нальчикины)
  Они отличаются жирной консистенцией, высокой пластичностью и наличием большого количества мелких частиц.
• Бентониты (асканиты, гюльаби, огланлинские глины)
  Имеют слоистую структуру. При намачивании увеличивают свой объем в 30-40 раз, превращаются в студенистую субстанцию. После высыхания проседают и покрываются трещинами.

Монтмориллонитовые глины являются составляющей буровых установок. Эти разновидности впитывают в себя не только жидкость, но и растворенные в них вещества.

По происхождению

По своему происхождению глины разделяют на:

• Элювиальные
• Морские осадочные
• Континентальные осадочные

Элювиальные

Элювиальные, или остаточные глины – это продукт выветривания материнской породы, вулканической лавы и туфа. Залегает грунт в месте своего образования. Чаще всего массивы не сплошные, образуются плоские прослойки (линзы) или ограниченные участки (карманы, гнезда). Нижние слои постепенно переходят в горную породу, могут быть засорены включениями камней (слюды, полевых шпатов, гранита). Залежи часто сохраняют структуру, характерную для материнской породы.

Морские осадочные

Образуются путем переноса выветрелых пород на морское дно или побережье.

Выделяют 3 типа глин такого происхождения:

• Прибрежные
  Отличаются неоднородным составом с высоким содержанием примесей песка и карбонатов.
• Лагунные
  В соленых лагунах состав грунта неоднородный, с примесью солей. В опресненных лагунах в глинах преобладают мелкие частицы, количество солей также повышенное.
• Шельфовые
  Залегают на глубине около 200 м. Они образуют мощные пласты толщиной до 100 м и площадью в десятки квадратных километров. Структура однородная, количество примесей минимальное.

Континентальные осадочные

Континентальные осадочные глины образовались после переноса выветрелой породы по суше (ветром, потоками воды, после землетрясений и горных обвалов).

В эту группу входят:

• Делювиальные
  Образуются у подножия возвышенностей. Гранулометрический состав изменчивый, в глинах есть много примесей песка и мелких камней.
• Озерные
  Однородные по составу глины с мелкими частичками. В пресных озерах залегают каолиновые виды, а в соленых – монтмориллонитовые. Материал из озер отличается высоким качеством.
• Пролювиальные
  Образуются после схождения оползней, селевых потоков. Отличаются неоднородным составом, большим количеством посторонних включений.
• Речные
  Располагаются на дне и в поймах рек. Состав неоднородный, массивы глины переходят постепенно в песчаники и галечники.

По кислотности

Эта характеристика определяется содержанием оксидов алюминия и титана (Al2O3 + TiO2).

По кислотности глины разделяются на:

• Высокоосновные (более 40% оксидов)
• Основные (30-40%)
• Полукислые (15-30%)
• Кислые (до 15% оксидов)

Основные и высокоосновные глины обладают высокой температурой плавления. В эту группу также включают бокситы – основной источник промышленного алюминия. Кислые разновидности используются в качестве катализаторов различных химических процессов.

По наличию включений

В глине могут быть включения частиц большего размера или минералов разного происхождения.

По их наличию глины разделяются на материалы:

• С мелкими включениями (до 2 мм)
• Со средними включениями (2-5 мм)
• С крупными включениями (от 5 мм)

По количеству частиц с размерами от 0,5 мм:

• С низким содержанием (до 1%)
• Со средним содержанием (1-5%)
• С высоким содержанием (более 5%)

Высокий процент включений снижает пластичность глины. Она не может применяться в гончарстве. Зато такой материал не трескается при спекании и может идти на изготовление кирпичей. Крупные частицы (1-5 мм) – это песчинки. Их высокое содержание характерно для супесей и суглинков.

На качество материала также влияет химическая структура примесей.

По этому признаку классифицируют глины следующим образом:

• С примесями кварца (песка)
  В качественной глине кварц должен составлять не более 50%. Если песка 70-90%, то грунт называется суглинком. Когда количество глинистых частиц составляет 10% и меньше, то материал называют супесью.
• С примесями железа
  Этот элемент влияет на цвет материала, в определенных концентрациях повышает качество керамических изделий, увеличивает способность глины к вспучиванию.
• С включением карбонатов (гипса, доломита, кальцита)
  Карбонаты понижают температуру плавления глины и ее способность к спеканию. Примеси мелкого объема уменьшают прочность изделий, крупного – после обжига превращаются в гашеную известь, могут спровоцировать полное разрушение изделий. У грунта с гипсом или доломитом повышается растворимость в воде и снижается несущая способность.
• С органическими включениями
  Такие примеси часто встречаются в верхних слоях залежей. Глина с большим количеством органики непригодна для изготовления керамики. Но она может использоваться в качестве материала при рекультивации земель.

По дисперсности

Это свойство связано с размером частиц. Чем они мельче, тем лучше утрамбовываются и образуют однородную дисперсную систему.

По степени дисперсности глины разделяют на:

• Высокодисперсные, или тонкодисперсные (содержат 85% частиц меньше 10 мкм или 60% – до 1 мкм)
• Дисперсные (частицы до 10 мкм составляют 40-85% или до 1 мкм – 20-60%)
• Грубодисперсные (в материале меньше 40% зерен с диаметром до 10 мкм или до 20% с диаметром до 1 мкм)

Дисперсность глины влияет на ее пластичность.

По пластичности

Под пластичностью понимают способность глины менять свою форму без разрушения структуры при намачивании и сохранять ее после высушивания. Измеряется показатель числом пластичности.

По этому параметру глина разделяют на:

• Высокопластичные (число выше 25) – это тяжелые или жирные глины
• Среднепластичные (15-25) – это легкая или тощая глина
• Умереннопластичные (7-15) – это суглинки
• Малопластичные (меньше 7) – это супеси, гидрослюда
• Непластичные – аргиллиты

Глины с высокой пластичностью используются для производства керамической посуды и скульптур, со средней и низкой – для кирпичей и плитки. Тяжелые жирные разновидности можно использовать для обустройства глиняного замка вокруг фундамента.

По цвету

Глина окрашивается в разные цвета из-за наличия в ней оксидов металлов.

Она бывает:

• Белая (не имеет примесей)
• Желтая охра (содержит 25% оксида железа)
• Красная охра (40% оксида железа)
• Ярко-красный сурик (60% оксида железа)
• Темно-коричневая (больше 60% оксида железа)
• Черная (высокое содержание битума или другой органики)
• Зеленая (содержит оксид меди)
• Голубая (за счет оксида кобальта)
• Оливково-зеленая (присутствует окись хрома)
• Пурпурная и коричневая (содержат оксид магния)
• Серо-зеленая (присутствует оксид никеля)

Окраска глины еще ярче проявляется после обжига. В гончарном производстве оксиды иногда специально добавляют в материал, чтобы получить разноцветные изделия.

По огнеупорности

Огнеупорность – это способность материала сохранять структуру и не расплавляться при высоких температурах. Она снижается при высоком содержании тонкодисперсных частиц, включениях карбонатов и оксидов металлов.

По этому признаку глины разделяют на:

• Огнеупорные (или шамотные)
  Они плавятся при температуре выше 1580°С. Состоят такие глины в основном из каолина, с небольшой примесью кремнезема. Включений оксидов металлов тут практически нет. Глины используются для производства высококачественной керамики, огнеупорных (шамотных) кирпичей и плитки.
• Тугоплавкие
  Выдерживают температуры от 1350 до 1580°С. В их состав входит 20-40% глинозема, в небольших количествах могут попадаться включения оксидов и солей металлов. Отличаются тугоплавкие глины высокой пластичностью, используются для производства клинкерных кирпичей и плитки, керамики.
• Легкоплавкие
  Такие глины содержат 60-80% кремнезема и 5-20% глинозема с примесью оксида титана. Плавятся они при температуре 1350°С. Используются легкоплавкие материалы в производстве обычного кирпича, керамической плитки, гончарных изделий.

По способности к спеканию

При высоких температурах материал уплотняется и превращается в твердый черепок. Этот процесс называется спеканием.

По способности к спеканию глины разделяют на:

• Сильноспекающиеся
• Среднеспекающиеся
• Неспекающиеся

В зависимости от температуры спекания различают глины:

• Низкотемпературные (спекание происходит при 1100°С)
• Среднетемпературные (температура от 1100 до 1300°С)
• Высокотемпературные (спекание происходит при температуре выше 1300°С)

Спекаемые глины идут на производство керамики. Из них получается прочная посуда, плитка, черепица, кирпичи. От температуры спекания зависит, в каких условиях изделия приобретают свою окончательную прочность. Чем она выше, тем сильнее нужно нагревать материал.

По способу применения

Глины используют повсеместно, в разных видах работ. Подробнее об этом вы можете прочитать на нашей странице Применение глины. Но существуют и специфические области использования (например, пищевая промышленность). В них применяются только определенные виды глины, к которым предъявляются особые требования. Они также имеют свои названия. Именно такие глины мы включили в данную классификацию.

Итак, по способу применения глины разделяют на:

• Фарфоровую
• Фаянсовую
• Гончарную
• Клинкерную
• Левкасную
• Медицинскую
• Пищевую

Фарфоровая

Это белая глина без примесей железа. После обжига она не меняет свой цвет. В состав материала входит каолин, имеются небольшие примеси песка и полевого шпата.

Фаянсовая

Такую глину еще называют майолика. Впервые она была открыта на острове Майорка и широко использовалась еще в античные времена для производства фаянсовой посуды. Она содержит много белого глинозема, полевой шпат и кварц. Отличается материал высокой огнеупорностью.

Гончарная

Это глина с высоким числом пластичности и минимальным количеством грубодисперсных примесей (песка, полевого шпата), легкоплавкая или тугоплавкая. Из нее хорошо формируются разные гончарные изделия – посуда, скульптуры, декоративные поделки. Высоко ценятся в этой области цветные материалы, с включениями оксидов железа, хрома, никеля, магния, меди.

Клинкерная

Тугоплавкая глина с высоким содержанием сланца и гидрослюды. Она используется для производства огнеупорных клинкерных кирпичей, кафеля для печей и каминов, клинкерной плитки.

Левкасная

Глина левкасная (или болюс) используется в качестве грунтовки под сусальное золото. Она содержит много оксида железа, имеет бурый, желтый или красный цвет.

Медицинская

В медицине применяется высокоочищенная каолиновая глина. Чаще всего из нее изготавливают сорбенты, эффективные при отравлениях, кишечных инфекциях, интоксикациях. Вещество добавляют к противоаллергическим мазям, антисептикам, используют в физиотерапии.
Широко применяется глина и в косметологии.  Одна из самых популярных разновидностей тут – голубая кембрийская глина. Она богата минералами, хорошо очищает поры, уменьшает жирность кожи, регулирует работу сальных желез.

Пищевая глина

Она используется в животноводстве в качестве добавки к кормам. Чаще всего это монтмориллонитовая глина, но может быть и каолиновая. Вещество является источником микроэлементов и сорбентом, предотвращает вздутие живота и отравления. Сейчас во многих аптеках можно увидеть пищевую глину и для людей, которая выполняет ту же функцию.

Вид глины во многом влияет на ее стоимость. Выше всего ценится чистый каолин без посторонних примесей. Из него делают фарфор, фаянс и керамику. Довольно редко встречается чистый бентонит, который также используется в промышленности. Глинистые грунты имеют способность к набуханию и морозному пучению, поэтому их обязательно тестируют перед применением в строительных работах.

Подробнее о свойствах этого материала вы можете прочитать на странице Свойства глины.

О том, где можно использовать глину, читайте на странице Применение глины.

учебник по керамике . глина, виды глины , свойства

Глина — основа гончарного производства, глинозем -значительная часть химического состава глинообразующих минералов (глинозем — природная окись алюминия. — Ред.). В смеси с водой глина образует тестообразную массу, подходящую для дальнейшей обработки. В зависимости от места происхождения природное сырье имеет существенные различия. Одно можно использовать в чистом виде, другое необходимо просеивать и смешивать, чтобы получить материал, пригодный для изготовления различных изделий.
Образование глины Глина — это вторичный продукт земной коры, осадочная горная порода, образовавшаяся в результате разрушения скальных пород в процессе выветривания. Поэтому разработки породы ведутся не в местах ее образования, а среди различных отложений, слои которых имеют определенную окраску и чистоту. Для каждой работы требуется особая разновидность глины. Ниже предлагается краткая характеристика видов глины и ее специфических свойств по пригодности для гончарного производства.
Виды глины Глина состоит из мельчайших кристаллов. Эти кристаллы формируют глинообразующий минерал класса силикатов — каолинит. Его состав: 47% оксида кремния IV (SiO2), 39% оксида алюминия (АL2О3) и 14 % воды (Н20). Следует обратить внимание на самые важные качества используемых сортов глины, наиболее распространенными из которых являются: красная глина, белая керамика (майолика), глина из песчаника, глина для производства фарфора и огнеупорная глина (каолин).
Природная красная глина В природе эта глина имеет зеленовато-коричневую окраску, которую придает ей оксид железа (Fe2O3), составляющий 5-8% от общей массы. При обжиге в зависимости от температуры или типа печи глина приобретает красную или белесую окраску. Она легко разминается и выдерживает нагрев не более 1050-1100 С. Большая эластичность этого вида сырья позволяет использовать его для работ с глиняными пластинами или для моделирования небольших скульптур.
Белая глина Ее месторождения встречаются во всем мире. Во влажном состоянии она светло-серая, а после обжига приобретает белесый цвет или цвет слоновой кости. Белой глине свойственна эластичность и просвечиваемость из-за отсутствия в ее составе оксида железа. Глина используется для изготовления посуды, кафеля и предметов сантехники или для поделок из глиняных пластин. Температура обжига: 1050-1150 °С. Перед глазурованием рекомендуется выдерживать работу в печи при температуре 900-1000 °С. (Обжиг неглазурованного фарфора называется бисквитным.)
• Пористая керамическая масса Глина для керамики представляет собой белую массу с умеренным содержанием кальция и повышенной пористостью. Ее натуральный цвет — от чисто-белого до зеленовато-коричневого. Обжигается при низких температурах. Рекомендуется необожженная глина, так как для некоторых глазурей однократного обжига недостаточно.
• Майолика Майолика — это вид сырья из легкоплавких пород глины с повышенным содержанием белого глинозема, обжигается при низкой температуре и покрывается глазурью с содержанием олова. Название «майолика» происходит от острова Майорка, где ее впервые использовал скульптор Флорентино Лука де ла Роббиа (1400-1481). Позднее эта техника имела широкое распространение в Италии. Керамические изделия из майолики называли также фаянсовыми, так как их изготовление началось в цехах по производству фаянсовой посуды.
• Каменная керамическая масса Основу этого сырья составляют шамот, кварц, каолин и полевой шпат. Во влажном состоянии оно имеет черно-коричневый цвет, а после сырого обжига — цвет слоновой кости. При нанесении глазури каменная керамика превращается в прочное, водостойкое и несгораемое изделие. Она бывает очень тонкой, непрозрачной или в виде однородной, плотно спекшейся массы. Рекомендуемая температура обжига: 1100-1300 °С. При ее нарушении глина может рассыпаться. Материал используют в различных технологиях изготовления гончарных изделий из пластинчатой глины и для моделирования. Отличают изделия из красной глины и каменную керамику в зависимости от их технических свойств.
• Глина для фарфора Глина для фарфоровых изделий состоит из каолина, кварца и полевого шпата. Она не содержит оксида железа. Во влажном состоянии имеет светло-серый цвет, после обжига — белый. Рекомендуемая температура обжига: 1300-1400 °С. Этот вид сырья обладает эластичностью. Работа с ним на гончарном круге требует больших технических затрат, поэтому лучше использовать готовые формы. Это твердая, непористая глина (с низким во-допоглощением. — Ред.). После обжига фарфор становится прозрачным. Обжиг глазури проходит при температуре 900-1000 °С. Различные изделия из фарфора, сформованные и обожженные при температуре 1400 °С. Дизайн: фарфор Пордамса
Грубокерамические материалы Крупнопористые крупнозернистые керамические материалы применяются для изготовления крупногабаритных изделий в строительстве, архитектуре малых форм и т. п. Эти сорта выдерживают высокие температуры и термические колебания. Их пластичность зависит от содержания в породе кварца и алюминия (кремнезема и глинозема. — Ред.). В общей структуре много глинозема с высоким содержанием шамота. Температура плавления колеблется от 1440 до 1600 °С. Материал хорошо спекается и дает незначительную усадку, поэтому используется для создания больших объектов и крупноформатных настенных панно. При изготовлении художественных объектов не следует превышать температуру в1300°С.
Цветная глина — это глиняная масса с содержанием оксида или красочного пигмента, представляющая собой гомогенную смесь. Если, проникая глубоко в глину, часть краски останется во взвешенном состоянии, то может нарушиться ровный тон сырья. Как цветную, так и обыкновенную белую или пористую глину можно приобрести в специализированных магазинах.
Массы с цветным пигментом Пигменты — это неорганические соединения, которые окрашивают глину и глазурь. Пигменты можно разделить на две группы: оксиды и красящие вещества. Оксиды — основной материал естественного происхождения, который образуется среди пород земной коры, очищается и распыляется. Чаще всего используются: медный оксид, который в окислительной среде обжига принимает зеленый цвет; оксид кобальта, образующий голубые тона; оксид железа, дающий в смеси с глазурью голубые тона, а в смеси с глиной -ангобы земляных тонов. Оксид хрома придает глине оливково-зеленый цвет, оксид магния — коричневый и пурпурный, оксид никеля — серовато-зеленые тона. Все эти оксиды можно смешивать с глиной в пропорции 0,5-6%. Если превысить их процентное содержание, то оксид будет действовать как флюс, понижая температуру плавления глины. При окраске изделий температура не должна превышать 1020 °С, иначе обжиг не даст результата. Вторая группа — красящие вещества. Их получают промышленным способом или путем механической обработки природных материалов, которые представляют полную гамму красок. Красящие вещества смешиваются с глиной в пропорции 5-20%, отчего зависит светлый или темный тон материала. Все специализированные магазины имеют в ассортименте пигменты и красящие вещества как для глины, так и для ангобов. Приготовление керамической массы требует большого внимания. Ее можно составить двумя способами, которые дают совершенно разные результаты. Более логичный и надежный путь: вносить красящие вещества под давлением. Более простой и, разумеется, менее надежный метод: подмешивать красители в глину рукой. Второй способ применяется, если нет точных представлений об окончательных результатах окраски или же есть необходимость повторить какие-то определенные цвета. использованы материалы: Долорс Росс. Керамика: техника. Приёмы. Изделия./Пер. с нем. Ю.О. Бем. — М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2003.

Глинистый минерал | Определение, структура, состав, использование, типы, примеры и факты

листовая структура кремнеземных тетраэдров

Просмотреть все материалы

Связанные темы:

монтмориллонит
вермикулит
сепиолит
хлорит
каолинит

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы


глинистый минерал , любой из группы важных гидроалюмосиликатов со слоистой (пластообразной) структурой и очень мелким размером частиц. Они могут содержать значительное количество железа, щелочных металлов или щелочноземельных металлов.

Общие соображения

Термин глина обычно применяется к (1) природному материалу с пластическими свойствами, (2) частицам очень мелкого размера, обычно определяемым как частицы размером менее двух микрометров (7,9 × 10 ^-5 дюймов) и (3) очень мелкие минеральные фрагменты или частицы, состоящие в основном из водослоистых силикатов алюминия, хотя иногда содержащие магний и железо. Хотя, в более широком смысле, глинистые минералы могут включать практически любой минерал с указанным выше размером частиц, определение, адаптированное здесь, ограничено представлением силикатов с водным слоем и некоторых родственных алюмосиликатов ближнего порядка, которые встречаются либо исключительно, либо часто очень мелкого размера.

Развитие методов рентгеновской дифракции в 1920-х годах и последующее усовершенствование микроскопических и термических методов позволили исследователям установить, что глины состоят из нескольких групп кристаллических минералов. Внедрение электронно-микроскопических методов оказалось очень полезным для определения характерной формы и размеров глинистых минералов. Более современные аналитические методы, такие как инфракрасная спектроскопия, нейтронографический анализ, мессбауэровская спектроскопия и спектроскопия ядерного магнитного резонанса, помогли расширить научные знания о кристаллохимии этих минералов.

Глинистые минералы состоят в основном из кремнезема, глинозема или магнезии, или того и другого, и воды, но железо заменяет алюминий и магний в различной степени, а также часто присутствуют заметные количества калия, натрия и кальция. Некоторые глинистые минералы могут быть выражены с помощью следующих идеальных химических формул: 2SiO ₂ · Al ₂ O ₃ · 2H ₂ O (каолинит), 4SiO ₂ · Al ₂

4 O 3 _{·H 2 O (пирофиллит), 4SiO 2 ·3MgO·H 2 O (тальк) и 3SiO 2 ·Al 2 O 3 ·5FeO·4H 2 O (шамозит). Соотношение SiO 2 в формуле является ключевым фактором, определяющим типы глинистых минералов. Эти минералы можно разделить на основе вариаций химического состава и атомной структуры на девять групп: (1) каолин-серпентин (каолинит, галлуазит, лизардит, хризотил), (2) пирофиллит-тальк, (3) слюда (иллит, глауконит, селадонит), (4) вермикулит, (5) смектит (монтмориллонит, нонтронит, сапонит), (6) хлорит (судоит, клинохлор, шамозит), (7) сепиолит-палигорскит, (8) межслоистые глинистые минералы (например, ректорит, корренсит, тосудит) и (9) аллофан-имоголит. Информация и структурные схемы для этих групп приведены ниже.}

Каолинит происходит от широко используемого названия каолин , которое является искажением китайского Gaoling (Pinyin; латинизация Wade-Giles Kao-ling), что означает «высокий хребет», название холма недалеко от Цзиндэчжэня, где месторождение Минерал известен еще во II веке до н. Монтмориллонит и нонтронит названы в честь местностей Монмориллон и Нонтрон, соответственно, во Франции, где эти минералы были впервые обнаружены. Селадонит от французского céladon (что означает серовато-желто-зеленый) в намеке на его цвет. Поскольку сепиолит — легкий и пористый материал, его название основано на греческом слове, обозначающем каракатицу, кость которой похожа на природу. Название сапонит происходит от латинского sapon (что означает мыло) из-за его внешнего вида и очищающей способности. Вермикулит происходит от латинского vermiculari («разводить червей») из-за его физических свойств расслаивания при нагревании, что заставляет минерал демонстрировать эффектное изменение объема от мелких зерен до длинных червеобразных нитей. Бейлихлор, бриндлеит, корренсит, судоит и тосудит являются примерами глинистых минералов, названных в честь выдающихся минералогов глины — Стерджеса У. Бейли, Джорджа У. Бриндли, Карла У. Корренса и Тосио Судо соответственно.

Ralph E. Grim Hideomi Kodama

Структура

Общие характеристики

Структура глинистых минералов в основном определяется методами рентгеновской дифракции. Существенные особенности водослоистых силикатов были выявлены различными учеными, в том числе Чарльзом Могеном, Линусом К. Полингом, У.В. Джексон, Дж. Уэст и Джон В. Грюнер с конца 1920-х до середины 1930-х годов. Эти элементы представляют собой непрерывные двумерные тетраэдрические листы состава Si ₂ O ₅ , с тетраэдрами SiO ₄ (рис. 1), связанными общими тремя углами каждого тетраэдра, чтобы сформировать шестиугольную сетку (рис. 2А). Часто атомы кремния тетраэдров частично замещены алюминием и в меньшей степени трехвалентным железом. Апикальный кислород в четвертом углу тетраэдров, который обычно направлен перпендикулярно листу, образует часть соседнего октаэдрического листа, в котором октаэдры связаны общими ребрами (рис. 3). Плоскость соединения между тетраэдрическими и октаэдрическими листами состоит из общих апикальных атомов кислорода тетраэдров и неразделенных гидроксилов, которые лежат в центре каждого гексагонального кольца тетраэдров и на том же уровне, что и общие апикальные атомы кислорода (рис. 4). Обычными катионами, которые координируют октаэдрические слои, являются Al, Mg, Fe ³⁺ и Fe ²⁺ ; иногда в значительных количествах замещают Li, V, Cr, Mn, Ni, Cu и Zn. Если двухвалентные катионы ( M ²⁺ ) находятся в октаэдрических листах, то состав M ²⁺ / ₃ (OH) ₂ O ₄ и все октаэдры заняты. При наличии трехвалентных катионов ( M ³⁺ ) состав M ³⁺ / ₂ (OH) ₂ O ₄ и две трети октаэдров заняты, при отсутствии третьего октаэдра. Первый тип октаэдрического листа называется триоктаэдрическим, второй — диоктаэдрическим. Если все анионные группы представляют собой гидроксильные ионы в композициях октаэдрических листов, результирующие листы могут быть выражены как M ²⁺ (OH) ₂ и M ³⁺ (OH) ₃ , соответственно. Такие пласты, называемые гидроксидными пластами, встречаются единично, чередуясь с силикатными прослоями в некоторых глинистых минералах. Брусит, Mg(OH) ₂ и гиббсит Al(OH) ₃ являются типичными примерами минералов, имеющих сходную структуру. Существует два основных типа структурных «основ» глинистых минералов, называемых силикатными слоями. Единичный силикатный слой, образованный путем совмещения одного октаэдрического листа с одним тетраэдрическим листом, называется силикатным слоем 1:1, а открытая поверхность октаэдрического листа состоит из гидроксилов. В другом типе единичный силикатный слой состоит из одного октаэдрического листа, заключенного между двумя тетраэдрическими листами, ориентированными в противоположных направлениях, и называется силикатным слоем 2:1 (рис. 5). Однако эти структурные особенности ограничены идеализированными геометрическими схемами.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Реальные структуры глинистых минералов содержат существенные кристаллические деформации и искажения, которые создают нерегулярности, такие как деформированные октаэдры и тетраэдры, а не многогранники с равносторонними треугольными гранями, дитригональная симметрия, модифицированная из идеальной гексагональной симметрии поверхности, и складчатые поверхности вместо плоских плоскости, образованные базальными атомами кислорода тетраэдрического листа. Одной из основных причин таких искажений являются размерные «несоответствия» между тетраэдрическими и октаэдрическими листами. Если тетраэдрический лист содержит только кремний в катионной позиции и имеет идеальную гексагональную симметрию, более длинный единичный размер в базисной плоскости равен 90,15 Å, что находится между соответствующими размерами 8,6 Å гиббсита и 9,4 Å брусита. Чтобы подогнать тетраэдрический лист к размеру октаэдрического листа, чередующиеся тетраэдры SiO ₄ поворачиваются (до теоретического максимума 30 °) в противоположных направлениях, чтобы исказить идеальный шестиугольный массив в дважды треугольный (дитригональный) массив (рис. 2B). ). Благодаря этому механизму искажения тетраэдрические и октаэдрические листы широкого спектра составов, возникающие в результате ионных замещений, могут соединяться вместе и поддерживать силикатные слои. Среди ионных замещений наиболее существенное влияние на геометрические конфигурации силикатных слоев оказывают замещения между ионами резко различающихся размеров.

Еще одна важная особенность слоистых силикатов, благодаря сходству их листовой структуры и гексагональной или почти гексагональной симметрии, заключается в том, что структуры позволяют различными способами укладывать атомные плоскости, листы и слои, что может быть объяснено кристаллографическими операциями, такими как как перемещение или смещение и вращение, что отличает их от полиморфных форм (например, алмаз-графит и кальцит-арагонит). Первые включают одномерные вариации, а вторые обычно трехмерные. Разнообразие структур, возникающих в результате различных последовательностей укладки фиксированного химического состава, называют политипами. Если такое разнообразие вызвано незначительными, но постоянными ионными заменами, их называют политипоидами.

Что такое глина? — Science Learning Hub

Добавить в коллекцию

• + Создать новую коллекцию

С древнейших времен человечество было тесно связано с глиной. От использования в качестве строительного материала, в гончарном деле, для лечения пищеварительных заболеваний человека до множества промышленных применений, глина является ключевым ингредиентом в материальном мире, в котором мы живем.

В коммерческом отношении наиболее важные глины известны как каолин и бентонит

Откуда берется глина?

Глина представляет собой мягкий, рыхлый землистый материал, содержащий частицы с размером зерна менее 4 микрометров (мкм). Он образуется в результате выветривания и эрозии горных пород, содержащих полевой шпат группы минералов (известный как «матерь глины») в течение огромных промежутков времени.

Во время выветривания содержание полевого шпата изменяется в результате гидролиза (реакции с водой) с образованием глинистых минералов, таких как каолиниты (основные минералы в каолиновых глинах) и смектиты (основные минералы в бентонитовых глинах).

Глинистые минералы

Минерал представляет собой встречающийся в природе кристаллический материал, который имеет определенный или ограниченный диапазон химического состава.

Глинистые минералы имеют пластинчатую структуру и состоят в основном из тетраэдрически расположенных силикатных и октаэдрически расположенных алюминатных групп.

Каолинит является основным минералом каолиновых глин. Это глинистый минерал в пропорции 1:1 — основная единица состоит из двумерного (2D) слоя силикатных групп, тесно связанных с двумерным слоем алюминатных групп.

По всему минералу наблюдается тетраэдрооктаэдрическая (ТО) слоистая структура с плотной упаковкой между слоями. Эта плотная упаковка, как страницы закрытой книги, приводит к тому, что каолинит не сжимается при высыхании и не набухает при намокании.

Смектитовые минералы встречаются в бентонитовых глинах. В отличие от каолинита с его листовой структурой TO, эти минералы имеют тетраэдрическую/октаэдрическую/тетраэдрическую (TOT) листовую структуру.

Это приводит к расположению ТОТ ТОТ ТОТ ТОТ с пространством между каждым блоком ТОТ.

Вода может проникать в пространство между слоями, поэтому бентонитовые глины набухают при намокании и сжимаются при высыхании.

Месторождения глины в Новой Зеландии

Месторождения глины обычно находятся в Новой Зеландии. Месторождение Матаури Бэй (верхний Нортленд) производит каолиновую глину высокой чистоты, богатую глинистым минералом, известным как галлуазит. Он экспортируется в более чем 20 стран для производства высококачественной керамики, такой как фарфор и тонкий фарфор. Уникальные месторождения исключительно белой первичной глины (считающейся самой белой глиной в мире) образовались в результате изменения вулканических пород.

Крупнейший в стране карьер по добыче бентонитовой глины находится в Харпер-Хиллз недалеко от Крайстчерча.