Что такое глина и ее свойства. Какие бывают глины? Из чего состоит глина

Глина относится к вторичным горным породам, которые образовались вследствие выветривания скальных массивов в ходе эволюционного процесса. Глина чаще других материалов используется как строительный материал. Состав глины весьма сложен и непостоянен. В чистом своем виде глина практически не содержит примеси. Диаметр ее частиц не превышает 0,01 мм, как правило, глина пластична. В состав всех разновидностей глин входит химически связанная вода, она удерживается в виде тончайших плёнок между частицами глинистого материала.

В состав глины входят кремниевые и алюминиевые компоненты. Наиболее распространённые примеси – гидроксид железа оксиды щелочные земельных металлов кварц и сульфид железа. Породы с высоким содержанием глинозема используют для получения огнеупорных материалов, содержание глинозема в таких горных породах колеблется от 25 до 30%.

При намокании всех разновидностей глин вода заполняет промежутки между частицами, вследствие чего они легко сдвигаются относительно друг друга. Это свойство обуславливает пластичность глинистых материалов.

Глинистый материал в природе широко распространен. Глины разделяют на подгруппы зависимо от минерального состава и диаметра частиц, наличия тех или иных примесей. Существуют такие виды глины:

красная,
белая,
песчаная,
глина для фарфора,
каолиновая.

Гранулометриия тех или иных видов материалов зависит от минеральных компонентов и химического состава. Практически всем разновидностям этого уникального ископаемого свойственны пластичность, адсорбция, набухание. При намокании характерны усадка, вспучивание, эти свойства являются определяющими при применении материала в промышленности.

По промышленным техническим требованиям горная порода подразделяется на разновидности:

легкоплавкую,
тугоплавкую,
адсорбционную,
каолиновую.

Размокшая глина становится пластичной, она способна принимать практически любую форму.

Пластичные массы называются «жирными», так как на ощупь воспринимаются как жирный материал. Разновидности глин с низкой степенью пластичности называют «тощими» или постными. Изделия, выполненные из таких материалов, быстро рассыпаются, для производства кирпича «тощая» глина не подходит.

Высохшая глина хорошо держит форму, которую ей придали, при этом она незначительно уменьшается в объеме, уплотняется, затвердевает и стает прочной как камень. Благодаря этим свойствам с давних пор глина считается самым широко применяемым материалом для изготовления посуды и прочих предметов быта.
Кроме всего прочего данная порода обладает такой способностью как клейкость.
Впитав в себя определенное количество влаги, материал более не пропускает воду, это свойство обуславливает водоупорность материала.
Ещё одно свойство глины – кроющая способность. Благодаря этому свойству глину издавна используют для покрытия стен зданий, печей.
Сорбционная способность материала позволяет применять глину в качестве очистителя жиров и продуктов переработки нефти.

Все вышеперечисленные свойства обеспечивают длительный срок службы предметам, изготовленным из глины.

Виды глины и их происхождение

По происхождению глинистые материалы разделяют на подгруппы.

Осадочные глины. Образуются в результате нанесения водными потоками разрушенных пластов горных пород. Эти материалы делятся на морские и материковые. По названию первого ясно, что глина образуется на морском дне, во втором случае образование происходит на материках, в донных отложениях рек и озер.

В природных условиях данная разновидность имеет коричневый оттенок, его придает материалу железосодержащие соединения – оксиды феррума, которые содержатся в глине в количестве от 5 до 9%. Это, как правило, осадочные глины. Они образуются в результате нанесения водой разрушенных пластов горных пород.

В процессе обжига красная глина стаёт красной или белой зависимо от условия процесса и типа обжигающего оборудования. Данная разновидность может выдержать нагревание до 1100 градусов.

Этот сорт глины пластичный, хорошо разминается. Высокая эластичность материала обуславливает его применение в качестве материала для скульптурной лепки.

Залежи природного ископаемого находятся повсеместно. Зачастую они скапливаются в лагунах морских или пресных. В случае с морскими заливами, глина являет собой неоднородную массу, имеет многочисленные примеси.

При намокании глина приобретает светло-серый оттенок, в результате процесса обжига она превращается в материал красивого белого цвета. Этому сорту глины присуща эластичность.
Из-за отсутствия соединений железа белая глина слегка просвечивается. Она широко используется для производства бытовых предметов, посуды, кувшинов, декоративных статуэток. Кроме того материал используется при производстве кафельной плитки и сантехники.
Предметы из этой глины покрывают глазурью, выдерживая в печах при 900- 950 градусах.

Пористая масса для производства керамики

Сырье являет собой глинистый материал с незначительным содержанием кальция и высокой пористостью.

Эта глина состоит из каолинита, иллита и других алюмосиликатов, также в ней имеются вкрапления песка и карбонатов. Кремнеземы и глинозем являют собой основу глиногенных минералов.
Пористая масса относится к осадочным типам глины. Она образуется в результате нанесения водой разрушенных пластов горных пород.
Естественный цвет такой глины колеблется от белого до коричневого. Встречаются и зеленоватые глины. Материал подвергается обжигу при невысоких температурах.

Майолика

Это легкоплавкая разновидность глинистого материала, в которой содержится большое количество глинозема белого цвета. Сырье подвергается обжигу при невысокой температуре. Глазируют майолику специальными смесями с содержанием соединений олова.

Слово «майолика» произошло от наименования острова Майорки, где данный материал был использован впервые. Майолика широко использовалась в Италии. Традиционно предметы из майолики называют фаянсовыми, потому что впервые они начали производиться в специальных отделениях по изготовлению фаянса.

Каминная глиняная масса

В состав этой породы входит кварц, значительное количество полевого шпата и шамот. По происхождению это шельфовые породы. Они образуются на глубине около двухсот метров. Обязательное условие – отсутствие какого-либо рода течений.

Материал черного цвета. После обжига масса напоминает изделия из слоновой кости по цвету. Благодаря использованию глазури изделия из сырья становятся необычайно прочными, обладают высокой водостойкостью.

Данное сырье представляет собой запекшуюся массу. Обжигают его при температуре 1100 – 1300 градусов. Процесс обжига проводится под тщательным присмотром с соблюдением технологических правил, в противном случае глиняные изделия могут рассыпаться.

Каменную керамическую массу используют для моделирования, для изготовления различных керамических предметов. Изделия из этого материала очень красивы. Каменная керамика обладает уникальными техническими свойствами.

В состав сырья входит полевой шпат, значительное количество кварца и каолин. Примесей железа эта разновидность глины не содержит.

При смачивании водой масса приобретает серый оттенок, а после процесса обжига становится идеально белой. Обжигают материал в печах при температуре 1300 – 1400 градусов. Данное сырье очень эластично.

Не рекомендуется использовать эту разновидность для работ на гончарных кругах. Материал является очень плотным, практически без пор, поглощение воды очень низкое. Обожжённый материал становится прозрачным. Предметы из фарфорового глинистого материала покрывают различными глазурями.

Материалы для грубой керамики

Крупнопористая глина применяется для производства габаритных предметов, зачастую используется в строительстве. Изделия материала отличаются высокой термостойкостью, они прекрасно выдерживают колебания температур.

Пластические свойства сырья зависят от наличия в соединении кварца и алюминия. Характерные особенности материала обусловлены наличием значительного содержания шамота и глинозема.

Материал относится к тугоплавким разновидностям. Температура плавления – 1400 1600 градусов. Грубокерамический материал прекрасно спекается, он практически не дает усадки. Эти свойства определяют его применение для производства габаритных объектов, а также крупных панно и мозаик.

Монтмориллонитовая глина

Сырье применяют в качестве отбеливателя при очистке палаточных сиропов, в пивоварении, при производстве сока и рафинированных масел. Данный материал улучшает качество готовых продуктов, кроме того данная разновидность глины используется как средство для борьбы с грызунами и насекомыми.

Адсорбционная глина

Характерная особенность – высокие связующие свойства, высокая степень катализа. Самая распространенная среди адсорбционных глин – бентонит.

Цветные глинистые материалы

Разноцветная глина – это материал, который содержит оксиды металлических элементов или пигменты, и представляет собой однородную смесь.

При проникновении в толщу материала пигментов некоторая часть их остаётся во взвешенном состоянии, при этом однородность тона сырья нарушается.
Природные пигменты придают глине тот или иной оттенок, их разделяют на две категории: оксиды металлических элементов и собственно красящие вещества.
Оксиды – это природные компоненты натурального происхождения, образующиеся в толще кары земли. Данные вещества подвергают очистке и тонкому измельчению. Для придания глине той или иной окраски чаще всего используют оксид меди. Это вещество в процессе обжига в результате процесса окисления приобретает зеленоватый оттенок.
Для придания материалу синего оттенка применяют кислородсодержащие соединения кобальта. Соединения хрома обеспечивают цвет оливок, а соединения магния и никеля – коричневый и серый соответственно.
Красящие компоненты добавляют в сырье в количестве от 1 до 5%. При более высоком содержании пигментов могут возникнуть нежелательные последствия в процессе обжига.

Сфера применения

Глина активно применяется в строительстве для изготовления кирпичей, керамических изделий. Она обладает неоспоримыми достоинствами, а также сравнительно низкой стоимостью. К преимуществам данного сырья следует отнести термоустойчивость, адсорбционные свойства, экологичность, воздухопроницаемость.

Глина - интересный и разнообразный по своим свойствам материал, который образуется в результате разрушения скальных пород. Многие, имея дело с этим пластичным веществом, задумываются: из чего состоит глина? Давайте узнаем ответ на этот вопрос, а также разберёмся, чем может быть полезен этот человеку.

Что такое глина, из какого вещества состоит

Глина - это осадочная порода, мелкозернистая по своей структуре. В сухом состоянии она зачастую пылеобразна, а если её увлажнить, то становится пластичным и податливым материалом, принимающим любую форму. При застывании глина становится твёрдой, форма её не меняется.

Минеральный состав глин разных видов хоть и различный, но обязательно содержит в себе вещества группы каолинита и монтмориллонита или иные слоистые алюмосиликаты. Также глина может иметь в числе составляющих другие примеси, карбонатные и песчаные частицы.

Типовой состав этого вещества выглядит так:

каолинит - 47%;
оксид алюминия - 39%;
вода - 14%.

Это далеко не все составляющие глины. Минеральные вкрапления - галлуазит, диаспор, гидраргиллит, корунд, монотермит, мусковит и другие - тоже присутствуют в разных количествах. Загрязнять глины и каолины могут такие минералы: кварц, доломит, гипс, магнетит, пирит, лимонит, марказит.

Виды глин

То, из чего состоит глина, во многом зависит от места и способа её образования. В зависимости от этого выделяют:

1. Осадочные глины - это результат переноса природных продуктов выветривания и их отложения в определённом месте. Они бывают морскими - рождающимися на дне морей и океанов и континентальными - формирующимися на материке. Морские глины, в свою очередь, подразделяют на:

шельфовые;
лагунные;
прибережные.

2. Остаточные глины формируются в процессе выветривания непластичных горных пород и их преобразования в пластичные каолины. Изучение таких остаточных залежей может показать плавный переход глины в материнскую породу с изменением высоты.

Свойства глины

Независимо от того, из какого вещества состоит глина и где она образовалась, есть характерные свойства, отличающие её от других природных материалов.

В сухом виде глина имеет пылеобразную структуру. Если она застыла комками, то легко крошится. Этот материал быстро намокает, впитывает воду, вследствие чего разбухает. При этом глина приобретает водоупорность - способность не пропускать жидкость.

Главной особенностью глины является её пластичность - способность с лёгкостью приобретать любую форму. В зависимости от этой способности глину могут классифицировать на «жирную» — которой присуща повышенная пластичность, и «тощую» — разбавленную другими веществами и постепенно теряющую данное свойство.

Пластичная глина характеризуется клейкостью и вязкостью. Это свойство широко применяется в строительстве. Подумайте, строительная смесь из чего состоит? Глина - обязательная составляющая любого соединительного раствора.

Распространение на планете

Глина является очень распространённым материалом на Земле, а поэтому недорогостоящим. Месторождений глины очень много в любой местности. На морских побережьях можно увидеть глиняные отвалы, которые раньше были твёрдыми скалами. Берега и дно рек, озёр зачастую покрыто слоем глины. Если лесная тропа или имеет коричневый или рыжий оттенок то, вероятней всего, она тоже состоит из остаточной глины.

При промышленной добыче глины применяют способ открытых разработок. Чтобы добраться до залежей полезного вещества, сначала снимают а потом вынимают ископаемые. На разной глубине пласты глины могут отличаться по составу и свойствам.

Использование глины человеком

Как уже упоминалось, чаще всего глину используют в строительстве. Все знают, что привычный материал для возведения сооружений - кирпичи. Они из чего состоят? Песок и глина - вот основные составляющие теста, которое под воздействием высоких температур становится твёрдым и превращается в кирпич. Чтобы стена из отдельно взятых блоков не рассыпалась, используют вязкий раствор, в составе которого тоже есть глина.

Смесь глины с водой становится сырьём для гончарного производства. Человечество издавна научилось производить вазы, пиалы, кувшины и другие ёмкости из глины. Они могут иметь разные размеры и формы. Раньше гончарное ремесло было нужным и распространённым, а глиняные изделия становились единственными принадлежностями, используемыми в быту и очень ходовым товаром на рынках.

Широко используется глина в медицине и косметологии. Те, кто заботится о красоте и здоровье кожи, знают о благодатном воздействии некоторых видов этого вещества. Глина применяется для обёртываний, масок и примочек. Она эффективно борется с целлюлитом, придаёт коже эластичность, препятствует преждевременному старению. При некоторых медицинских показаниях глину даже применяют внутрь. А при кожных заболеваниях высушенный и перетёртый в пыль материал назначают в виде присыпок. Важно упомянуть, что для таких целей используется не любая глина, а только некоторые её виды, имеющие антисептические и противомикробные свойства.

Что такое полимерная глина

Полимерная глина позволяет легко имитировать текстуру других материалов, например, дерева или камня. Из этого пластичного вещества можно самостоятельно изготовить сувениры, ёлочные игрушки, бижутерию, украшения для интерьера, брелоки и много всего прочего. Такие изделия ручной работы станут отличным подарком, смогут долго храниться, при этом не теряя привлекательного вида и первоначальной формы.

Полимерная глина из чего состоит? Рецепт приготовления в домашних условиях

Рукодельницы, которых заинтересовал процесс изготовления таких ярких сувениров, наверняка задумались о том, как сделать полимерную глину самостоятельно. Это вполне реальная задача. Естественно, что полученный материал не будет идентичен заводской полимерной глине, но при правильном изготовлении его свойства ничем не будут уступать.

Необходимые компоненты:

клей ПВА - 1 стакан;
кукурузный крахмал - 1 стакан;
нежирный крем для рук без силикона - 1 столовая ложка;
вазелин - 1 столовая ложка;
сок лимона - 2 столовые ложки.

Вот всё, из чего состоит которую мы будем готовить в домашних условиях.

Крахмал, клей и вазелин тщательно перемешиваем, добавляем сок лимона и опять мешаем до получения однородной массы. Ставим в микроволновку на 30 секунд, перемешиваем и отправляем туда же ещё на 30 секунд. Корку, которая образовалась на поверхности, нужно снять и выбросить, а эластичную массу выложить на поднос, смазанный кремом для рук, и энергично вымешивать 5 минут. После остывания наша полимерная глина уже готова к использованию.

Узнав, как сделать полимерную глину самостоятельно, вы можете сэкономить на дорогом покупном материале и, не ограничивая себя, освоить интересное, творческое занятие.

Глина - широко распространенная горная порода. Глина представляет собой горную породу, очень сложную и непостоянную как по составу входящих в нее минералов, так и по физическим и технологическим свойствам. Чрезвычайно разнообразны и условия образования глин.

Чистые глины, т. е. не загрязненные различными примесями, представляют собой породы, состоящие из очень маленьких частиц (около 0,01 мм и меньше), причем эти частицы относятся к определенным минералам. Многими исследователями они так и называются «глинистыми» минералами. Эти минералы являются сложными химическими соединениями, в состав которых входят алюминий, кремний и вода. В минералогии их называют водными алюмосиликатами.

Глины обладают способностью размокать, распускаться в воде на отдельные частицы, образуя, в зависимости от количества воды, либо пластичное тесте, либо «взвеси» (муть), т. е. такие жидкие смеси, в которых мельчайшие частицы глины находятся во взвешенном состоянии. Такие глиняные взвеси обладают ярко выраженной вязкостью.

Следовательно, глину можно определить как землистую горную породу, состоящую в основном из водных алюмосиликатов с величиной частиц менее 0,01 мм, легко распускающуюся в воде, с образованием вязких взвесей или пластичного теста, сохраняющего приданную ему форму после высыхания и приобретающего твердость камня после обжига.

СВОЙСТВА ГЛИНЫ

Свойства глин целиком зависят от их химического и минерального состава, а также от величины составляющих их частиц. Уже одни эти. факты указывают нам на важнейшие свойства глин.

Важнейшими свойствами глин являются:

1) способность"в смеси с водой образовывать тонкие «взвеси» (мутные лужи) и вязкое тесто;

2) способность набухать в воде;

3) пластичность глиняного теста, т. е. способность его принимать и сохранять любую форму в сыром виде;

4) способность сохранять эту форму и после "высыхания с уменьшением объема;

5) клейкость;

6) связующая способность;

7) водоупорность, т. е. способность после насыщения определенным количеством воды не пропускать через себя воду.

Из глиняного теста делают различные изделия - кувшины, кринки, горшки, миски и т. п., которые осле обжига становятся совершенно твердыми и не пропускают воду. Кирпичные заводы вырабатывают из глины строительные кирпичи, также обладающие большой механической прочностью. Это указывает еще на одно важное свойство глины - ее способность твердеть после обжига, давая материал, не размокающий в воде и непроницаемый для нее.

Глины могут быть всех цветов - от белого до черного. На Украине и в некоторых других районах белая глина служит материалом для побелки стен, печей и т. д. Когда хотят покрасить стены в цветные тона, берут желтые, красные, зеленые и другие глины. Таким образом, здесь мы имеем дело с новым свойством глины - с красящей и кроющей ее способностью.

На нефтеперегонных заводах используют некоторые сорта глин для очистки нефтепродуктов. Применяют их и для очистки растительных масел и жиров. Таким образом, мы сталкиваемся еще с одним свойством глины: с ее способностью поглощать из жидкости некоторые растворенные в ней вещества. В технике это свойство называется «сорбционной способностью».

Вследствие того, что глины содержат большое количество окиси алюминия, их применяют и как химическое сырье, главным образом для получения сернокислых солей этого металла.

Таковы важнейшие свойства глин, на которых основываются многочисленные виды их практического использования. Конечно, не все глины и не в одинаковой степени обладают перечисленными свойствами.

РАЗНОВИДНОСТИ ГЛИНЫ

Наиболее ценными для народного хозяйства являются следующие разновидности глин:

Каолин - глина белого цвета. В основном он состоит из минерала каолинита. Обычно менее пластичен по сравнению с другими белыми глинами. Он является основным сырьем для фарфорово-фаянсовой и бумажной промышленности.

Огнеупорные глины. Для этих глин характерен белый и серо-белый цвет, иногда со слегка желтоватым оттенком. При обжиге они должны выдерживать без размягчения температуру не ниже 1580°. Основными образующими их минералами являются каолинит и гидрослюды. Пластичность их может быть различной. Используются эти глины для производства огнеупорных и фарфорово-фаянсовых изделий.

Кислотоупорные глины. Эти глины представляют собой разновидность огнеупорных глин с небольшой примесью железа, магния, кальция и серы. Используются для химических фарфорово-фаянсовых изделий.

Формовочные глины - разновидность огнеупорных глин, обладающая повышенной пластичностью и повышенной связующей способностью. Они применяются в качестве связующего материала при изготовлении форм для металлургического литья. Иногда для этих целей применяются также тугоплавкие глины (при обжиге менее устойчивые, чем огнеупорные) и даже легкоплавкие-бентонитовые глины.

Цементные глины обладают различным цветом и разным минеральным составом. Вредной примесью является магний. Применяются эти глины для получения портланд-цемента.

Кирпичные глины - легкоплавкие, обычно со значительной примесью кварцевого песка. Их минеральный состав и цвет могут быть различными. Применяются эти глины для производства кирпича.

Бентонитовые глины. Основным образующим их минералом является монтмориллонит. Цвет их различный. Они сильно набухают в воде. Обладают более высокой отбеливающей способностью, чем другие глины. Применяются эти глины для очистки нефтепродуктов, растительных и смазочных масел, при бурении скважин, а иногда, как отмечалось ранее, - при изготовлении литейных форм.

В промышленности и технике нередко называются и другие разновидности глин: гончарные, черепичные, сукновальные, керамические, буровые, фаянсовые, фарфоровые, капсельные, строительные, красочные и т. п. Однако эти названия практически не характеризуют особых свойств глин.

В производственной практике встречается также деление глин на «жирные» и «тощие» (супеси, суглинки). Такое деление глин связано со степенью загрязненности их кварцевым песком. Кварцевый песок - наиболее частая и почти всегда преобладающая примесь в глинах, особенно в месторождениях глин остаточного типа. В «жирных» глинах песка мало, а в «тощих» его много.

Как уже указывалось, глины широко распространены в природе и обычно залегают на небольшой глубине от поверхности. Все это делает их дешевым видом минерального сырья. Однако перевозки их на дальние расстояния нецелесообразны. Поэтому их как минеральное сырье стараются по возможности использовать на месте. Например, все кирпичные и черепичные заводы обязательно строятся на самом месторождении глин, так как гораздо целесообразнее подвозить к заводу более дорогое топливо, чем огромные массы влажной и очень тяжелой глины.

Однако не все разновидности глин встречаются повсеместно. Некоторые разновидности их залегают только в отдельных, немногих районах. Между тем спрос на них очень большой, а потребители (заводы, стройки и т. д.) нередко удалены от места добычи на многие сотни и даже тысячи километров. В таких случаях дальние перевозки глины становятся неизбежными.

Глины относятся к минеральному сырью массового потребления. Они используются в самых разнообразных отраслях народного хозяйства, для самых различных целей. Вот только некоторые из них:

Кирпичное производство

Это самый крупный потребитель глин. Оно не предъявляет к сырью особо строгих требований. Для выработки обычного строительного кирпича применяются широко распространенные легкоплавкие песчанистые («тощие») глины любого цвета. Месторождения таких глин встречаются почти повсюду и на них базируется большое количество местных кирпичных заводов.

Помимо «тощих» глин, кирпичное производство может использовать также «жирные» пластичные глины, однако в этом случае в них для придания кирпичам устойчивости при сушке и обжиге добавляется кварцевый песок. Кирпичные глины не должны содержать щебня, гальки, гравия, крупных кусков известняка, гипса и других примесей. Обжиг строительного кирпича производится при температуре 900-1000°.

Наряду с небольшими кирпичными заводами, обслуживающими мелких потребителей, у нас в стране близ крупных промышленных центров и больших новостроек создаются мощные, полностью механизированные предприятия, выпускающие ежегодно много миллионов кирпичей. Такие предприятия требуют мощных сырьевых баз, подготовка которых является важнейшей народнохозяйственной задачей.

Производство цемента

Портланд-цемент представляет собой тонко размолотый порошок, полученный из обожженной при температуре 1450-1500° смеси глины и известняка (с небольшой добавкой гипса). Эта обожженная смесь носит в технике название «клинкер». Клинкер может готовиться либо из мергеля, представляющего собой природную смесь известняка с глиной, либо из искусственной смеси их примерно в соотношении 1 часть глины и 3 части известняка.

Качественные требования к глинам, используемым в портланд-цементной промышленности, не отличаются особой строгостью. Вполне пригодны широко распространенные песчанистые бурые и красные глины, даже при очень большом содержании железа (до 8-10%). Вредной примесью является окись магния. Не допускается присутствие крупного песка, гальки, щебня и других крупных частей. Возможность использования той или иной разновидности глины в значительной мере зависит от химического состава смешиваемого с ней известняка и определяется практически в каждом конкретном случае.

Глинит-цементом называется порошок, полученный путем совместного помола обожженной глины при температуре 750-900°, сухой гашеной извести и гипса в соотношении 80: 20: 2.

Искусство

Пластичные зеленые, серо-зеленые и серые глины широко применяются в скульптуре. Обычно все скульпторы первоначально - создают свои произведения из глины с последующей отливкой их из гипса или бронзы. Только в редких случаях глиняный оригинал подвергается обжигу. Обожженная, не покрытая глазурью глиняная скульптура называется «терракотой», глазурованная - «майоликой».

Прочие потребители

Имеется еще много отраслей промышленности, применяющих глины. К ним относятся, например, мыловаренная, парфюмерная, текстильная, абразивная, карандашная и ряд других.

Глины, кроме того, широко используются и в быту, особенно в сельском хозяйстве: для кладки печей, глинирования токов, побелки стен и пр. Большие перспективы имеет применение набухающих глин бентонитового типа при постройке плотин, водохранилищ и других подобных сооружений. Глина - важное и необходимое для многих отраслей народного хозяйства полезное ископаемое.

Искусство изготовления из глины сосудов и других предметов обихода можно считать самым древним, ставшим одним из первых видов технического производства. Что может быть обычней глины! Между тем, роль её в жизни людей велика и связана, с необычными её свойствами. На них наблюдательный ум человека обратил внимание еще в глубокой древности. Глина, обожженная в костре - первый искусственный материал, полученный человеком. Свойства этого материала раскрывались человеку постепенно. До сих пор треть человечества живет в глинобитных хилишах. И это не считая домов из обожженных кирпичей. Из глины делают не только стены, но и поды с крышами. Чтобы повысить прочность такого глинобитного пола, его время от времени поливают соленой водой. Впервые появившиеся в Месопотамии клинописные письмена выдавливали на тонких глиняных табличках. Да и в сложный состав современной бумаги обязательно входит белая глина.

Использовали глину исстари и как лечебное средство. Растяжение хил лечили пластырем из желтой глины, разведенной в уксусе. А при болях в пояснице и суставах на больные места накладывали глину, разведенную горячей водой с добавлением керосина. Знахари при ворожбе предпочитали использовать печную глину. Ей лечили от сглаза иди лихорадки. Маленькие же глиняные горшочки (махотки) ставили на тело при простудах как медицинские банки. Делали даже “кирпичные ингаляции”, раскаляя в лечи кирпич, насыпая на него сверху луковую шелуху я вдыхая дым. А посыпая такой кирпич полынью или можжевельником, распугивали мух и комаров.

Глину даже ели. Жители Севера до сих пор употребляют в пищу “земляной жир” - белую глину. Едят ее с оленьим молоком или добавляют в мясной бульон. Да и в Европе приготовляли из глины лакомство наподобие конфет. Есть старая русская загадка: “Был я на копанце, был я на топавде, был я на кружале, был я на пожаре, был я на обваре. Когда молод бил. то людей кормил, а стар стад, пеленаться стал”. До недавнего времени любой деревенский житель быстро разгадал бы ее. Это ведь обыкновенный печной горшок. А сама загадка подробно рассказывает его “жизненный путь”. “Копанцами” в русских деревнях называли ямы, где добывали глину. Гончары почтительно говорили о ней: “живая”. “Живая плота”, встречающаяся в природе, столь разнообразна по составу, что можно найти готовую смесь для изготовления любого вида керамики.
Естественно, если находят залежи ценных видов глины, то около них быстро вырастают гончарные производства. Так, например, случилось в Гжели под Москвой, где была найдена белая глина.

Глина, в отличие от песка, фильтрующего влагу, вбирает её в себя до отказа, не пропуская её глубже. При смешивании с водой глина становится пластическим "тестом", которому можно было придать любую форму. Высохнув, она сохраняет приданную "тесту" форму и после обжига делается твердой, как камень. Глина - продукт разрушения горных пород. Процесс образования глины происходит постоянно, но было время, когда образование глины совершалось в гигантском масштабе. Это явление относится к незапамятным временам, к ледниковому и дилювиальному периодам, когда механическую часть работы разрушения горных пород выполняли двигавшиеся в равнину глетчеры. В состав любой глины входит глинозем, т.е. окись алюминия, и кремнезем, а второстепенными примесями могут быть различные щелочи, известь, магнезия, окислы железа и титановая кислота.

Есть глины, состоящие преимущественно из одного минерала (например, каолинитовые огнеупорные глины - каолины), но гораздо чаще они полиминеральны, являясь смесью минералов каолинита, галлуазита и монтмориллонита. Предшествовавшие глинам породы состояли в основном из полевых шпатов и слюд. Шпаты содержатся во всех трех видах горных пород на Земле - изверженных метаморфических и осадочных. Застывшие магмы - граниты, пегматиты - родоначальники глинистого минерала каолинита. Галлуазиту обычно предшествовали диабазы и габбро; монтмориллонит - продукт разложения вулканических пеплов, туфов и лав. ??Материнские породы глин в течение тысячелетий разрушались, разлагались, выветривались, превращаясь в обломки, осыпи и, наконец, в мельчайшие частицы. Иногда они оставались на месте своего образования.

Так появились "первичные", "остаточные" залежи глин, обычно мощные (до ста метров и больше), занимающие значительные площади. В основном они состоят из каолина ("Каолин" - это искаженные китайские слова "гао лин", т.е. "высокий холм"; так называется селение в Китае, где впервые начали добывать эти глины). Из этих глин, образующих при обжиге светлый черепок, делают тонкую керамику - фарфор и фаянс. Но чаще реки, ветры, движущиеся ледники переносят глинистые материалы на большие расстояния. Постепенно они оседают в застойных водах. Осевшие илистые пласты по своему строению однородны. В пути они подвергаются природному "отмучиванию", обогащению, освобождению от неразложившихся пород и примесей. Такие месторождения (их большинство) слоисты, мощность их относительно небольшая, площадь залегания различна.

Эти повсеместно распространенные, неглубоко залегающие глины четвертичных отложений обычно используются для выделки гончарной посуды и строительного кирпича. ??Иногда глинистым частицам удается избежать встреч с водными потоками, содержащими вещества, обычно загрязняющие глину. В этом случае образуются месторождения чистых, высокоогнеупорных, маложелезистых глин. Они идут на керамические изделия с особыми свойствами, применяемые в специальных отраслях промышленности. Как в древних, так и в современных, отложениях глинистых минералов выявлена климатическая зональность. В ледовой арктической зоне преобладают такие минералы, как гидрослюда, хлорит, в умеренно-влажной, холодной - монтмориллонит, в тропической - каолинит. ??Еще одно удивительное свойство обожженной глины открыли ученые. Было обнаружено, что во время обжига глиняных изделий они намагничиваются, фиксируя особенности геомагнитного поля Земли в тот момент времени. Зная геомагнитное поле нашей планеты в древние эпохи, возраст керамики можно установить с точностью до двадцати пяти лет. Археологам в этом помогают петрография, микроскопия, спектральный анализ, рентген.

Плиний Старший в I в. н. э. в своей "Естественной истории" отличал белую глину (argilla) от рядовой, обычной глины (lutum) и от просто почвы (terra). В древнегреческом языке слово "keramos" первоначально обозначало глину, оно упоминается Гомером в "Илиаде" (VIII в. до н. э.). В древнеславянском языке слова "глина" не было, а было слово "брние", обозначающее глину, затворенную водой, отсюда, вероятно, и происходит название чешского города Брно. Понятие "гончар" в древнеславянском обозначалось словом "зьдун", корень "зьд" образует до сих пор такие слова, как создатель, создавать, здание. Слово же "глина" имеет более позднее происхождение, вероятно, от слова "глиний" - глинозем (окись алюминия), входящий в состав любой глины. Глина на нашей планете возникла давно, в межледниковый период, который сопровождался в течение многих тысячелетий таянием ледяного покрова, имевшего толщину на территории Европы до 2 км. Таяние вызывало мощные водные потоки, которые выполняли рабо ту глиновала. Они отмучивали, перемещали и переотлагали глину и песок, что приводило к их перемешиванию. С этими процессами связано образование многочисленных в Европе, в частности в России, месторождений глин с различными свойствами, чего не наблюдается на других континентах.

Если к глине подойти с научной точки зрения, то она представляет собой дисперсную, то есть состоящую из твердых частиц разных размеров, осадочную породу пластинчатых минералов, по химическому составу - гидроалюмосиликатов, и сопутствующих примесей иных минералов. Ну что такое "гидро" - понятно, "алюмо", наверное, тоже, а силикаты представляют собой соединения кремния с кислородом. Пластинчатые минералы при взаимодействии с водой делают глину пластичной, способной формоваться и сохранять заданную ей форму при высыхании. Минералы-примеси, такие как кварц (песок), карбонаты (мел, мрамор, известняк, доломит, магнезит) и полевой шпат (наиболее распространенными полевошпатовыми породами являются граниты) непластичны, и их присутствие "отощает" глину, снижает ее пластичность. Существует ряд классификаций глин по химико-минералогическому составу, происхождению, применению, но ни одна из них не охватывает всей совокупности признаков, полезных при определении пригодности глинистого сырья для того или иного производства.

Деление глин, принятое в геологии:
а) перенесенные водой, ледником, ветром (вторично отложенные);
б) оставшиеся на месте образования (первичные глины);
в) метаморфизованные камнеподобные породы.
В схеме классификации по ГОСТ 9169-59 глинистое сырье делится на четыре группы: каолины, глины, сухари (огнеупорные камнеподобные глины) и сланцевые глины (плохо размокающие в воде). Эти группы подразделяются на подгруппы:
а) по содержанию окиси алюминия в прокаленном состоянии (более 40% - высокоосновные, от 40 до 30% - основные, от 30 до 15% - полукислые, менее 15% - кислые);
б) по огнеупорности (огнеупорные - плавящиеся при температуре от 1580°С и выше; тугоплавкие - плавящиеся от 1580 до 1350°С, и легкоплавкие - плавящиеся ниже 1350°С);
в) по степени связуемости или пластичности (образующие формуемое тесто при добавке нормального песка: более 50% - связующие, от 50 до 20% - пластичные, менее 20% - тощие; вовсе не образующие теста).

Наряду с рассмотренными существует промышленная классификация глин, основанная на оценке их по совокупности некоторых признаков, таких, как цвет и внешний вид после обжига, интервал спекания - плавления, прочность изделия при ударе, стойкость при резкой смене температур. Эти признаки определяют промышленное назначение и название глин. Уже в средние века сложились и существуют до сих пор такие названия глин, как кирпичные, трубочные, кафельные, горшечные, фаянсовые, бело-жгущиеся, клинкерные и другие. Тогда глины, к слову сказать, оценивались только на ощупь, и их свойства были доступны оценке мастеров средневековья. И сейчас, я думаю, не грех вернуться к такой оценке глины, так как непосредственное соприкосновение с материалом в самом начале работы соединяет мастера и глину в одно целое, позволяет им почувствовать друг друга, ибо если инструмент - это продолжение рук гончара, то изделие - продолжение его души. Так вот, глина, применяемая в гончарном деле, должна быть тяжелой, жирной, упругой, в общем, с твердым характером - она обязана держать форму. По цвету глина может быть красной, коричневой, голубой, зеленой, серой или белой. Иногда встречаются глины шоколадного (так называемые сникерсы) или грязно-черного цвета. Но я не советую иметь с ними дело, потому что при обжиге органические примеси, большое количество которых и придает им темный цвет, дают такой дух, что хоть святых выноси. Цвет глине придают окись алюминия, окись железа и окись титана. Если оксиды железа и титана в сумме не превышают 1 процент, то глина имеет белый цвет даже после обжига, если же их более 1 процента, то глина после обжига красная, несмотря на то, что в сыром виде она зеленая или голубая.

Кварц (песок) обычно присутствует в залежах глины в виде окатанных бесцветных или окрашенных зерен. Количество его в глинах может быть различным - от нескольких процентов до нескольких десятков процентов. Песок, который добавляют в гончарные глины для их отощания, должен быть молотым (иначе глина будет тереть руки, словно наждак), и его количество не должно превышать 25 процентов (оптимально - 15%). По мере добавления молотого песка (до 15%) пластичность гончарной глины повышается, дальнейшее добавление песка уменьшает пластичность. Количество песка в глине влияет и на усадку изделия при обжиге. Поэтому, если вы захотите уменьшить усадку глины при сушке, что в свою очередь уменьшит ненужную деформацию изделий и избавит вас от коварных трещин на дне сосудов большого диаметра, то добавьте в глину до 25 процентов песка или молотого обожженного черепка. В Древней Греции, например, в глину добавляли дресву, которая представляла собой не что иное, как толченый гранит. Весьма часто, особенно в низкокачественных глинах, встречаются примеси карбонатов кальция и магния (мел и доломит) в виде крупных и мелких зерен. Они полезны и вредны одновременно. Скажу несколько слов о двоякой роли этих примесей при обжиге керамики. В мелкодисперсном состоянии эти примеси являются сильными плавнями (добавками, снижающими температуру спекания), но в то же время при температуре обжига до 1000°С они снижают прочность керамики, а при более высокотемпературном обжиге наблюдается деформация изделий. Содержание мела в гончарной глине может достигать 25 процентов, но при этом требуется равномерное его распределение и очень мелкий помол. Если карбонаты присутствуют в глине в виде крупных включений, то оставшиеся после обжига окислы кальция и магния начинают поглощать влагу из воздуха, образовывать гидроокиси, увеличиваться в объеме и в конце концов могут разорвать изделие. Эти вредные включения называют "дутиками".

Довольно распространенными примесями в глине являются гипс и пирит. Они заметны после обжига в виде мелких черных "мушек". Пирит в глине - это кристаллы с металлическим желтоватым блеском, гипс иногда образует видимые глазом скопления крупных кристаллов. Удалить их можно только вручную. Вредной примесью в глинах являются также растворимые соли - сульфаты и хлориды, которые образуют так называемые выцветы на изделиях. Растворимые соли выступают в виде солевого налета на поверхности обожженных глиняных изделий. Для борьбы с "выцветами" рекомендуют вводить в состав глины карбонат бария. В условиях небольшой гончарной мастерской с этой бедой лучше бороться правильным режимом обжига. "Выцветы" образуются главным образом при температуре 400-500°С, поэтому рекомендуется быстро поднимать температуру до 600°С. Для разложения "выцветов" в ряде случаев окажется пригодным присутствие углистых материалов в глине и восстановительный обжиг в интервале 700-800°С.

Органические примеси, как правило, выгорают при обжиге и почти не оставляют следов на поверхности изделий, если не считать мелких раковин, образующихся при сгорании частичек дерева. (Но это их свойство используют при декорировании изделий. Например, вкрапления в поверхность изделий зерен риса, пшеницы или даже гороха после обжига оставят характерный след.) Большое же количество в глине органического углерода может создать при обжиге локальную восстановительную среду, что содействует более раннему спеканию глины и при толстом слое (кирпич, например) может придать черепку местную деформацию и нежелательную окраску. Состав и гончарные качества глины окончательно выясняются только после изготовления и обжига пробного изделия. Проще всего приобрести глину на профильном заводе или прямо в карьере какого-нибудь месторождения. На заводах она продается двух видов: карьерная - привезенная прямо с места добычи, а значит, требующая соответствующей обработки, или в порошке. Порошок представляет собой смесь, готовую для работы. Его остается только затворить водой. Порошок, конечно, дороже, но, приобретая его, вы сэкономите время на очистке глины. В составе глиняного порошка, купленного на заводах по производству керамической плитки и кирпича, есть 10-12 процентов молотого стекла, что придаст будущим изделиям прочность. Но гончарные свойства глины,приготовленной из такого порошка, несколько снижаются из-за наличия того же стекла.

В настоящее время в крупных городах появились организации, продающие готовую гончарную глину. Там вы можете приобрести глину любого состава, мелкий и крупный шамот, гипс, готовую глазурь и другие необходимые для гончара материалы. Но если нет такой возможности, то нужную глину можно в принципе найти где угодно, например на крутом склоне холма. Глину можно найти даже на обочинах дорог или, что лучше всего, по берегам болот или небольших водоемов, которые и образуются, потому что дождевая или родниковая вода попадает в глиняную чашу. Нужная глина (обычно голубая или зеленая) залегает или сразу под дерном, или на глубине пластом различной мощности. Эта глина так же, как и карьерная, требует тщательной подготовки. Ее нужно высушить, предварительно разбив на мелкие куски. На это высушивание надо потратить достаточно времени. Когда глина окончательно высохнет, залейте ее водой и желательно горячей. Воды необходимо столько, чтобы на ее поверхности оставались только отдельные островки глины. После набухания массу нужно выложить на стол, застеленный холстом или любой другой грубой тканью. Подождите, когда глина освободится от лишней воды и приобретет необходимую для работы влажность. При подвяливании глины ее нужно периодически переворачивать и, желательно, переминать.

Основное качество гончарной глины состоит в том, что она должна быть чистой, то есть не иметь никаких вкраплений. Конечно, какого-то результата можно добиться, используя любую глину, но вряд ли при этом изделия будут качественными. У хорошего мастера мелкий камушек или даже большая песчинка может быть соразмерна с толщиной стенки сосуда и помешать в работе. Очистить гончарную глину можно руками (что малопроизводительно, но в домашних условиях вполне реально) или продавливая ее в пластичном состоянии через мелкую сетку, как бы имитируя промышленный фильтр-пресс. Можно еще глину с целью очищения отмучивать в бочке, то есть разбавлять ее до шликера (состояния жидкой сметаны) и ждать, когда крупные тяжелые включения осядут на дно. После чего чистую фракцию сливают, сделав отверстие в бочке на уровне начала чистого шликера, и подвяливают до нужного состояния.

Теперь нужно немного подробнее поговорить о взаимоотношениях глины с водой. Несмотря на то, что характеры их схожи, поссорить их очень просто, и тогда хорошего не жди. Если, затворяя глину, вы переусердствовали и налили слишком много воды, ее будет сложно удалить. Глиняное тесто будет неоднородным, с комками. Глина, будучи гигроскопическим веществом, адсорбирует влагу из воздуха, смачивается водой и способна набухать в состоянии сильного обводнения. Влагу, адсорбируемую глиной, называют прочносвязанной водой в отличие от рыхлосвязанной воды, размещающейся между частичками глины более свободно, подвижно и выдавливаемой из глины при компрессии. Прочносвязанная вода составляет 0,8-1,0 процент влажности каолина, замерзает при температуре значительно ниже нуля, почти не проводит электрический ток. Прочносвязанная вода естественно переходит в рыхлосвязанную, которой становится тем больше, чем ближе подходит состояние глины к рабочему водосодержанию, то есть к такому состоянию глины и воды, когда глинистая масса проявляет оптимум своей пластичности и своей способности формоваться. При правильно подобранном влагосодержании глиняная масса не липнет к тыльной стороне руки. Это рабочее водосодержание различно для разных глин; например, у лёсса оно составляет 18-20 процентов, у каолинов - 28-31 процент, у спондиловой глины - 31-33 процента, у часов-ярской - 30-32 процента, у трошковс-кой - 30-36 процентов. При дальнейшем увеличении содержания воды глина теряет способность сохранять приданную ей форму и начинает течь подобно вязкой жидкости.

Этих сведений о свойствах глины вполне достаточно, чтобы начать с ней работать. А вообще говорить о свойствах глины можно очень долго, одних только наименований глин более тридцати и каждая из них имеет с десяток комбинаций с различными добавками. Когда глина освободится от лишней воды и приобретет необходимую для работы влажность, то есть будет с усилием переминаться в руках, ее нужно как следует перемять и положить в целлофановый мешок, а мешок - в бочку с плотной крышкой, где до начала работы она должна пролежать не менее суток, а лучше - несколько дней. Впрочем, в бочке глина может находиться долго - все время, пока вы ее не истратите. Для промина глины многие мастера приспосабливают различные механизмы, например промышленные мясорубки. Подобная "механизация" может применяться и на других стадиях приготовления глины. И еще очень важный момент. Перед самым началом работы с глиной ее еще раз нужно как следует перемять, разрывая ком глины на две части и с силой соединяя их обратно. Таким способом вы сможете освободиться от большей части воздуха - последнего и самого коварного врага гончара. Во-первых, при вытягивании сосуда на гончарном круге руки будут проваливаться в воздушные раковины, и вы можете порванть изделие или сорвать его с круга. А во-вторых, оставшиеся в глине воздушные раковины могут разорвать изделие при обжиге, так как воздух при нагревании, как известно, расширяется. В промышленном производстве от воздуха освобождаются при помощи вакуумпресса.

Глина - продукт выветривания горных пород, в основном полевого шпата и слюды. Землетрясения, сильные ветры, наводнения сдвигают с места пласты пород, измельчают их до пудры. Уложенные в трещинах земной коры, они за миллионы лет затвердевают.

Кембрийские глины являются первичными, они за миллионы лет не вымывались, хотя и подвергались выветриванию. Другие глины называются вторичными, это продукт отложения. Вторичные глины встречаются среди осадочных толщ всех типов - континентальных, включая озерные, прибрежно-лагунные и морские.

Озерные глины часто имеют мономинеральный каолинитовый состав. Чистые монтмориллонитовые глины (бентониты) образуются обычно в результате изменения вулканических пеплов и пемз. В промышленности выделяют 4 наиболее важные группы глин: грубокерамические, огнеупорные и тугоплавкие, каолины, адсорбционные и

высокодисперсные монтмориллонитовые.

Основными химическими компонентами глины являются вторичные минералы простого состава: двуокись кремния (кварц, SiO„ 30-70%), гидрокись алюминия (АЬОз, 10- 40%) и Н20 (5-10%). Присутствуют в глинах ТЮ2, гидрокись железа (Fe20„ FeO), MnO, MgO, CaO, K20, Na20.

Кроме того, в процессе выветривания образуются также вторичные минералы более сложного строения (алюмо — и феррисиликаты). Они более высокодисперсные, чем первичные минералы. Все вторичные минералы сложного состава имеют пластинчатое строение и содержат химически связанную воду. Поскольку эти минералы являются важнейшей составной частью различных глин, они получили название глинистых, или глинных, минералов (А. И. Болдырев, 1974). При всем разнообразии глинистых материалов у них есть общая особенность: они образовались при химическом разрушении других минералов и потому размеры их кристалликов очень малы - всего 1…5 мкм в поперечнике.

В составе глины главную роль играют каолинит, монтмориллонит, гидрослюды, шпаты, известняки, мраморы. По преобладанию глинистого минерала выделяют минеральные типы глин: каолинитовые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые и др.

К минералам каолинитовой группы относятся каолинит AL2Si2Os(OH4) и галлуазит АЬ28і2Ол(ОН4) х 2Н?0, а также некоторые другие минералы. Каолинитовые глины содержат примерно 20-25% илистых частиц (меньше 0,001 мм), из них 5-10% частиц коллоидных размеров (меньше 0,25 микрона). Минералы этой группы довольно часто встречаются во многих типах глин. Такие глины имеют сравнительно небольшую на-бухаемость и липкость.

Бентониты - осадочные породы, состоящие из минералов группы монтмориллонита. Эти минералы имеют слоистую кристаллическую структуру как у графита или талька, т. е. состоят из тончайших чешуек, способных при механическом воздействии на них скользить друг по другу. Поэтому эти минералы на ощупь кажутся жирными. Между чешуйками имеются полости, в которые легко проникают молекулы воды. Благодаря этому бентонитовые глины сильно набухают в воде и образуют пластичное тесто.

Из минералов монтмориллонитовой группы в глинах наиболее распространены монтмориллонит AL2Si40|9(OH2) х пН20, бейделлит ALoSbOyfOH?) х пН20, нонтронит Fe2Si4 0|о(ОНз) х пН20. Монтморри-лонитовые глины обладают, в отличие от каолинито-вых, высокой набухаемостью, липкостью и связностью.

Для них весьма характерным признаком является высокая степень дисперсности (до 80% частиц меньше 0,001 мм, из которых 40-45% меньше 0,25 микрона).

Среди глинистых минералов большое место принадлежит минералам группы гидрослюд. В эту группу ВХОДЯТ гидромусковит (иллит) KAb[(Si, Al)4O|0](OH)2 х пН,0, гидробиотит K(Mg, Fe)3[(Al, Si)40io](OH)2 х пН20 и вермикулит (Mg, Fe++, Fe+++)2[(Al, Si)4O|0](OH)2 х nH20.

Кроме глинистых материалов все глины содержат то или иное количество примесей, которые сильно влияют на свойства глин.

Кварц - один из самых распространенных на Земле минералов, состоящий из одной лишь двуокиси кремния - кремнезема (Si02).

Полевой шпат - минерал, в котором наряду с кремнеземом обязательно присутствует глинозем - окись алюминия (А120з), а также окись одного из металлов типа натрия, калия, кальция.

Слюда очень легко расщепляется на тончайшие прозрачные пластинки. Слюда содержат кремнезем, глинозем и (часто) соединения железа, натрия, магния.

Чаще всего эти минералы-примеси и составляют присутствующий в глине песок. Реже в глине встречаются зерна известняка, гипса, других пород и минералов.

Разные минералы по-разному влияют на свойства глины. Так, кварц снижает ее пластичность, но повышает прочность.

Кристаллическая решетка глины

Глинистые минералы различаются по структуре. Такие важные свойства глины, как растворимость, летучесть, вязкость и другие свойства, характеризующие устойчивость соединения, обусловлены энергией кристаллической решетки. Глина относится к кристаллическим твердым телам, т. е. она имеет четкую внутреннюю структуру, обусловленную правильным расположением частиц в строго определенном периодически повторяющемся порядке. Частицы в кристаллах (атомы, молекулы или ионы) располагаются закономерно, образуя так называемую пространственную решетку кристалла.

Кристаллическая решетка различных глинистых минералов построена из одних й тех же элементарных структурных единиц, состоящих из атомов кремния и кислорода, а также из атомов алюминия, кислорода и водорода. В состав глинистых минералов могут также входить Fe, Mg, К, Ми и другие. Глинистые минералы имеют слоистое строение и относятся к слоистым силикатам. Слои глинистых минералов состоят из сочетания кремнекислородных и кислород-гидроксиалю-миниевых соединений.

Элементарной ячейкой кремне кислородного соединения является тетраэдр, четыре вершины которого заняты анионами 02", а в центре этого тетраэдра находится более мелкий катион Si.

Тетраэдр (SiC>4)4 является основной структурной единицей не только глинистых минералов, но и всех существующих в природе соединений кремния с кислородом (А. И. Болдырев, 1974).

Избыток отрицательных зарядов этой элементарной ячейки может быть нейтрализован присоединением каких-либо катионов или соединением нескольких тетраэдров через вершины, когда кислородный ион оказывается одновременно связанным с двумя ионами кремния. Для глины наиболее типичным являются такие соединения, в которых кремнекислородные тетраэдры соединены в слои (или листы) циклической структуры. В таком слое на каждые два иона кремния приходится пять ионов кислорода, что соответствует формуле (Si20s)2

Кремнекислородные тетраэдрические слои могут соединяться со слоем кислород — алюмогидроксильных атомов, которые образуют октаэдры. В них ион алюминия окружен атомами кислорода и гидроксид-ионами. Алюмогидроксильные октаэдры соединяются так же, как и кремнекислородные тетраэдры, - в октаэдрические сетки или слои. Они могут быть построены по аналогии с минералом гиббситом А1(ОН)з или бруситом Mg(OH)2.

Кремнекислородные и кислород-гидроксид-алюми-ниевые сетки образуют так называемые тетраэдро-окта-эдрические слои и пакеты. При соединении тетраэдри-ческого и октаэдрического слоев ионы 0?’ тетраэдриче-ского слоя, расположенные на вершинах тетраэдров, становятся общими для обоих слоев, т. е. ионы 0?" будут служить своеобразными «мостиками» между ионами Si4~ одного слоя и ионами АЬз+ другого слоя. Такая структура наиболее устойчива, так как количество положительных зарядов Si4+ и АЦ+ в этой структуре равно количеству отрицательных зарядов 0?" и ОН".

Минералы группы каолинита имеют двухслойную фисталлическую решетку, пакеты которой образованы из двух связанных через общие атомы кислорода слоев: слоя кремнекислородных тетраэдров и алюмо-гидроксильного слоя, имеющего диоктаэдрическое строение. Такие двухслойные пакеты чередуются в кристалле с промежутками, придавая ему пластинчатое строение. Каолинит не способен впитывать воду в межпакетные пространства и поэтому не обладает способностью к набуханию.

Минералы монтмориллонитовой группы по своим кристаллохимическим свойствам разделяются на две группы:

Диоктаэдрические (монтмориллонит, нонтронит, бейделлит);

Триоктаэдрические (сапонит, гекторит).

Монтмориллонит относится к трехслойным минералам. Его пакеты состоят из октаэдрического слоя (ди-октаэдрического строения), который заключен между двумя тетраэдрическими слоями.

Состав этих слоев вследствие изоморфных замещений не постоянен. Кремний тетраэдров также может быть частично замещен на алюминий и железо, а в октаэдрах, кроме ионов алюминия, могут находиться ионы магния. В отличие от каолинита, межпакетные расстояния монтмориллонита могут изменяться. Эти расстояния изменяются в зависимости от количества воды, находящейся между пакетами. В силу этого монтмориллонит обладает большой способностью к набуханию.

Минералы группы гидрослюд включают гидромусковит (иллит), гидробиотит, вермикулит и другие гид-ратизированные разновидности слюд. Способность поглощения у гидрослюд в несколько раз выше, чем у каолинита, но в 2-3 раза меньше, чем у монтмориллонита.

Структура иллита подобна структуре монтмориллонита, с той лишь разницей, что в его кристаллической решетке имеются многочисленные изоморфные замещения. Так, ион А1з+ в октаэдрических слоях замещен на ион Fe3+ и ион Mg?+, причем два иона алюминия замещаются тремя ионами магния с замещением октаэдрических пустот. В иллите нередко два иона алюминия в октаэдрах замещаются на два иона магния, при этом избыточные отрицательные заряды компенсируются ионами калия, которые размещаются в межпакетных промежутках.

Алюмосиликаты - цеолиты - имеют «молекулярные сита», используемые в качестве катализаторов в нефтехимической промышленности для получения высокооктановых бензинов. Цеолиты являются наилучшими адсорбентами для радиоактивных отходов атомных электростанций. Они прекрасно себя зарекомендовали при выведении радионуклидов из организма «ликвидаторов», а также сельскохозяйственных животных, обитающих на зараженной территории. Цеолиты жизненно необходимы животным. Наевшись вдоволь природных цеолитовА животные здоровели: лучше прибавляли в массе, а среди телят уменьшался падеж. Объясняется это тем, что цеолиты способны поглощать вредные вещества и поставлять в организм недостающие ему компоненты.

Важнейшие физико-химические и водно-физические свойства глины - емкость поглощения, гидро-фильность, связность, липкость, реакция среды - находятся в прямой зависимости от минералогического состава.

Свободная и связанная вода в глине

Молекулы воды сами по себе нейтральны. Однако стоит только поместить дипольные молекулы воды во внешнее электрическое поле, как тотчас начнет проявляться дипольный характер этих молекул.

Гидратация гидрофильных коллоидов также обусловливается электростатическими силами, т. е. за счет электрических зарядов, возникающих вследствие ионизации. На поверхности коллоидных частиц гли ны образуются оболочки, состоящие из диполей воды, ориентированных в зависимости от вида заряда своим положительным или отрицательным концом.

Таким образом, в гидрофильных коллоидах, т. е. в растворах глины, какая-то часть воды оказывается прочно связанной с коллоидными частицами, другая же часть играет роль среды, в которой находятся коллоидные мицеллы.

Свойства связанной воды резко отличаются от свойств свободной воды. По степени упорядоченности структуры связанная вода приближается к свойствам твердого тела и имеет большую плотность по сравнению с водой свободной. Гидратационные оболочки высокомолекулярных соединение не обладают растворяющими свойствами, поэтому высокомолекулярное вещество растворяется только в свободной воде. Связанная вода при охлаждении раствора глины не замерзает, тогда как свободная вода подвержена замерзанию.

Обмен веществ в глине

Часто глины находятся под слоем песка, почвы. При вымывании из почвы минеральных веществ и органических остатков они попадают на глиняную подложку. Наиболее интенсивное проникновение их происходит в верхнем слое глины толщиной 10- 15 см. В Оренбургской области разведано и используется месторождение миоценовой подугольной глины (Н. П. Торопова и соавторы, 2000).

Глина является превосходным «обменным пунктом» ионов минеральных вод. В то же время на состав глины большое влияние оказывают природные минеральные воды. Так, если сульфатно-кальциевые (или магниевые) подземные воды мигрируют среди глинистых пород морского происхождения, обычно содержащих обменный натрий, то протекают реакции:

глина = 2Na+ + Са++ + SO4 <-»2Na+ + SO4 + глина = Са++

глина = 2Na+ + Mg++ + SO4 <-> 2Na+ + SO4 + глина = Mg++

Символом «глина=Са++» обозначена глина, содержащая обменный кальций (или другой обменный катион). Так происходит обмен катионов, количество аниона (SO4 ~) при этом не меняется.

Постепенно весь обменный натрий переходит из глин в раствор. Воды из сульфатных кальциевых (магниевых) превращаются в сульфатные натриевые, а поглощающий комплекс из типичного морского - натриевого становится типично континентальным - кальциевомагниевым (А. И. Перельман, 1982).

В глинистой фракции почв и пород содержатся две категории ионов: одни легко переходят в раствор и способны участвовать в реакциях - это обменные катионы и анионы; другие прочно закреплены в узлах кристаллических решеток и могут переходить в раствор лишь в результате разрушения минералов в ходе длительных процессов выветривания.

Примеси, входящие в глину, определяют ее цвет, консистенцию, особую пластичность или каменную твердость. Различают до 40 видов глин, использующихся в фаянсовой и фарфоровой промышленности, фармакологии, строительстве, парфюмерии (основная часть пудры), химии, в пищевой промышленности. Глина бывает белая, голубая, серая, красная, коричневая, зеленая, черная. Иногда встречаются глины шоколадного или грязно-черного цвета.

Цвета глины определяются большим количеством присутствующих в них солей:

Красный цвет - калий, железо;

Зеленоватый - медь, двухвалентное железо;

Голубой - кобальт, кадмий;

Темно-коричневый и черный - углерод, железо;

Желтый - натрий, трехвалентное железо, сера и ее соли.

Наиболее активной считается голубая, зеленая и черная глина. Хорошо изучен каолинит - основа для фарфоровых изделий, он белый. Огнеупорные глины в основном каолиновые, они пластичны, но в них мало железа.