Использование древесных отходов

 

Чтобы получить достаточно полное представление об использо­вании древесины в строительстве, рассмотрим строительные мате­риалы, получаемые из древесных отходов. Строго говоря, эта груп­па материалов в большей мере относится к искусственным материа­лам (ИСК), так как при их получении происходит частичное или полное изменение химического состава древесины под влиянием хи­мической технологии. Вместе с тем эти материалы можно рассматривать как пример отсутствия четкой границы между природными и искусственными материалами, применяемыми в строительстве. Та­кие примеры с не вполне четкой границей раздела между этими ти­пами материалов встречаются и при рассмотрении каменных и дру­гих материалов.

В нашей стране ежегодно заготовляется огромный объем (свыше 400 млн. м³) древесины, которая направляется главным образом на нужды строительства. Однако чем больше вырабатывается деловой древесины, тем большие отходы получают при лесозаготовках и пе­реработке стволовой древесины. Сейчас древесные отходы доходят до 140—150 млн. м³ в год, большая часть которых вывозится на свалку или сжигается. До последнего времени в строительной про­мышленности с пользой использовалось до 25% древесины, получа­емой с лесосеки. В настоящее время объем использования ее нередко возрастает до 75—80%. Технический прогресс коснулся главным об­разом механизированного производства столярных и древесново­локнистых плит, деревобетона (арболита), древесностружечных плит, щитов и др. Эти изделия анизотропны по свойствам, не коро­бятся, не усыхают и как полуфабрикат используются при производ­стве красивых фанерованных дверей, встроенной мебели, облицо­вочных панелей, перегородок, теплоизоляционных изделий и деталей, стеновых блоков и панелей (из арболита), паркета, кровли и т. д.

Из кусковых отходов лесопиления и деревообработки изготов­ляют клееные панели, щиты и плиты, щитовой паркет, дверные ко­робки, кровельную и штукатурную дрань, кровельную плитку и гонт[25]; заготовки для столярного производства, арболит и стеновые блоки и панели из него, древесноволокнистые и древесностружеч­ные плиты и др. Они с успехом заменяют деловую древесину. Очень широко в строительстве используют древесноволокнистые плиты, 1 м³ которых заменяет 2,5 м³ строганых пиломатериалов. Плиты ис­пользуют для отделки стен, перегородок, дверных проемов, встро­енной мебели, кухонной мебели и других элементов в жилых, обще­ственных и промышленных зданиях. Большим спросом у строителей пользуются также плиты древесностружечные плоского прессова­ния, применяемые в качестве конструкционного и отделочного ма­териала. Особенно часто изделия из древесных отходов используют как теплоизоляционный материал. Значительное количество древес­ных кусковых отходов, щепы и стружки, в особенности хвойных пород, может быть использовано при производстве кровельного картона.

Из опилок и стружек материалы и изделия изготовляют либо на основе вяжущих веществ (опилкобетон, ксилолит, термиз, термопорит, гипсоопилочные блоки и др.), либо без применения специаль­ных вяжущих (лигноуглеводные пластики, вибролит и др.).

При изготовлении опилочных конгломератов на основе вяжу­щих веществ в смесь вводят песок, гравий, минерализаторы (жидкое стекло, известковое молоко, раствор фтористого натрия и др.). В ка­честве вяжущих веществ используют цемент, известь, гипс, каусти­ческий магнезит и др. Так, например, для приготовления ксилолито­вой смеси при производстве плит (для устройства полов) используют каустический магнезит, затворяемый на водном раство­ре хлористого магния. В полуторном или двойном количестве (по объему) по отношению к магнезиту добавляют в смесь опилки влажностью не более 8%, а при необходимости получения жесткого покрытия (а не пластичного) вносится еще небольшая часть кварце­вого песка. В так называемые твердые опилочные плиты в качестве связующего вносятся смолы или смесь смолы с аммиаком, а при производстве листового тырсолита толщиной от 1,5 до 8 мм ис­пользуют карбамидную смолу с примесью отвердителя (контакта Петрова).

При изготовлении опилочных конгломератов без введения в их состав каких-либо специальных вяжущих веществ учитывают спо­собность древесины к выделению собственных клеящих веществ в процессе гидролитического расщепления лигноуглеводных комп­лексов клеточных оболочек и полисахаридов. Технологический рег­ламент характеризуется сушкой и дозированием древесных частиц, формованием и подпрессовкой на поддоне ковра необходимой тол­щины, горячим прессованием и охлаждением под давлением пресса. Именно по такой схеме изготовляют лигноуглеводные древесные пластики. На прочность такого пластика оказывает влияние размер древесных частиц: с их измельчением возрастает прочность пласти­ка. Наиболее ответственный режим на стадии горячего прессования ведется при давлении 1—5 МПа и температуре 160—170°С с после­дующим охлаждением плит пресса до 20°С. Имеет значение порода исходной древесной смеси. Для этих пластиков пригодны ель, лист­венница, сосна, береза и осина. Готовые изделия (пластики) исполь­зуют в качестве конструкционно-отделочного материала; в техноло­гический период их покрывают облицовочным шпоном. Сходными в производстве являются пьезотермопластики — плитный или пли­точный материал, изготовляемый при высоких давлениях и темпе­ратуре из древесных отходов, особенно опилок, без добавления свя­зующих веществ. Существуют две технологические схемы их производства: без предварительной обработки древесных отходов и с обработкой отходов (гидролизом) древесных опилок — горячей водой (или паром), иногда с химикатами. По второму способу полу­чают пластик повышенного качества, например предел прочности при статическом изгибе до 25—40 МПа, при растяжении — до 20—25 МПа, при сжатии — до 60—80 МПа, теплопроводность — 0,24 Вт/(м∙К) и т.п. Пьезотермопластики используют для покрытия полов взамен паркета и изготовления дверей, в качестве отделочно­го материала и т. д. Из опилок и мелкой стружки после обработки в молотковой дробилке и вибромельнице, формования и горячего прессования получают вибролит. Плиты из вибролита обладают достаточно высокими показателями качества: плотность 400— 800 кг/м³, предел прочности при статическом изгибе 3—13 МПа, теплопроводность 0,08—0,09 Вт/(м∙К) и т. п. Вибролит используют для настила черного пола, устройства перегородок, щитовых две­рей, изготовления встроенной мебели и пр.

Из коры и сучьев получают материалы и изделия на основе вя­жущих или без них. Так, например, с применением гипсового вяжу­щего получают королит. Для этого подсушенную, измельченную и просеянную кору загружают в смеситель, заливают растворами ан­тисептика (например, оксилифениланатрия) и ингибитора (напри­мер, казеина, буры, мездрового клея). Смесь соединяют с гипсовым вяжущим веществом, перемешивают до однородного состояния и уплотняют в формах при давлении 0,03—0,04 МПа. Вместо гипсово­го вяжущего можно использовать также портландцемент и цементно-песчаный раствор. Королит применяют как утеплитель полов и стен.

Среди других изделий, изготовленных из коры и сучьев с добав­лением или без добавления связующих, следует отметить изоляцион­ные плиты, плиты из цельной коры, сучкоблоки и др. При изготов­лении изоляционных плит пресс-массу из измельченной коры ели, гидрофобизатора и антипирена обрабатывают связующим в виде сульфитной барды (отход производства целлюлозы по сульфитному способу), формуют и подвергают горячему прессованию. В плитах из цельной коры ели, пихты или лиственницы отсутствует какое-ли­бо дополнительно введенное вяжущее или клеящее вещество. Для их получения снимают кору специальным образом со ствола, обраба­тывают и склеивают ее в листы путем прессования. Эти плиты име­ют длину до 3 м, ширину 0,4—1,2 м и толщину до 25 мм. Использу­ют их для обшивки стен, перегородок, устройства кровли (иногда с покрытием известковым раствором). При изготовлении сучкоблоков используют отходы от лесозаготовок — свежесрубленные ветви сосны, ели, ивы, пихты, кедра и др. Спрессованный готовый блок из ветвей стягивают в двух местах проволокой диаметром 3 мм, а не­ровности в виде боковых сучков удаляют циркулярной пилой. Бло­ки антисептируют, подвергают атмосферной сушке до влажности 20—30%, используют в бескаркасном одноэтажном строительстве, а также для изоляции. При увеличении высоты зданий их применяют в сочетании с металлической арматурой диаметром 4—8 мм, укла­дываемой на уровне перемычки, подоконников и др. Размеры сучкоблоков: конструктивных — 500x450x350 мм, изоляционных — 500x450x250 мм.

Кроме рассмотренных выше материалов и изделий из древесных отходов имеется большое количество освоенных промышленностью и широко применяемых традиционных органических теплоизоляци­онных и конструкционно-теплоизоляционных материалов — камы­шитовые плиты, торфяные плиты и др.

Материалы и изделия с применением отходов древесины, часть которых была указана выше, являются, как правило, типичными представителями строительных конгломератов, получаемых на ис­кусственных или естественных (лигнин, полисахариды) связующих веществах. Несомненно, что при оптимальных структурах они обла­дают комплексом наилучших показателей свойств, поэтому их со­став следует определять с учетом ранее изложенных общих законо­мерностей (см. гл. 5). Вместе с тем на их примере очевидна некоторая условность границы при разделении строительных мате­риалов на искусственные и естественные, тем более с конгломерат­ным типом структуры.

Глава 8

Природные каменные материалы и изделия [26]

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Природные строительные материалы, получаемые в результате относительно несложной механической обработки монолитных гор­ных пород с сохранением их физико-механических и технологиче­ских свойств, используют в виде плит, блоков, бортовых и облицо­вочных камней, дорожной брусчатки, бутового камня, щебня, дробленого песка и т. д. В огромных количествах используют также естественные рыхлые породы: валуны, гравий, песок, глину и др. Кроме того, горные породы являются важнейшими сырьевыми про­дуктами при получении искусственных строительных материалов (строительной керамики, огнеупоров, стекла, цемента, извести и др.), для чего их подвергают сложным видам механической и хими­ческой переработки.

Широкое использование природного сырья связано с благопри­ятными физико-химическими свойствами многочисленных пород. Уже в ранний период своего существования человек обнаружил на поверхности земли и в ее недрах множество природных материалов, которые полностью удовлетворяли его сравнительно ограниченные потребности. На последующих стадиях развития человеческого об­щества появляются повышенные требования к качеству строитель­ного камня и одновременно усложняются способы обработки и пе­реработки природного сырья для получения материалов с иными качествами и свойствами, например превращение обычной глины в камень при ее обжиге с получением стабильных свойств готового продукта.

Горными породами называются простые и сложные природные минеральные агрегаты, которые занимают значительные участки земной коры и отличаются большим или меньшим постоянством хи­мического и минерального состава, структуры, а также определен­ными условиями залегания. Они слагают поверхностные слои зем­ной коры мощностью 15—60 км и образуют естественные скопления ценного минерального сырья. В настоящее время в нашей стране ежегодно расходуется около 2 млрд. т горных пород на нужды про­мышленности строительных материалов.

ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ

Для производства строительных материалов и изделий горные породы добывают из поверхностных слоев земной коры, в состав которой входят все химические элементы: кислород — до 47%, кремний — до 26%; алюминий и железо составляют соответственно 8 и 5%, суммарное количество кальция, магния, натрия и калия не превышает 11% общей массы горных пород. Остальные элементы составляют приблизительно 3% состава земной коры. В чистом виде химические элементы встречаются в ней редко; подавляющее боль­шинство их находится в виде соединений с однородным химическим составом, структурой и свойствами, которые называются минерала­ми. Содержащиеся в составе горных пород минералы разделяют на породообразующие и второстепенные. Первые, примерно 40—50 минералов, участвуют в образовании горных пород и обу­словливают их свойства; вторые встречаются в них только в. виде примесей. Среди породообразующих минералов выделяются пер­вичные и вторичные. Первичные возникли при формировании по­род, вторичные — позже, как продукты видоизменения первичных минералов.

Природные минералы находятся в основном в твердом состоя­нии и имеют преимущественно кристаллическое строение с законо­мерным расположением частиц (ионов, атомов, молекул) в про­странстве. Реже они встречаются в виде аморфных веществ с беспорядочным пространственным расположением частиц. Каждый минерал возникает как химическое соединение в природе в услови­ях, характеризующихся определенным сравнительно узким значением температуры, давления и концентрации химических компонентов в системе. Он сохраняется неизменным до тех пор, пока не происхо­дит заметного изменения этих условий. И тогда минерал может быть подвергнут изменению, разрушению или замещению в горных породах другими минералами, т. е. природными химическими сое­динениями, устойчивыми в новых условиях. Впрочем, среди минера­лов хорошо известны и те немногие их разновидности, которые спо­собны сохранять свою устойчивость в достаточно широких пределах изменения внешних условий, например алмаз, графит, ко­рунд, рутил и др.

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

Твердость характеризует поверхностную энергию минерала. Она оценивается по шкале Мооса, которая состоит из десяти мине­ралов, расположенных в порядке возрастания их твердости: тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, полевой шпат, кварц, топаз корунд и алмаз. Определяют твердость пробой на царапанье; выражается она порядковым числом соответствующего эталона в шкале, остав­ляющего царапину на испытуемом образце. Более точную оценку твердости получают специальными склерометрическими прибора­ми. Показатель твердости материала имеет большое практическое значение и косвенно позволяет судить о механических свойствах природного камня.

Спайность проявляется в виде способности минералов рас­калываться по определенным направлениям с образованием глад­ких зеркальных поверхностей — плоскостей спайности. Одни мине­ралы легко расщепляются на тончайшие пластинки в одном или нескольких направлениях, у других она проявляется плохо или со­всем отсутствует. Спайность служит важным диагностическим при­знаком минералов и вместе с показателями твердости способствует предварительной оценке механических свойств природных материа­лов.

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

Окраска — важный диагностический признак минералов, так как для большинства их она сохраняется постоянной и вместе с тем имеет определяющее значение для декоративной характеристики природного камня. Окраска обусловлена присутствием красящих элементов (хромофор) в составе минерала, в частности Сr, Мn, Fe и др., или посторонних тонко окрашенных примесей, иногда газовых пузырьков. Возможно также появление ложной окраски, вызывае­мой интерференцией световых лучей при их отражении от внутрен­них плоскостей трещин спайности.

Блеск возникает в результате отражения световых лучей от по­верхности минерала и имеет важное диагностическое значение. Од­новременно он является характеристикой декоративных или юве­лирных достоинств минерала. Блеск появляется под влиянием двух факторов: показателя преломления светового луча при прохожде­нии в кристаллической среде минерала и коэффициента его погло­щения данной средой. При наибольшем показателе преломления у прозрачных минералов возникает очень сильный алмазный (неме­таллический) блеск. Вещества с небольшим показателем преломле­ния (например, сернистые минералы) обычно непрозрачны и харак­теризуются металлическим блеском. В зависимости от величины показателя преломления и характера отражающей поверхности ми­нералы приобретают стеклянный, перламутровый, жирный, шелко­вистый, матовый и другие виды блеска, которые учитываются при отборе минерального сырья для практических целей. В природе пре­обладают минералы со стеклянным блеском, имеющие средние по­казатели преломления 1,3—1,9.

Плотность (истинная)[27] колеблется у минералов от значений, меньших единицы (озокерит), до 20 и выше (осмистый иридий). Она зависит от химического состава и структуры, атомной массы эле­ментов, их ионных радиусов и валентности. Числовые значения плотности помимо диагностических характеристик имеют практическую ценность при оценке качества минерального сырья и используются при его обогащении. Наибольшее распространение в природе имеют минералы с малой (от 2 до 4 г/см³) плотностью. Приводимое ниже описание наиболее распространенных и важных в породообразующем отношении минералов предусматривает ха­рактеристику представителей классов силикатов, оксидов и гидроксидов, карбонатов, сульфатов, сульфидов и самородных минера­лов.

Силикаты являются солями различных кремниевых кислот и от­носятся к сложным химическим соединениям, содержащим в своем составе элементы K, Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Al, Si, O, H и др. Однако для них более характерным является не химический состав, а осо­бенности кристаллического строения с наличием ионной кристалли­ческой решетки. Основной структурной единицей этой решетки яв­ляется кремнекислородный тетраэдр (SiО₄)^4-, размеры которого почти всегда строго постоянны (рис. 8.1). Характерной особенно­стью кремнекислородных тетраэдров является способность иона Si частично заменяться ионом A1 с появлением в кристаллической решетке других алюмокислородных тет­раэдров (AlO₄)^4- с образованием кар­касных алюмосиликатов. К наиболее важным представителям этого класса относятся полевые шпаты, нефелин, ро­говая обманка, авгит, слюды, гидро­слюды, а также вторичные силикаты — тальк, асбест, каолинит, монтморилло­нит.

Полевые шпаты по химическому со­ставу — алюмосиликаты калия, натрия, кальция. В горных породах распро­странен калиевый полевой шпат K(AlSi₃О₆), именуемый ортоклазом. Характерная его особенность: между двумя плоскостями спайности у него образуется прямой угол, и его название означает прямораскалывающийся (орто — прямо, клаз — раскалывание). Не менее распростра­нены полевые шпаты и в виде плагиоклазов, т. е. косораскалывающихся.

 

Рис. 8.1. Кремнекислородный тетраэдр

 

К двум разновидностям этих полевых шпатов относятся аль­бит — алюмосиликат натрия Na(AlSi₃О₈) и анортит — алюмосили­кат кальция Ca(Al₂Si₂О₈)₈. Ортоклаз имеет светлую окраску, стек­лянный блеск, высокую твердость (6—6,5)[28], совершенную спайность в двух направлениях и плотность от 2,5 до 2,7 г/см³. На поверхности земли ортоклаз постепенно выветривается и превращается в глини­стый минерал. Как породообразующий компонент ортоклаз прида­ет повышенную твердость и прочность горной породе. Высокосорт­ные залежи калиевых полевых шпатов имеются в Карелии, на Урале, в Сибири и других районах нашей страны.

Плагиоклазы в природе существуют в виде многочисленных разновидностей — от чистого анортита до чистого альбита, при­чем чем выше содержание анортита в составе плагиоклаза, тем выше показатель его основности. Так, при содержании в составе плагиоклаза от 0 до 30% анортита он является кислым плагиклазом, от 30 до 60% — средним и от 60 до 100% — основным. Плагиоклазы бывают белого или серовато-белого, реже серого и чер­ного цветов со стеклянным блеском и характерной для них иризацией в синих и зеленоватых тонах. Отличаются высокой твердостью (6—6,5), хрупкостью и плотностью в пределах 2,61—2,76 г/см³, совершенной спайностью. Плагиоклазы неустой­чивы к химическому выветриванию на поверхности земли и пере­ходят в глинистые соединения. Применяются в качестве особо ценного декоративного и облицовочного материала (Лабрадор). Их месторождения известны на Украине и Урале.

К числу каркасных алюмосиликатов, объединенных кремнезе­мом, относится также нефелин Na(AlSiO₄), который входит как по­родообразующий минерал в щелочные магматические породы (не­фелиновые сиениты, нефелиниты и др.). Нефелин — бесцветный или чаще серовато-белый минерал с разнообразными оттенками, имеет твердость 5—6 и невысокую плотность (2,6 г/см³), несовершенную спайность, неровный или раковистый излом. Легко выветривается на поверхности земли, превращаясь в каолинит и вторичные обра­зования карбонатного, сульфатного состава и др. В контакте с бога­тейшими апатитовыми месторождениями нефелиновые породы не­редко образуют крупные массивы, имеющие промышленное значение; используются при производстве цемента, стекла; из нефе­линовых отходов с помощью обогащения получают глинозем, соду, силикагель, ультрамарин и др. Месторождения этих пород известны на Кольском полуострове (Хибины).

К ленточным силикатам (амфиболам) относится роговая обман­ка — важный породообразующий компонент магматических и мета­морфических пород. В ее состав входят элементы Na, Ca, Mg, Fe, Al, Si, O, H, образуя сложную химическую формулу. Роговая обманка окрашена в темно-бурые, зеленые и черные цвета с шелковистым или стеклянным блеском. Имеет высокую твердость (5,5—6) и плот­ность (3,1—3,36 г/см³), характеризуется совершенной спайностью и занозистым изломом. Она отличается высокой вязкостью и боль­шой прочностью, поэтому присутствие ее придает породам повы­шенные прочность и ударную вязкость. Наиболее известные место­рождения роговой обманки имеются на Урале.

Авгит — магнезиально-железистый силикат Ca(Mg, Fe, Al) [(Si, Al)₂О₆] относится к цепочечным силикатам (пироксенам) и яв­ляется важным породообразующим минералом основных магматических пород. Обычно окрашен в темно-зеленый, черно-бурый или черный цвет со стеклянным блеском. Имеет твердость 5—6 и плот­ность 3,2—3,6 г/см³, совершенную спайность, повышенные вяз­кость и прочность. Присутствие авгита в породах сообщает им высокую сопротивляемость механическим воздействиям. Встреча­ется на Урале.

3 группу слоистых силикатов входят многочисленные предста­вители со слоистым, листоватым или чешуйчатым строением. Наиболее распространены в породах слюды (особенно биотит и муско­вит), гидрослюды, в частности вермикулит, а также тальк, асбест каолинит, монтмориллонит.

Слюды относятся к группе алюмосиликатов и как породообразующие компоненты входят в состав магматических и некоторых метаморфических пород. Физические свойства слюд близки: они легко расщепляются на очень тонкие, гибкие и упругие пластинки. Выделяются две разновидности слюд, отличающихся по химическо­му составу: мусковит и биотит.

Мусковит — белая слюда KAl₂(OH)₂[AlSi₃O₁₀] встречается в маг­матических и метаморфических породах. Имеет перламутровый блеск, весьма совершенную спайность в одном направлении, благо­даря чему легко расщепляется на тонкие и прозрачные упругие лис­точки, невысокую твердость (2—3) и плотность 2,8—3,1 г/см³. Мус­ковит относительно стоек химически и при выветривании обычно переходит в россыпи без заметного изменения. Используется как от­личный электроизоляционный материал, а в строительстве — в виде слюдяного порошка (скарпа), как посыпочный материал при изго­товлении кровельных материалов (рубероида), огнеупорных красок, керамических изделий и т. п. Достаточно крупные месторождения мусковита имеются на Кольском полуострове, Украине, Среднем Урале, в Восточной Сибири.

Биотит — черная или бурого цвета железисто-магнезиальная слюда K(Mg, Fe)₃ [Si₃AlO₁₀][OH, F]₂ широко распространена в кис­лых магматических и метаморфических породах. Имеет небольшую твердость (2—3), весьма совершенную спайность в одном направле­нии, легко расщепляется на тончайшие упругие пластинки. В приро­де образует преимущественно пластинчато-чешуйчатые и зернистые скопления, является химически нестойким минералом. Месторожде­ния биотита известны на Урале, в Забайкалье и др.

Гидрослюды — слюдоподобные минералы, содержащие значи­тельное количество связанных молекул H₂O между слоистыми паке­тами, образованными кремнекислородными тетраэдрами в кристал­лической решетке, которые сравнительно легко удаляются при нагревании. Гидрослюды являются результатом выветривания мус­ковита, биотита и других минералов группы слюд и рассматривают­ся как промежуточные соединения между слюдами и глинистыми минералами слоистой структуры. Химический состав гидрослюд не­постоянный, так как изменяется количественное содержание катио­нов, связывающих упомянутые выше слоистые пакеты, и межпакет­ной воды.

Среди этих минералов наибольшее практическое значение имеет вермикулит золотистого или коричневого цвета (Mg, Fe²⁺, Fe³⁺)₃(OH)₂[(Al, Si)₄O₁₀]∙4H₂O. Он имеет низкую твердость (1—1,5) и плотность (2,4—2,7 г/см³), совершенную спайность и способен раз­деляться на тонкие гибкие неупругие пластинки. При прокалива­нии, в интервале температур от 900 до 1100°С, его молекулярная вода превращается в пар с образованием внутреннего давления, под влиянием которого происходит расслоение слоистых пакетов и раз­деление их на червеобразные столбики или нити с поперечным деле­нием на тончайшие чешуйки. Образование огромного количества воздушных прослоек в кристаллической решетке сопровождается сильным (в 15—25 раз) увеличением объема вспученного вермику­лита и уменьшением его средней плотности до 0,1—0,3 г/см³. Верми­кулит является хорошим теплоизоляционным и звукопоглощающим материалом. Крупные месторождения его находятся на Украине, Урале и Кольском полуострове.

К группе вторичных слоистых силикатов относятся довольно широко распространенные в природе тальк, асбест, каолинит и мон­тмориллонит.

Тальк Mg₃[Si₄O₁₀][OH]₂ образуется при изменении магнезиаль­ных силикатов и алюмосиликатов природными горячими раствора­ми и является породообразующим минералом тальковых сланцев. Окрашен в белый или бледно-зеленый цвет, имеет стеклянный блеск с перламутровым отливом, очень низкую твердость (меньше 1), плотность 2,7— 2,8 г/см³, весьма совершенную спайность и легко расщепляется на гладкие неупругие пластинки, жирный на ощупь. Тальк применяют в порошкообразном виде в качестве наполните­лей в производстве пластмасс, паст, глазурей и кислотоупорных из­делий. Камневидный тальк используют для огнеупорной футеровки. Промышленные месторождения его известны на Урале.

Асбест встречается в виде нескольких разновидностей, но наибо­льшее применение для практических целей имеет хризотил-асбест Mg₆[Si₄O₁₀][OH]₁₈. Для асбеста характерна параллельно-тонковолок­нистая структура с длиной волокон, колеблющейся от десятых до­лей миллиметра до 20—25 мм, иногда до 50—150 мм. Он имеет зеле­новато-желтый, а в распушенном состоянии снежно-белый цвет, невысокую твердость (2—3) и способен расщепляться на прочные волоконца толщиной меньше 0,0001 мм. Отличается высокой огне­стойкостью и щелочеупорностью, плохо проводит теплоту и элект­ричество. Хризотил-асбест образуется из ультраосновных оливиновых, а также карбонатных пород под влиянием природных горячих растворов. Наиболее ценным считается длинноволокнистый асбест с длиной волокон более 8 мм, используемый при производстве не­сгораемых тканей, автомобильных тормозных лент, асбесторезиновых изделий и др. Для изготовления асбестоцементных изделий, теплоизоляционных труб, панелей и т. п. применяют асбест с длиной волокон 2—8 мм. Из мелкого асбестового волокна получают обма­зочную теплоизоляцию, огнестойкие краски, штукатурные раство­ры и др. Значительные месторождения асбеста известны на Украи­не, Урале, в Забайкалье, Саянах и других районах страны.

Каолинит АЬ[812О5][ОН]4 является главным минералом многих глинистых пород. Имеет совершенную спайность, легкую расщепляемость на тонкие неупругие чешуйки, весьма низкую твердость (ме­ньше 1) и невысокую плотность — около 2,6 г/см³. В природе он встречается в виде рыхлых чешуйчатых или плотных тонкозернистых агрегатов белого цвета с различными оттенками и матовым блеском. Каолинит образуется преимущественно путем выветрива­ния алюмосиликатов (полевых шпатов, слюды и др.), содержащихся в породах под влиянием воды и СО2, отличается достаточной устой­чивостью на поверхности земли и, накапливаясь, образует мощные толщи глинистых пород. Основной потребитель каолиновых глин — керамическая промышленность. Они используются при про­изводстве тонкой фарфоровой и фаянсовой керамики. Каолиновые наполнители широко применяют при производстве пластмасс, эму­льгаторов, красителей и т. д. Месторождения каолиновых глин рас­пространены на Урале, Украине, в Казахстане, Подмосковье и др.

Монтмориллонит (Al, Mg)₂(OH)₂[Si₄O₁₀] n H₂O отличается непо­стоянным химическим составом, который зависит от содержания воды в атмосфере. Образуется в условиях щелочной среды при раз­ложении вулканических пеплов и туфов в морской воде. Имеет по­движную кристаллическую решетку, вследствие чего приобретает способность к сильному набуханию в присутствии воды и увеличе­нию ее размеров почти в 3 раза, а при нагревании — к постепенному высыханию и значительной усадке. Монтмориллонит имеет белую окраску с разнообразными оттенками, матовый блеск (в сухом со­стоянии), совершенную спайность чешуек, непостоянную плот­ность, незначительную твердость (меньше 1) и жирность на ощупь. Он широко распространен на поверхности земли, преимущественно в районах выветривания основных магматических пород; отличает­ся сравнительной устойчивостью к химическому выветриванию. Яв­ляясь составной частью глинистых пород, сообщает им повышен­ные набухаемость и адсорбируемость. В чистом виде используется как адсорбент (отбеливатель), наполнитель, эмульгатор в резино­вом, пластмассовом, керамическом и других производствах. Высо­кокачественные месторождения монтмориллонитовых глин нахо­дятся на Кавказе, в Крыму, Приднепровье, Закарпатье.

Оксиды являются соединениями металлов и металлоидов с кис­лородом. Наиболее распространенный минерал этого класса — кварц SiO₂, встречающийся в трех главных модификациях: α-кварц, тридимит и кристобалит. Основой его кристаллической структуры служат кремнекислородные тетраэдры, которые образуют прочную решетку каркасного типа, характерную для всех трех его модифика­ций. Образование кварца связано как с магматическими процессами в недрах земли, так и выпадением из холодных растворов на ее по­верхности. Наиболее изученным является α-кварц, который называ­ют просто кварцем. Он устойчив при температуре ниже 573°С. Три­димит устойчив в температурном интервале 870—1470°С, а, кристобалит — при температуре ниже 1713°С. Свойства этих моди­фикаций зависят от неплотной упаковки ионов кислорода в кремнекислородных каркасах. При одном и том же способе сцепления кремнекислородных тетраэдров друг с другом через их вершины между тетраэдрами появляются пустотки, которые в низкотемпера­турном кварце обладают малыми размерами, а в высокотемператур­ных, более рыхло построенных тридимите и кристобалите, они крупнее. Поэтому α-кварц значительно плотнее — 2,65 г/см³, чем тридимит (2,30) и кристобалит (2,27), и тверже (7), чем последние (соответственно 6 и около 7). В прямой зависимости от строения на­ходятся и их оптические свойства. Чистый кварц — бесцветный ми­нерал, но может приобретать различную окраску в зависимости от содержания механических примесей. Отличается высокой твердо­стью (7), несовершенной спайностью, раковистым изломом. Как по­родообразующий минерал кварц входит в магматические, осадоч­ные и метаморфические породы. Он является химически стойким минералом и накапливается в виде мощных осадочных отложений (песка, песчаника). Повсеместное распространение кварца способст­вует широкому использованию его в стекольной промышленности, а в виде природного камня (кварцитов, песчаников) — в качестве стойкого облицовочного и конструкционного строительного мате­риала. Кварц является хорошим абразивом, а также используется как сырье для производства оптических приборов, химической по­суды и т. п. Многочисленные месторождения кварца известны на Урале, Памире, в Забайкалье, на Украине, Кавказе.

В природе часто встречается гидратированный аморфный кремнезем — опал SiO₂∙ n H₂O. Содержание воды в нем колеблется от 1 до 5% и иногда выше. В чистом виде он бесцветен, но при на­личии примесей приобретает разные оттенки, имеет стеклянный, а у пористых разновидностей матовый блеск, низкую плотность (1,9—2,5 г/см³) и среднюю твердость (5—5,5). Сравнительно легко растворяется в щелочах, например в KOH, но в кислотах не разла­гается. Условия образования его различны: осаждение из горячих растворов и гейзеров (кремнистые туфы), выветривание ультраос­новных магматических пород, коагуляция и седиментация золей кремнезема в морских бассейнах, накопление продуктов жизнедея­тельности морских организмов и т. д. Осадочными опалсодержащими породами являются трепелы, диатомиты, опоки, мергели и др., применяемые как гидравлические добавки при производстве цемента, абразивов, а также для изготовления керамических изде­лий и легких блочных материалов. Они широко распространены на Урале, в Казахстане, Среднем Поволжье, Закавказье и др.

Из группы оксидов и гидроксидов железа практическое значение имеют гематит и лимонит. Первый — кристаллический, второй — аморфный минералы. Гематит (красный железняк) α∙Fe₂О₃ содер­жит до 65—70% железа, а в сплошных гематитовых рудах обычно колеблется от 50 до 65%. Кристаллический гематит железо-черного, а аморфный — ярко-красного цвета, имеет полуметаллический блеск, высокие твердость (5,5—6), плотность (5—5,2 г/см²), неров­ный излом; хрупок. От других железистых минералов отличается по вишнево-красной черте, оставляемой на неглазурованном фарфоре. Гематит — химически стойкий минерал, образует мощные месторождения железной руды, являющейся ценным сырьем для получе­ния чугуна и стали. Порошкообразный гематит используют в каче­стве красок при отделочных строительных работах (входит в состав красного пигмента или является компонентом масляных и водных красок). Известные месторождения гематитовых руд находятся в районе Курской магнитной аномалии, на Северном Урале, на Украине.

Лимонит (бурый железняк) HFeO₃∙aqпредставляет собой слож­ный минерал, включающий гидроксиды железа и глинистые ми­нералы с различными примесями, содержащий от 10 до 14% во­ды. Сложный и переменный состав лимонита отражается на его свойствах, в том числе на твердости (изменяется в пределах 1—4), широком интервале оттенков его бурой окраски и плотности (3,3—4 г/см³). Образуется лимонит преимущественно на поверхно­сти земли при окислении и разложении железосодержащих минера­лов. Большие скопления лимонита являются месторождениями бу­рых железняков — сырья для производства чугуна и стали. Их разработка экономична при содержании в этих рудах до 35—40% железа. Крупные месторождения их известны на Керченском полу­острове, Урале.