Физико-химические свойства мела
В сегодняшней статье мы решили собрать для вас много полезной, а для кого-то и новой информации о физических и химических свойствах мела, многочисленных сферах его применения и интересных фактах связанных с этим уникальным минералом.
Принято считать, или как любят говорить многочисленные историковеды – бытует мнение, что мел появился благодаря богатому растительному миру, большей частью подводному. Ранние исследования доказали, что в составе мела, преимущественно, содержались образования водорослей и мелкодисперсных соединений. Так ли это на самом деле, или формула мела немного сложнее и включает в себя не только морскую флору? Давайте разберемся! Википедия рассказывает нам о том, что около 90 млн. лет назад в Северной Европе, в нижней области великого моря накапливался ил и что на этом «морском мусоре» жили простейшие организмы – фораминиферы, чьи частицы включали в себя кальцит, извлеченный из воды. Также принято считать, что в одноименный период появилась меловая группа стратиграфического европейского подразделения из которой были образованны Белые скалы в графстве Кент и склоны в другой части пролива Дувра. И вот как раз из них и были образованны останки, которые в будущем станут основой мела. Сложновато, не правда ли? Мы решили упростить для вас задачу и выделили основные составляющие породы:
— до 10% скелетных обломков, среди которых частицы простейших и многоклеточных организмов.
— до 10% раковин фораминифер.
— до 40% фрагментов известковых образований водорослей.
— до 50% кристаллического мелкодисперсного кальцита.
— до 3% нерастворимых минералов.
В дополнение можно отметить, что именно останки моллюсков, скапливавшихся в донных отложениях, превратились в мел, в том составе в котором мы его знаем сегодня. А вот с кристаллическим мелкодисперсным кальцитом все намного сложнее, поскольку практически невозможно установить биологическую принадлежность элементов из-за слишком маленького размера частиц. И также, вразрез теории образования мела, как породы, выступает факт наличия в его составе нерастворимых минералов в столь маленьком объеме, которые, в основном, представлены силикатами. Ведь нерастворимые минералы – это и есть геологический мусор состоящий из обломков разных пород и песка, который попал в отложения мела благодаря течению и ветрам.
Прочность и влажность мела
Многочисленные инженерно-геологические исследования выявили, что мел является жесткой полускальной породой, а также что его прочность во многом определяется влажностью. Ученые заключили, что в воздушно-сухом состоянии временное сопротивление при сжатии меняется от 1000 до 45 000 кН/м2. При показателях модуля упругости сухой породы — от 3 тыс. МПа (для рыхлого состояния) до 10 тыс. МПа (для плотного). Величина угла внутреннего трения — 24-30 градусов, при всестороннем сжатии сцепление достигает 700-800 кН/м2. Но при воздействии воды физические свойства мела начинают кардинально изменяться. И в частности эти изменения затрагивают область показателя прочности. Удивительным является то, что изменения происходят уже при 1-2% влажности. При достижении показателя 25-35% в 2-3 раза увеличивается прочность на сжатие. И также вместе с этими изменениями проявляются и другие физические свойства мела. Например, порода становится пластичной, что существенно осложняет процесс переработки. В ходе добычи мел приобретает вязкость, налипая на элементы машин, конвейерного и грузового оборудования. Также зачастую измененные свойства мела препятствуют его добыче с нижних горизонтов, которые считаются самыми качественными.
Отдельно стоит выделить нюансы морозостойкости породы. Под влиянием пониженных температур и размораживания мел имеет свойства распадаться на частицы величиной до 1-2 мм, что в ряде случаев является полезным свойством породы. Например, при использовании в качестве мелиоранта для раскислении почвы. И несмотря на заявленную норму до 0,25 мм, многие добавляют в грунт дробленую породу до 10 мм. Это обусловлено тем, что при замораживании-размораживании с перепахиванием почвы кусочки разрушаются самостоятельно, сохраняя действие нейтрализации продолжительное время.
Мел можно разделить на множество составляющих, о чем мы рассказывали ранее, но порода, преимущественно, включает в себя две основные составляющие, которые выступают в качестве критериев классификации – это карбонатная и некарбонатная части. И говоря о химических свойствах мела важно выделить их существенные отличия. Так, например, карбонатная легко растворяется в уксусной и соляной кислотах и состоит, преимущественно, из карбоната кальция. А в некарбонатной части присутствуют окислы металлов, кварцевый песок, мергели, глины, что делает ее более сложной с точки зрения химических реакций и дальнейшего внешнего воздействия при обработке. Также стоит отметить, что кристаллические частицы магнезиального кальцита, сидерита и доломита образованы карбонатами магния, которые в незначительном количестве также включены в мел.
На начальных этапах добычи мела считалось, что его химические и механические свойства одинаковы на всем месторождении. Однако, дальнейшая практика доказала, что при продолжительной эксплуатации района добычи выявляются значительные различия по этим характеристикам. Из-за чего в последствии на некоторых месторождениях стали выполнять геолого-технологическое картирование, разделяя участки добычи по показателям кальцита и арагонита. Впоследствии к требованиям, предъявляемым к продукции из мела, помимо доли карбонатов, появился еще один, немаловажный пункт – его крупность, или тонина помола. Она выражается в остатке на ситах определенного размера или в процентном содержании частиц заданной величины. С развитием технологических мощностей и производственных линий по изготовлению лакокрасочной продукции, резинотехнических изделий, изделий из пластмасс, полимерной и бумажной продукции, для которых в качестве сырья используют мел, спровоцировало резкий дисбаланс между его выпуском и потреблением. Особенно отчетливо это проявилось в бумажной промышленности где к качеству мела предъявляются особые требования, поскольку он заменил каолин. И если говорить о свойствах мела в данной отрасли, то безусловно стоит упомянуть о высокой дисперсность карбоната кальция в измельченном виде. Именно этот показатель влияет на оптические и печатные характеристики, пористость и гладкость продукции. Также за счет присутствия мела понижается абразивность изделий.
На сегодняшний день мел находится на первом месте среди всех наполнителей, применяемых в промышленности. В первую очередь это связано с экономической выгодой использования этого сырья, поскольку мел имеет сравнительно небольшую стоимость. Второй причиной популярности сырья в отрасли выступает его технологическая целесообразность, поскольку мел существенно упрощает производственные процессы. И конечно же не стоит забывать о широком применении мела в строительстве и сельском хозяйстве, как основном компоненте.
Источник
Мел, состав, происхождение, виды и применение
Мел – это разновидность известняка, осадочная горная порода органического (зоогенного) происхождения, состоящая из скрытокристаллического кальцита.
Мел, свойства, состав и происхождение:
Мел – это разновидность известняка, осадочная горная порода органического (зоогенного) происхождения, состоящая из скрытокристаллического кальцита.
Мел представляет собой разновидность слабоцементированной мажущейся тонкозернистой карбонатной породы, состоящей в основном из карбоната кальция природного происхождения или полученного искусственным путем.
Мел – это горная порода, в основном, белого цвета. Иногда встречается мел желтоватого белого или кремового цвета, что обусловлено наличием в его составе различных примесей (глины и пр.).
Мел – очень мягкий и рассыпчатый материал. Твердость мела по шкале Мооса составляет 1. Его твердость аналогична с твердостью другой горной породой – тальком. Мел и тальк легко чертятся ногтём.
Плотность мела составляет от 1,4 до 2,3 г/см 3 . Естественная влажность 19-33 %.
Мел обладает большей устойчивостью к выветриванию и осыпанию, чем глины, с которыми он обычно ассоциируется, образуя, таким образом, высокие, крутые скалы, где меловые хребты встречаются с морем .
Основу химического состава мела составляет карбонат кальция CaCO3 с небольшим количеством карбоната магния MgCO3, но обычно присутствует и некарбонатная часть, в основном оксиды металлов . В меле обычно находится незначительная примесь мельчайших зёрен кварца и микроскопические псевдоморфозы кальцита по ископаемым морским организмам (радиолярии и др.). Нередко встречаются крупные окаменелости мелового периода: белемниты, аммониты и др.
В минеральном составе мела доминирует кальцит, который может быть как биогенного, так и аутогенного происхождения. Мел до 75 % образован органическими остатками – скелетными оболочками планктонных водорослей-кокколитофоридов, а также скелетными оболочками (раковинами) микроскопических моллюсков фораминифер. Размер скелетных остатков составляет 5-10 мкм. Они хорошо различимы под микроскопом. Изредка встречаются и более крупные образования – окаменелости мелового периода. Из других минералов (до 5 %) в незначительных количествах в меле присутствуют: кварц, полевые шпаты, глины , опал, халцедон, пирит и др.
Мел состоит из скелетов крохотных живых существ, которые десятки миллионов лет назад при жизни поглощали из воды древних морей соли кальция и углекислый газ как сырьё для строительства маленьких оболочек вокруг своих тел. По мере того как они умирали, в меловом периоде мезозойской эры происходило накопление меловых отложений, которые в конечном итоге образовали горную породу. Меловой период – это последний период мезозойской эры и самый продолжительный из периодов мезозойской эры: начался 145,0 миллионов лет назад, закончился 66,0 миллионов лет назад, таким образом, продолжался около 79 миллионов лет. Название мелового периода произошло от мела.
Наиболее значительная полоса отложений мела залегает в Европе – от реки Эмба в Западном Казахстане до Великобритании (включительно), и частично в Азии – в Сирии и Ливийской пустыне. Мощность пластов мела достигает нескольких сотен метров.
Мел добывают из меловых месторождений как надземных, так и подземных.
Виды, марки и сорта мела:
В зависимости от способа производства и области преимущественного применения мел подразделяют на виды, марки и сорта (согласно ГОСТ 17498-72 Мел. Виды, марки и основные технические требования).
| Вид | Марка | Способ производства | Сорт | Область преимущественного применения |
| Природный | МК1 | Комовый | 1 | В строительстве и для ремонта зданий и сооружений, для производства извести, в стекольной, керамической и других отраслях промышленности |
| То же | МК2 | То же | 2 | “ |
| “ | МК3 | “ | 3 | “ |
| “ | ММ1 | Молотый | 1 | То же, кроме производства извести |
| “ | ММ2 | То же | 2 | “ |
| “ | ММ3 | “ | 3 | “ |
| “ | ММИП1 | “ | 1 | В сельском хозяйстве для известкования кислых почв |
| “ | ММИП2 | “ | 2 | “ |
| “ | ММЖП | “ | – | В сельском хозяйстве для подкормки животных и птиц |
| “ | ММПК | “ | – | В сельском хозяйстве и для производства комбикормов |
| “ | ММС1 | Молотый сепарированный | 1 | В кабельной, лакокрасочной и других отраслях промышленности |
| “ | ММС2 | То же | 2 | В полимерной и других отраслях промышленности |
| “ | ММСГ1 | Молотый сепарированный гидрофобизированный | 1 | В кабельной, резиновой, лакокрасочной и полимерной промышленности |
| “ | ММСГ2 | То же | 2 | То же, кроме кабельной |
| “ | ММО | Молотый обогащенный | – | В кабельной, резиновой, лакокрасочной и других отраслях промышленности |
| Химически осажденный | МХО1 | Химически осажденный | 1 | В парфюмерной, косметической, резиновой, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности |
| То же | МХО2 | То же | 2 | “ |
| “ | МХО3 | “ | 3 | “ |
Примечание. В обозначениях марок мела буквы означают: МК – мел комовый, ММ – мел молотый, ИП – известкование почв, ЖП – животные и птицы, ПК – производство комбикормов, С – сепарированный, СГ – сепарированный гидрофобизированный, О – обогащенный, ХО – химически осажденный.
Применение и использование мела:
Мел используется в быту и различных отраслях народного хозяйства:
– в строительстве и для ремонта зданий и сооружений – для побелки, окраски заборов, стен, бордюров и пр.,
– для защиты стволов деревьев,
– в сельском хозяйстве для известкования кислых почв ,
– как необходимый компонент мелованной бумаги, используемой в полиграфии для печати качественных иллюстрированных изданий,
– для письма на больших (школьных и пр.) досках для общего обозрения,
– в фармацевтике в лекарственных препаратах как вспомогательное вещество (наполнитель),
– в животноводстве как кормовая добавка, обеспечивающая необходимое количество кальция в рационе птиц и скота,
– в качестве дисперсного наполнителя для полимерных композиций (полипропилена, полиэтилена и пр.), резины, керамики и пр.,
– при производстве строительных материалов – извести, портландцемента, стекла и пр.,
– в пищевой промышленности – для очистки свекловичного сока,
– в парфюмерии и косметике – в качестве наполнителя,
Источник