Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Скалы Гей-Хед в Винограднике Марты почти полностью состоят из глины.

Глина - это разновидность мелкозернистого природного почвенного материала, содержащего глинистые минералы . [1] Глины приобретают пластичность во влажном состоянии из-за молекулярной пленки воды, окружающей частицы глины, но становятся твердыми, хрупкими и непластичными при сушке или обжиге . [2] [3] [4] Большинство чистых глинистых минералов имеют белый или светлый цвет, но природные глины показывают различные цвета из-за примесей, таких как красноватый или коричневатый цвет из-за небольшого количества оксида железа . [5] [6]

Глина - старейший известный керамический материал. Доисторические люди открыли полезные свойства глины и использовали ее для изготовления гончарных изделий . Некоторые из самых ранних черепков глиняной посуды были датированы примерно 14 000 г. до н.э. [7], а глиняные таблички были первым известным средством письма. [8] Глина используется во многих современных промышленных процессах, таких как производство бумаги , цемент и химическая фильтрация . От половины до двух третей населения мира все еще живут или работают в зданиях, сделанных из глины, часто обожженной в кирпич, как неотъемлемой части ее несущей конструкции.

Глина - очень распространенное вещество. Сланец , образованный в основном из глины, является наиболее распространенной осадочной породой. [9] Хотя многие природные месторождения включают ил и глину, глины отличаются от других мелкозернистых почв различиями в размере и минералогическом составе. Илы , представляющие собой мелкозернистые почвы, не содержащие глинистых минералов, обычно имеют более крупный размер частиц, чем глины. Смеси песка , ила и менее 40% глины называются суглинком . Почвы с высоким содержанием набухающих глин , которые представляют собой глинистые минералы, которые легко расширяются в объеме при поглощении воды, представляют собой серьезную проблему в гражданском строительстве . [1]

Свойства [ править ]

Определяющим механическим свойством глины является ее пластичность во влажном состоянии и ее способность затвердевать при сушке или обжиге. Глины демонстрируют широкий диапазон содержания воды, в котором они очень пластичны, от минимального содержания воды (называемого пределом пластичности), когда глина достаточно влажная для формования, до максимального содержания воды (называемого пределом текучести), когда формованная глина достаточно высохла, чтобы держать форму. [10] Предел пластичности каолинитовой глины колеблется от примерно 36% до 40%, а предел текучести колеблется от примерно 58% до 72%. [11] Высококачественная глина также является твердой, если судить по количеству механической работы, необходимой для раскатки образца глины. Его прочность отражает высокую степень внутренней сплоченности. [10]

Электронная микрофотография смектитовой глины - увеличение 23,500 ×

Глина имеет высокое содержание глинистых минералов, которые придают ей пластичность. Глинистые минералы представляют собой водные минералы из филлосиликата алюминия , состоящие из ионов алюминия и кремния, связанных в крошечные тонкие пластинки путем соединения ионов кислорода и гидроксила . Эти пластины прочные, но гибкие, и во влажной глине они сцепляются друг с другом. Полученные агрегаты придают глине сцепление, которое делает ее пластичной. [12] В каолинитовой глине связь между пластинами обеспечивается пленкой молекул воды, которые связывают водороды.пластины вместе. Связи достаточно слабые, чтобы позволить пластинам скользить мимо друг друга при формовании глины, но достаточно сильные, чтобы удерживать пластины на месте и позволять формованной глине сохранять свою форму после формования. Когда глина высыхает, большая часть молекул воды удаляется, и водород пластин связывается непосредственно друг с другом, так что высушенная глина остается жесткой, но все же хрупкой. Если еще раз смочить глину, она снова станет пластичной. Когда глина обжигается до стадии глиняной посуды , в результате реакции дегидратации из глины удаляется дополнительная вода, в результате чего глиняные пластины необратимо сцепляются друг с другом за счет более прочной ковалентной связи., который укрепляет материал. Глинистый минерал, каолин, превращается в не глинистый материал, метакаолин, который остается твердым и твердым при повторном увлажнении. Дальнейший обжиг керамогранита и фарфора приводит к дальнейшей перекристаллизации метакаолина в еще более сильные минералы, такие как муллит . [4]

Крошечный размер и пластинчатая форма частиц глины придают глинистым минералам большую площадь поверхности. В некоторых глинистых минералах пластины несут отрицательный электрический заряд, который уравновешивается окружающим слоем положительных ионов ( катионов ), таких как натрий, калий или кальций. Если глина смешана с раствором, содержащим другие катионы, они могут поменяться местами с катионами в слое вокруг частиц глины, что придает глинам высокую способность к ионному обмену . [12] Химический состав глинистых минералов, включая их способность удерживать питательные катионы, такие как калий и аммоний, важен для плодородия почвы. [13]

Глина - обычный компонент осадочной породы . Сланец образован в основном из глины и является наиболее распространенным из осадочных пород. [9] Однако большинство глинистых отложений нечисто. Многие природные месторождения включают ил и глину. Глины отличаются от других мелкозернистых почв различиями в размерах и минералогии. Илы , представляющие собой мелкозернистые почвы, не содержащие глинистых минералов, обычно имеют более крупный размер частиц, чем глины. Однако есть некоторое совпадение по размеру частиц и другим физическим свойствам. Различие между илом и глиной зависит от дисциплины. Геологи и почвоведы обычно считают, что разделение происходит при размере частиц 2мкм (глины мельче ила ), седиментологи часто используют 4–5 мкм, а коллоидные химики - 1 мкм. [2] Инженеры-геотехники различают илы и глины на основе свойств пластичности почвы, измеренных в пределах Аттерберга . Согласно ISO 14688 частицы глины имеют размер менее 2 мкм, а частицы ила - более крупные. Смеси песка , ила и менее 40% глины называются суглинком .

Некоторые глинистые минералы (например, смектит ) описываются как набухающие глинистые минералы, поскольку они обладают большой способностью впитывать воду и при этом значительно увеличиваются в объеме. После высыхания они возвращаются к своему первоначальному объему. Это создает отличительные текстуры, такие как грязевые трещины или текстура «попкорна» в глинистых отложениях. Почвы, содержащие набухающие глинистые минералы (такие как бентонит ), представляют собой серьезную проблему для гражданского строительства, поскольку разбухающая глина может разрушить фундамент зданий и разрушить дорожное полотно. [1]

Формирование [ править ]

Вырубка леса для добычи глины в Рио-де-Жанейро , Бразилия . На фотографии изображен Морро да Кованка, Жакарепагуа.

Чаще всего глинистые минералы образуются в результате длительного химического выветривания силикатсодержащих пород. Они также могут образовываться локально в результате гидротермальной деятельности. [14] Химическое выветривание происходит в основном за счет кислотного гидролиза из-за низких концентраций угольной кислоты , растворенной в дождевой воде или выделяемой корнями растений. Кислота разрывает связи между алюминием и кислородом, высвобождая ионы других металлов и кремнезем (в виде геля ортокремниевой кислоты ). [15]

Образовавшиеся глинистые минералы зависят от состава нефтематеринской породы и климата. Кислотное выветривание богатой полевым шпатом породы, такой как гранит , в теплом климате приводит к образованию каолина. Выветривание той же породы в щелочных условиях дает иллит . Смектит образуется в результате выветривания магматической породы в щелочных условиях, а гиббсит образуется в результате интенсивного выветривания других глинистых минералов. [16]

Есть два типа глинистых месторождений: первичные и вторичные. Первичные глины образуются в виде остаточных отложений в почве и остаются на месте образования. Вторичные глины - это глины, которые были перенесены из своего первоначального местоположения в результате водной эрозии и отложены в новых осадочных отложениях. [17] Вторичные глинистые отложения обычно связаны с очень низкоэнергетической средой осадконакопления, такой как большие озера и морские бассейны. [14]

Разновидности [ править ]

Основные группы глин включают каолинит , монтмориллонит - смектит и иллит . Хлорит , вермикулит , [18] тальк и пирофиллит [19] иногда также классифицируются как глинистые минералы. В этих категориях существует около 30 различных типов «чистых» глин, но большинство «естественных» глинистых отложений представляют собой смеси этих различных типов вместе с другими выветрившимися минералами. [20] Глинистые минералы в глинах легче всего идентифицировать с помощью дифракции рентгеновских лучей, а не химических или физических тестов. [21]

Варва (или ленточная глина ) - это глина с видимыми годичными слоями, которые формируются сезонным отложением этих слоев и отличаются различиями в эрозии и содержании органических веществ. Этот тип отложений распространен в бывших ледниковых озерах . Когда мелкие отложения попадают в спокойные воды этих бассейнов ледниковых озер вдали от береговой линии, они оседают на дно озера. Образовавшаяся сезонная слоистость сохраняется в равномерном распределении полосчатости глинистых отложений. [14]

Быстрая глина - это уникальный тип морской глины, обитающей в ледниковых территориях Норвегии , Канады , Северной Ирландии и Швеции . [22] Это очень чувствительная глина, склонная к разжижению , и она участвовала в нескольких смертоносных оползнях . [23]

Историческое и современное использование [ править ]

Слои глины на строительной площадке в Окленде , Новая Зеландия. Сухая глина обычно намного более стабильна, чем песок при раскопках.
Пробка для бутылок из обожженной глины, 14 век

Из глины делают керамические изделия , как утилитарные, так и декоративные, а также строительные изделия, такие как кирпич, стены и напольная плитка. Различные типы глины, при использовании с разными минералами и условиями обжига, используются для производства фаянса, керамики и фарфора. Доисторические люди открыли полезные свойства глины. Некоторые из самых ранних черепков глиняной посуды были найдены в центральном Хонсю , Япония . Они связаны с культурой Дзёмон , а извлеченные отложения датируются примерно 14 000 г. до н.э. [7] Кастрюли, предметы искусства, посуда, курительные трубки и даже музыкальные инструменты, такие как окарина. все можно вылепить из глины перед обжигом.

Глиняные таблички были первым известным письменным средством. [8] Писцы писали с помощью клинописи, используя тупую трость, называемую стилусом . В качестве пращовых боеприпасов использовались специально изготовленные глиняные шары . [24] Глина используется во многих промышленных процессах, таких как производство бумаги , цемент и химическая фильтрация . [25] Бентонитовая глина широко используется в качестве связующего вещества при производстве отливок в песчаные формы . [26] [27]

Глина, будучи относительно непроницаемой для воды, также используется там, где необходимы естественные уплотнения , например, в ядрах плотин или в качестве барьера на свалках от просачивания токсичных веществ (облицовка свалки, предпочтительно в сочетании с геотекстилем ). [28] Исследования, проведенные в начале 21 века, изучали абсорбционную способность глины в различных применениях, таких как удаление тяжелых металлов из сточных вод и очистка воздуха. [29] [30]

Медицинское использование [ править ]

Традиционное использование глины в медицине восходит к доисторическим временам. Примером может служить армянский боле , который используется для успокоения расстройства желудка. Некоторые животные, такие как попугаи и свиньи, глотают глину по аналогичным причинам. [31] Каолиновая глина и аттапульгит использовались в качестве противодиарейных лекарств. [32]

Как строительный материал [ править ]

Глиняное здание на юге Эстонии

Глина как определяющий ингредиент суглинка является одним из старейших строительных материалов на Земле , среди других древних, встречающихся в природе геологических материалов, таких как камень, и органических материалов, таких как дерево. [33] От половины до двух третей населения мира, как в традиционных обществах, так и в развитых странах, по-прежнему живут или работают в зданиях, сделанных из глины, часто обожженной в кирпич, как неотъемлемой части ее несущей способности. структура. [ необходима цитата ] Глина также является основным ингредиентом многих естественных строительных технологий, она используется для создания самана , глыбы , древесины иутрамбованные земляные конструкции и строительные элементы, такие как плетень и мазня , глиняная штукатурка, глиняная штукатурка, глиняные полы и глиняные краски и керамические строительные материалы . Глина использовалась в качестве раствора в кирпичных дымоходах и каменных стенах, защищенных от воды.

Хвосты алмазной глины на руднике Ломоносов, Северо-Запад России [34]

Прогнозируемая масса глинистых полезных ископаемых, сбрасываемых в хвосты переработки руды, составляет миллионы тонн. Вызывает тревогу тот факт, что когда макро- и микрокомпоненты обнаруживаются в неопасных концентрациях, меньше усилий прилагается к экологическому управлению хвостохранилищами, хотя техногенные отложения открывают перспективы для повторного использования и повышения ценности за пределами их традиционного захоронения. Сапонит является наглядным примером составляющей хвостов, с которой часто несправедливо обращаются. Электрохимическое разделение позволяет получать модифицированные сапонитсодержащие продукты с высокими концентрациями минералов группы смектита, меньшим размером минеральных частиц, более компактной структурой и большей площадью поверхности. Эти характеристики открывают возможности для производства высококачественной керамики и сорбентов на основе тяжелых металлов из сапонитсодержащих продуктов.[35] Кроме того, шлифование хвоста происходит во время подготовки сырья для керамики; такая переработка отходов имеет большое значение для использования глиняной пульпы в качестве нейтрализующего агента, поскольку для реакции требуются мелкие частицы. Эксперименты понейтрализации гистозоля с помощью щелочной глинистой суспензии показали, что нейтрализация со средним уровнем pH 7,1 достигается при добавлении 30% пульпы, а экспериментальный участок с многолетними травами доказал эффективность этого метода. [34]

См. Также [ править ]

  • Глинистые минералы
  • Промышленный пластилин  - материал для лепки, который в основном используется студиями автомобильного дизайна.
  • Глина анимация
  • Химия глины  - химическая структура, свойства и реакции глинистых минералов.
  • Глиняный суд
  • Панно из глины
  • Глиняный карьер
  • Геофагия  - практика поедания земли или почвенных субстратов, таких как глина или мел.
  • Грэм Кэрнс-Смит
  • Керамзитовая глина
  • Лондонская глина  - морское геологическое образование на юго-востоке Англии.
  • Пластилин для  лепки - любое из группы пластичных веществ, используемых при строительстве и лепке.
  • Бумажная глина
  • Размер частицы
  • Пластилин  - Марка пластилина
  • Вертизол  - глинистая почва, склонная к растрескиванию
  • Взаимодействие глины с водой  - различные прогрессивные взаимодействия между глинистыми минералами и водой.

Заметки [ править ]

  1. ^ a b c Olive et al. 1989 .
  2. ^ a b Guggenheim & Martin 1995 , стр. 255–256.
  3. ^ Центр научного обучения 2010 .
  4. ^ а б Брейер 2012 .
  5. ^ Klein & Харлбат 1993 , стр. 512-514.
  6. ^ Несс 2000 , стр. 252-257.
  7. ^ a b Scarre 2005 , стр. 238.
  8. ^ а б Эберт 2011 , стр. 64.
  9. ^ a b Боггс 2006 , стр. 140.
  10. ^ a b Морено-Марото и Алонсо-Азкарат 2018 .
  11. ^ Белый 1949 .
  12. ^ a b Bergaya & Lagaly 2006 , стр. 1-18.
  13. ^ Ходжес 2010 .
  14. ^ а б в Фоли 1999 .
  15. ^ Leeder 2011 , стр. 5-11.
  16. ^ Leeder 2011 , стр. 10-11.
  17. ^ Мюррей 2002 .
  18. ^ Несс 2000 , стр. 253.
  19. ^ Klein & Харлбат 1993 , стр. 514-515.
  20. ^ Klein & Харлбат 1993 , стр. 512.
  21. ^ Несс 2000 , стр. 256.
  22. ^ Ранка и др. 2004 .
  23. ^ Природные ресурсы Канады 2005 .
  24. ^ Forouzan et al. 2012 .
  25. ^ Несс 2000 , стр. 257.
  26. ^ Boylu 2011 .
  27. ^ Eisenhour & Brown 2009 .
  28. ^ Koçkar, Akgün & Актюрк 2005 .
  29. ^ Гарсиа-Санчес, Альварес-Аюсо и Родригес-Мартин 2002 .
  30. ^ Черчман и др. 2006 .
  31. Перейти ↑ Diamond 1999 .
  32. ^ Даду и др. 2015 .
  33. ^ Мрачный 2016 .
  34. ^ а б Пашкевич, М.А. Алексеенко, А.В. (2020). «Перспективы повторного использования хвостов алмазно-глинистых хвостов на руднике им. Ломоносова, Северо-Запад России» . Минералы . 10 (6): 517. doi : 10.3390 / мин 10060517 . Эта статья включает текст, доступный по лицензии CC BY 4.0 .
  35. ^ Чантурия, Вирджиния; Миненко В.Г .; Макаров, ДВ (2018). «Передовые методы извлечения сапонита из воды алмазоперерабатывающих заводов и областей применения сапонита» . Минералы . 8 (12): 549. DOI : 10,3390 / min8120549 . Эта статья включает текст, доступный по лицензии CC BY 4.0 .

Ссылки [ править ]

  • Номенклатура глинистых минералов Американский минералог .
  • Бергая, Ф .; Лагалы, Г. (2006). «Глава 1 Общее введение: глина, минералы глины и наука о глине». Разработки в области науки о глине . 1 : 1–18. DOI : 10.1016 / S1572-4352 (05) 01001-9 . ISBN 9780080441832.
  • Боггс, Сэм (2006). Основы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.). Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. ISBN 0131547283.
  • Бойлу, Феридун (1 апреля 2011 г.). «Оптимизация характеристик формовочного песка содоактивированного кальциевого бентонита». Прикладная наука о глине . 52 (1): 104–108. DOI : 10.1016 / j.clay.2011.02.005 .
  • Брейер, Стивен (июль 2012 г.). «Химия гончарного дела» (PDF) . Образование по химии : 17–20 . Проверено 8 декабря 2020 .
  • Churchman, GJ; Гейтс, WP; Theng, BKG; Юань, Г. (2006). Файза Бергая, Бенни К.Г. Тенг и Герхард Лагали (ред.). «Глава 11.1 Глины и глинистые минералы для борьбы с загрязнением». Разработки в области науки о глине . Справочник по науке о глине. Эльзевир. 1 : 625–675. DOI : 10.1016 / S1572-4352 (05) 01020-2 . ISBN 9780080441832.
  • Даду, Рамона; Ху, Мими И .; Клиленд, Чарльз; Busaidy, Naifa L .; Хабра, Мухаммед; Waguepack, Стивен Дж .; Шерман, Стивен I .; Инь, Анита; Фокс, Патрисия; Кабанильяс, Мария Э. (октябрь 2015 г.). «Эффективность натуральной глины, алюмосиликата кальция против диареи, в уменьшении диареи, связанной с медуллярным раком щитовидной железы, и ее влияния на качество жизни: пилотное исследование» . Щитовидная железа . 25 (10): 1085–1090. DOI : 10.1089 / thy.2015.0166 . PMC  4589264 . PMID  26200040 .
  • Даймонд, Джаред М. (1999). «Алмаз на геофагии» . ucla.edu . Архивировано 28 мая 2015 года.
  • Эберт, Джон Дэвид (31 августа 2011 г.). Нашествие новых медиа: цифровые технологии и мир, который они разрушают . МакФарланд. ISBN 9780786488186. Архивировано 24 декабря 2017 года.
  • Элерс, Эрнест Г. и Блатт, Харви (1982). «Петрология, магматические, осадочные и метаморфические породы» Сан-Франциско : WH Freeman and Company. ISBN 0-7167-1279-2 . 
  • Eisenhour, DD; Браун, РК (1 апреля 2009 г.). «Бентонит и его влияние на современную жизнь». Элементы . 5 (2): 83–88. DOI : 10,2113 / gselements.5.2.83 .
  • Фоли, Нора К. (сентябрь 1999 г.). «Экологические характеристики глин и месторождений глинистых минералов» . usgs.gov . Архивировано 8 декабря 2008 года.
  • Форузан, Фирозе; Гловер, Джеффри Б.; Уильямс, Фрэнк; Деокампо, Даниэль (1 декабря 2012 г.). «Портативный рентгенофлуоресцентный анализ зооморфных фигурок,« жетонов »и пули из Чогха-Гаване, Иран». Журнал археологической науки . 39 (12): 3534–3541. DOI : 10.1016 / j.jas.2012.04.010 .
  • Гарсиа-Санчес, А .; Альварес-Аюсо, Э .; Родригес-Мартин, Ф. (1 марта 2002 г.). «Сорбция As (V) некоторыми оксигидроксидами и глинистыми минералами. Применение для его иммобилизации в двух загрязненных горных почвах». Глиняные минералы . 37 (1): 187–194. Bibcode : 2002ClMin..37..187G . DOI : 10.1180 / 0009855023710027 . S2CID  101864343 .
  • Грим, Ральф (2016). «Глиняный минерал» . Британская энциклопедия . Архивировано 9 декабря 2015 года . Проверено 10 января +2016 .
  • Гуггенхайм, Стивен; Мартин, RT (1995), «Определение глины и глинистого минерала: отчет журнала комитетов по номенклатуре AIPEA и CMS», Clays and Clay Minerals , 43 (2): 255–256, Bibcode : 1995CCM .... 43. .255G , DOI : 10,1346 / CCMN.1995.0430213
  • Хиллиер С. (2003) "Глиняная минералогия". pp 139–142 В Миддлтон Г.В., Черч М.Дж., Конильо М., Харди Л.А. и Лонгстафф Ф.Дж. (редакторы) Энциклопедия отложений и осадочных пород . Kluwer Academic Publishers, Дордрехт.
  • Ходжес, SC (2010). «Основы плодородия почв» (PDF) . Расширение почвоведения, Государственный университет Северной Каролины . Проверено 8 декабря 2020 .
  • Кляйн, Корнелис; Hurlbut, Корнелиус С., младший (1993). Руководство по минералогии: (по Джеймсу Д. Дана) (21-е изд.). Нью-Йорк: Вили. ISBN 047157452X.
  • Кочкар, Мустафа К .; Акгюн, Халук; Актюрк, Озгюр (ноябрь 2005 г.). «Предварительная оценка уплотненной смеси бентонит / песок в качестве материала футеровки полигона (Аннотация)]» . Кафедра инженерной геологии, Ближневосточный технический университет , Анкара , Турция . Архивировано из оригинала 4 декабря 2008 года.
  • Лидер, MR (2011). Седиментология и осадочные бассейны: от турбулентности к тектонике (2-е изд.). Чичестер, Западный Сассекс, Великобритания: Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-40517783-2.
  • Морено-Марото, Хосе Мануэль; Алонсо-Азкарат, Хасинто (сентябрь 2018 г.). «Что такое глина? Новое определение« глина », основанное на пластичности и ее влиянии на наиболее распространенные системы классификации почв». Прикладная наука о глине . 161 : 57–63. DOI : 10.1016 / j.clay.2018.04.011 .
  • Мюррей, Х. (2002). «Практический пример промышленных глин» (PDF) . Горное дело, полезные ископаемые и устойчивое развитие . 64 : 1–9 . Проверено 8 декабря 2020 .
  • «Оползни» . Географический пейзаж Оттава-Гатино . Природные ресурсы Канады . 7 марта 2005 года Архивировано из оригинала 24 октября 2005 года . Проверено 21 июля +2016 .
  • Нессе, Уильям Д. (2000). Введение в минералогию . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780195106916.
  • Olive, WW; Chleborad, AF; Фрам, CW; Шлокер, Юлий; Шнайдер, Р.Р .; Шустер, Р.Л. (1989). «Карта набухающих глин на границе Соединенных Штатов» . Карта серии «Разные исследования» Геологической службы США . I-1940 . Проверено 8 декабря 2020 .
  • Ранка, Карин; Андерссон-Скёльд, Ивонн; Хюльтен, Карина; Ларссон, Рольф; Леру, Вирджиния; Далин, Торлейф (2004). «Быстрая глина в Швеции» (PDF) . Отчет № 65 . Шведский геотехнический институт. Архивировано из оригинального (PDF) 4 апреля 2005 года . Проверено 20 апреля 2005 года .
  • Скар, К. (2005). Человеческое прошлое . Лондон: Темза и Гудзон. ISBN 0500290636.
  • «Что такое глина» . Центр научного обучения . Университет Вайкато . Архивировано 3 января 2016 года . Проверено 10 января +2016 .
  • Уайт, Вашингтон (1949). «Пределы пластичности Аттерберга глинистых минералов» (PDF) . Американский минералог: журнал материалов о Земле и планетах . 34 (7–8): 508–512 . Проверено 7 декабря 2020 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Группа Clay Minerals Минералогического общества
  • Информация о глинах, используемых в гончарной промышленности Великобритании
  • Общество минералов глины
  • Органическое вещество в глинах