Химический состав базальтов

Средний химический состав базальта по P. Дэли (%): SiO₂ - 49,06; TiO₂ - 1,36; Аl₂O₃ - 15,70; Fe₂O₃ - 5,38; FeO - 6,37; MgO - 6,17; CaO - 8,95; Na₂O - 3,11; K₂O - 1,52; MnO - 0,31; P2O5 - 0,45; H₂O - 1,62. Cодержание SiO₂ в базальте колеблется от 44 до 53,5%. По химическому и минеральному составу выделяют оливиновые ненасыщенные кремнезёмом (SiO₂ около 45%) базальты и безоливиновые или c незначительным содержанием оливина слабо пресыщенные кремнезёмом (SiO₂ около 50%) толеитовые базальты.

Физико-механические свойства базальта весьма различны, что объясняется разной пористостью. Базальтовые магмы, обладая низкой вязкостью, легко подвижны и характеризуются разнообразием форм залегания (покровы, потоки, дайки, пластовые залежи). Для базальта характерна столбчатая, реже шаровидная отдельность. Оливиновые базальты известны на дне океанов, океанических островах (Гавайи) и широко развиты в складчатых поясах. Толеитовые базальты занимают обширные площади на платформах (трапповые формации Сибири, Южной Америки, Индии). C породами трапповой формации связаны месторождения руд железа, никеля, платины, исландского шпата (Сибирь). B миндалекаменных базальтовых порфиритах района Верхнего озера в США известно месторождение самородной меди.

Плотность базальта 2520-2970 кг/м³. Коэффициент пористости 0,6-19%, водопоглощение 0,15-10,2%, сопротивление сжатию 60-400 Мпа, истираемость 1-20 кг/м², температура плавления 1100-1250°C, иногда до 1450°C, удельная теплоёмкость 0,84 Дж/кг•К при 0°C, модуль Юнга (6,2-11,3)•10⁴ Мпa, модуль сдвига (2,75-3,46)•10⁴ Мпa, коэффициент Пуассона 0,20-0,25. Высокая прочность базальта и относительно низкая температура плавления обусловили применение его в качестве строительного камня и сырья для Каменного литья и минеральной ваты. Базальт широко используется для получения щебня, дорожного (бортового и брусчатки) и облицовочного камней, кислотоупорного и щелочестойкого материала. Требования промышленности к качеству базальта как сырью для щебня такие же, как и к другим изверженным породам. Для производства минеральной ваты базальт используется обычно в шихтовке. Установлено, что температура плавления сырья не должна превышать 1500°C, a химический состав расплава регламентируется следующими пределами (%): SiO₂ - 34-45, Al₂O₃ - 12-18, FeO до 10, CaO - 22-30, MgO - 8-14, MnO - 1-3. Камнелитейные материалы из базальта обладают большой химической стойкостью, твёрдостью и сопротивлением к истиранию, высокой диэлектричностью и используются в виде плит для полов и облицовки, футеровки трубопроводов, циклонов, a также в качестве различных изоляторов.

Физико-механические свойства базальтов и андезито-базальтов весьма разнородны. Это объясняется разнообразием минерального состава, структуры и текстуры пород. Так, базальты микрокристаллической структуры имеют удельный вес до 3,3 Т/м3, объемный вес до 3,0 Т/м3, временное сопротивление сжатию до 5000 кГ/см2, тогда как в пористых базальтах величина прочности на сжатие может быть менее 200 кГ/см2. Древние палеотипные эффузивные породы также характеризуются большой изменчивостью прочностных и деформационных свойств, но в общем имеют более высокие значения этих показателей. Объясняется это раскристаллизацией вулканического стекла, заполнением пор вторичными минералами и другими постмагматическими преобразованиями излившихся пород. Интересные данные о связи прочности андезито-базальтов с их составом, структурой и пористостью приводит Н. В. Овсянников, по которым видно, что прочность андезито-базальтов существенно зависит от минералогического состава.

Наибольшей прочностью обладают оливиновые разности, а наименьшей — авгитовые. Не менее важна и структура породы. Андезито-базальты одинакового состава с витрофировой структурой основной массы имеют значительно меньшую прочность, чем породы с интерсертальной структурой. Исследования В. М. Ладыгина и Л. В. Шаумян позволили установить, что базальты различного петрохимического состава и разной структуры имеют разные физико-механические свойства. Наиболее прочными являются массивные неизмененные порфировые базальты с микродиабазовой и микродолеритовой структурой. Прочность их в среднем составляет 2000 кГ/см2, достигая в отдельных случаях 2800 кГ/см2 при объемном весе 2,80 Г/см3. Динамический модуль упругости пород в массиве в среднем равен 690•103 кГ/см2. В миндалекаменных базальтах влияние структурных и минералогических особенностей породы нивелируется наличием миндалин, содержание которых достигает 15—30%. Для них характерны относительно низкие значения прочности (1200 кГ/см2), модуля упругости (480•103 кГ/см2) и объемного веса (2,66 Г/см3). Установлено, что увеличение содержания денитрифицированного стекла до 10—15% снижает прочность базальтов на 10—20%, такое же влияние оказывает и присутствие миндалин в количестве 10—20%. У выветренных разностей пород прочность резко снижается. Степень выветрелости базальтовых пород и мощность коры выветривания в общем случае зависят от их возраста и климатических условий.

Базальт - аналог габбро - самая распространенная излившаяся порода; в зависимости от условий образования имеет стекловатую или скрытнокристаллическую структуру. Цвет базальта - темно-серый до черного. По физико-механическим показателям базальт аналогичен габбро, а по прочности даже превосходит его (Лсж достигает 500 МПа). Базальты очень твердые, но хрупкие породы, что затрудняет их обработку.

Применение базальта

Практическое применение базальта строительные материалы, изготовленные из этого камня, широко используются в строительстве, поскольку им присущи: устойчивость к истиранию, к влиянию щелочей и кислот, отличные показатели теплоизоляции и шумопоглощения, прочность, термоустойчивость и огнеупорность, высокая диэлектричность, долговечность, паропроницаемость и, что не менее важно, экологичность.

Данный минерал используют в качестве строительного камня, для производства минеральной ваты, наполнителя для бетона и каменного литья. Из него также делают дорожные и облицовочные камни, получают щебень и кислотоупорный порошок. Облицовочные плиты на данный момент одновременно с декоративной целью выполняют функцию изоляторов. Благодаря устойчивости к атмосферным воздействиям, базальт хорошо подходит для отделки внешней части строений, а также для отливания уличных скульптур.

Производство базальта и продукции на его основе чаще всего производство базальта – это горнодобывающая отрасль. В специальных карьерах и рудниках добывается камень, на основе которого в последствии производится разная продукция. В виде базальтового волокна этот минерал применяется для утепления зданий и крыш, в трехслойных панелях-сэндвичах, изоляции низкотемпературных агрегатов оборудования при извлечении азота и создании кислородных колонн, для тепло- и звукоизоляции трубопроводов, плит, каминов и других жаровен, энергетических агрегатов и в целом зданий и сооружений любого назначения. Базальт в расплавленном виде применяется для создания ступеней лестниц, фасонных плиток и других строительных материалов. Из него отливают аппараты произвольных форм, среди которых подставки для аккумуляторов, а также изоляторы для сетей с напряжением различной величины. Порошок из такого материала используется для производства прессованных армированных изделий.

Распространенные виды базальта отличаются друг от друга различными показателями, в первую очередь, такими как цвет и структура. Самой известной торговой маркой является разновидность под наименованием «Базальтина». Это материал итальянского происхождения, который добывают недалеко от столицы этой страны и используют в основном в архитектурных целях ещё со времён Древнего Рима. Его прочность сравнима с прочностью гранита, а декоративные качества с декоративными качествами известняка. Камень после укладки долго сохраняет насыщенность цветовой палитры. Поэтому его стоимость нередко превышает цену иных торговых марок более в чем в два раза.

Другая разновидность – азиатская. Её отличает тёмно-серая окраска и умеренная цена. Его широко используют в дизайнерских и архитектурных целях.

Мавританский зелёный базальт имеет насыщенный тёмно-зелёный оттенок, с присутствующими в нем различными вкраплениями, которые придают камню оригинальный внешний вид при сохранении всех физико-механических характеристик. Только критерии твёрдости и морозостойкости несколько ниже.

Сумеречный базальт привозят из Китая. Он имеет дымчато-серый или чёрный цвет. Его признают самым крепким и износо- и морозостойким среди всех разновидностей данного минерала. Он хорошо защищён от негативного атмосферного воздействия.

Самые известные изделия из базальта: утеплители на базальтовой основе, базальтовая плитка отделочная, базальтовые дымоходы для каминов и печей.

Графики

Рис.8 Лунный базальт: диаграмма

"Температура Дебая химического элемента (Q) - Коэффициент концентрации (K_k)"

Рис.9 Лунный базальт: диаграмма

"Температура Дебая химического элемента (Q) - Содержание химического элемента (С)"

Рис.10 Базальт: диаграмма
"Масса атома химического элемента (М) - Содержание химического элемента (С)"

Рис.11 Лунный базальт: диаграмма

"Масса атома химического элемента (М) - Коэффициент концентрации (K_k)"

Рис.12 Лунный базальт: диаграмма

"Расстояние до инертного газа химического элемента (е) - Коэффициент концентрации (K_k)"

Рис.13 Лунный базальт: диаграмма
"Расстояние до инертного газа химического элемента (е) - Содержание химического элемента (С)"

Приложение А

Приложение Б

ЛИТЕРАТУРА

1. Бондаренко C.В. Геохимические особенности кварцитов нижнего протерозоя в центральной части Южно-Печенгская зоны./ C.В. Бондаренко, В.А. Шатров, В.И. Сиротин // Геология и геоэкология: исследования молодых. Материалы XVI конференции молодых ученых, посвященной памяти чл.-кор. К.О. Кратца. Под ред. акад. РАН Митрофанова Ф.П – Апатиты, 2005. – 426 с.

2. Гумиров Ш.Ш. Моделирование процесса твердофазной диффузии. /Сбор.тез. участ. 15 Росс. конф. «Юность, наука, культура».- Обнинск: ДНТО Интеллект будущего, 2000.- с.112-113.

3. Гумиров Ш.В. Участие импульса атома в биохимии, углефикации, минерагенезе. / Ш.В. Гумиров – Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов : сб. науч. статей / Сиб. гос. индустр. ун-т; под общей ред. В.Н.Фрянова. – Новокузнецк, 2014.– с. 345-355.

4. Гумиров Ш.В. Моделирование твердофазной диффузии элементов для объяснения их дифференциации в литосфере и рудогенеза. – Естественные и технические науки, №1, 2008. – с. 183-188.

5. Гумиров Ш.В. Основы теории адаптации неживых объектов и адаптивный анализ в геологии. /Ш.В. Гумиров - Новокузнецк, СМИ, 1993. - 409 с.

6. Гумиров Ш.В. Моделирование процесса твердофазной диффузии химических элементов для объяснения их дифференциации в литосфере. / Ш.В.Гумиров, Ш.Ш. Гумиров // Вестник РАЕН (Западно-Сибирское отделение) Выпуск 5. Кемерово, 2002 г.- С. 273-282.

7. Конилов А.Н. Петрология «Замороженных жил» в эклогитах Беломорской провинции на Кольском полуострове. / А.Н. Конилов, А.А. Щипанский. // Физико-химические факторы петро- и рудогенеза: новые рубежи. Мат. конф. посв. 110-лет. Д.С. Коржинского. - М., 2009.- с. 198-203.

8. Лазько Е.М. Термобарогеохимия и прогнозирование постмагматического оруденения. / Е.М. Лазько и др. // Термобарохимические исследования процессов минералообразования. - Новосибирск: Наука, 1988. - С. 136 - 149.

9. Медведев В.Я. Влияние шоковой декомпрессии на распределение LIL - и HFS-элементов в пиропах из кимберлитов. / В.Я. Медведев, К.Н. Егоров, Л.А. Иванова // Физико-химические факторы петро- и рудогенеза: новые рубежи. Мат. конф. посв. 110-лет. Д.С. Коржинского. - М., 2009.- с. 269-271.

10. Овчинников Л.Н. Образование рудных месторождений. / Л.Н. Овчинников - М.: Недра, 1988. - 255 с.

11. Рундквист Д.В. Общие принципы построения геолого - генетических моделей рудных формаций. Т.1. / Д.В. Рундквист - Новосибирск: Наука, 1983. - С. 14 - 26.

12. Anand М. Petrology and geochemistry of LaPaz Icefield 02205:A new unique low-Ti mare-basalt meteorite. / M. Anand, Lawrence A. Taylor, Christine Floss, Clive R. Neal, Kentaro Terada, Shiho Tanikawa.