Как искать месторождения глин

Предисловие

Выявление новых запасов полезных ископаемых — важнейшая народнохозяйственная задача в любой стране. Эту задачу на заре социализма в России пытались решать не только силами специалистов-геологов, но и широкими слоями населения. Большая и почетная роль в ее решении принадлежала молодежи — комсомольцам, школьникам, молодым рабочим и колхозникам. И такой вклад был ими сделан.

Сейчас просторы нашей огромной планеты все еще таят в себе массу неразведанных полезных ископаемых, минералов. Их поиск не только может принести пользу, но и доставить удовольствие, а знания в этой сфере позволят расширить кругозор, побольше узнать об увлекательном мире минералов своей Родины, Земли.

Поиски и разведка полезных ископаемых — это не только важное, но и увлекательное дело. В самом деле, что может быть интересней и увлекательней организованных летних походов по родному краю с целью изучения и выявления его природных минеральных богатств?! Эти богатства заключаются не только в залежах золота, алмазов и иных подобных ценнейших полезных ископаемых. Минеральные богатства могут заключаться, например, и в самых обычных, знакомых всем глинах.

Глины (см. горная порода глины)

Глины — важные и необходимые для многих отраслей народного хозяйства полезные ископаемые. Например, разновидность глин — каолин служит основным сырьем для фарфорово-фаянсоввй и бумажной промышленности. Для изготовления огнеупорных изделий используются «огнеупорные глины. Формовочные глины применяются в литейном производстве. Кирпичные глины служат   основным   сырьем   для   кирпичного   производства. Грандиозное промышленное и жилищное строительство требует для производства кирпича огромных количеств кирпичных глин.

Этот рассказ о глине содержит указания юным разведчикам недр и взрослым искателям добрых приключений —  о значении различных видов глин для нашего народного хозяйства и о наиболее простых способах поисков их месторождений.

Что такое глина?

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.

Геологическая наука с достоверностью установила, что 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.

Как образуется глина

Чтобы уяснить себе происхождение глин, надо хотя бы кратко остановиться на вопросе о происхождении горных пород вообще. Земная кора состоит из горных пород, образовавшихся в разное время и в различных условиях. Первичными являются «магматические» породы (глубинные и излившиеся), представляющие собой застывшую магму.

Магмой называется находящаяся внутри земли расплавленная масса минеральных веществ. Она может застывать вблизи поверхности, не прорывая земной коры; в полостях с пониженным давлением, образуя глубинные породы (гранит, аплит, габбро и др.), а также выходить на поверхность в виде лавы, как это бывает при извержении вулканов. В последнем случае магматические породы называются излившимися (диабазы, базальты, трахит и др.).

В период своей долгой геологической жизни эти первичные породы подвергаются воздействию многообразных сил природы, которые перерабатывают их в новые породы, резко отличающиеся от материнских. Если такая переработка происходит на поверхности земли или "в непосредственной близости от нее, возникают новые породы—осадочные (пески, глины, известняки, гипс и др.). Если они перерабатываются в глубинных частях земных недр при высоких температурах и больших давлениях, образуются метаморфические породы (гнейсы, сланцы, кварциты и др.).

Материалом для образования осадочных пород могут служить не только магматические, но и метаморфические породы, если они почему-либо выступают на поверхность. В то же время и метаморфические породы могут возникать из осадочных, если последние оказываются погребенными на большую глубину и находятся под давлением вышележащих пород. Эти три типа пород — магматические, осадочные и метаморфические — и образуют всю твердую оболочку нашей Земли — ее литосферу.

Глины относятся к осадочным породам. Образование глин, как и других осадочных пород, связано с двумя процессами: химическим разложением исходных (материнских) пород и физическим их разрушением. В природе эти процессы происходят не обособленно, а совместно. Силы, разрушающие твердые породы и превращающие их в рыхлые осадочные породы, объединяются под общим геологическим названием «выветривание».

Различают три вида выветривания: физическое, химическое и органическое. Физическим выветриванием называется механическое разрушение (дробление) горных пород без изменений их химического и минерального состава.

Тепло и холод являются основными силами физического выветривания. Как известно, солнце посылает на землю колоссальную тепловую энергию. Днем солнечные лучи нагревают поверхность земли, ночью она остывает. Колебание между дневной и ночной температурой в некоторых местах земного шара достигает 40—50°. Смена температуры ведет к растрескиванию горных пород и к постепенному их разрушению, чему способствуют вода и ветер. Проникая в трещины и замерзая в них, вода действует, как клин, — откалывает огромные глыбы камня, которые скатываются к подножию гор и образуют вокруг них огромные осыпи. Крупные обломки под действием тех же сил — температуры, воды и ветра — подвергаются дальнейшему разрушению, обращаясь в конце концов в мельчайший песок и тончайшую пыль, сносимые водой в морские бассейны.

Химическое выветривание заключается в разложении горных пород с образованием новых химических и минеральных веществ. Интенсивность процесса химического выветривания находится в прямой зависимости не только от минерального состава разлагающейся породы и внешних условий, но и от степени ее механического разрушения. Химические реакции протекают быстрее, легче и полнее при малом размере частиц. Наряду с этим химическое разложение само ускоряет процесс механического разрушения.

Химическое выветривание вызывают газы (и прежде всего атмосферный воздух), вода и растворенные в ней соли. Проникая по трещинам в горные породы, вода, насыщенная кислородом, углекислотой и другими веществами, разлагает встречающиеся ей по пути минералы, растворяет и уносит одни химические элементы и отлагает в породах другие.

Органическим выветриванием называют разрушение горных пород в результате жизнедеятельности растений и животных организмов. Проникая своими корнями в трещины, растения раскалывают горные породы на части. Одновременно корни растений, выделяя кислоты, а при гниении и углекислый газ, разрушают породы и химически. Огромные колонии микроорганизмов, покрывающие поверхность скал в виде лишайников, а также неисчислимое множество бактерий, населяющих почву и дно водоемов, в свою очередь неустанно разрушают и видоизменяют горные породы.

Таким образом, на поверхности земли и вблизи ее происходят чрезвычайно сложные и длительные процессы переработки одних минералов в другие. Именно в результате указанных процессов разрушения первичных твердых пород и переработки минералов происходит образование глин.

Из «глинистых» минералов наиболее изучен каолинит. Он представляет собой соединение окиси кремния, окиси алюминия и воды. Кристаллы его при рассмотрении под микроскопом имеют форму мелких пластинок или чешуек. Каолинит образуется в результате поверхностного химического выветривания в кислой среде как магматических, так и метаморфических и осадочных - пород, содержащих  преимущественно слюду и полевой шпат. Особенно чистые каолиновые глины образуются при химическом выветривании гранитов, пегматитов, аплитов и др. Каолинитом сложены глины очень ценной белой разновидности — каолин и некоторые огнеупорные глины.

Другим глинистым минералом является галлуазит. По химическому составу он близок к каолиниту, но содержит несколько больше воды. Кристаллы его при рассмотрении под микроскопом имеют форму иголок. В нем часто наблюдается примесь "железа. Он образуется преимущественно в условиях щелочной и нейтральной среды. Исходными горными породами обычно служат габбро, диабазы и др.

К глинистым минералам относятся, далее, гидрослюды. По форме они похожи на слюду, по химическому же составу отличаются от нее большим содержанием воды и меньшим количеством щелочей.

Наконец, типичным минералом глин является монтмориллонит, очень распространенный минерал почв и многих морских глин. Особенно чистые монтмориллонитовые глины, используемые в нефтяной промышленности (для очистки нефти), образуются в результате химического разложения продуктов вулканической деятельности: пеплов, лав, туфов и т.п. При рассмотрении под микроскопом этот минерал оказывается сложенным чрезвычайно мелкими чешуйками, листочками и волокнистыми выделениями. Особенностью его является способность сильно «разбухать» под действием воды.

В зависимости от способов образования характер и форма залегания глин бывают различными.

Месторождения глин, образовавшиеся в основном вследствие химического выветривания («остаточные» месторождения), имеют обычно плащеобразную форму залегания, отличаются большой мощностью (до 100 м и более) и распространяются на значительные территории.

Каолинит — наиболее характерный минерал для этих месторождений. Он слагает от 10—20 до 100% таких «остаточных» месторождений. Месторождения глин, возникшие в результате размыва, переноса и вторичного отложения глинистых частиц остаточных месторождений, характеризуются ярко выраженной слоистостью, относительно небольшой мощностью и пестротой химического состава отдельных слоев. Площадь распространения этих месторождений может колебаться в широких пределах.

Свойства глин

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:

• способность"в смеси с водой образовывать тонкие «взвеси»  (мутные лужи)  и вязкое тесто;
• способность набухать в воде;
• пластичность глиняного теста, т. е. способность его принимать и сохранять любую форму в сыром виде;
• способность сохранять эту форму и после "высыхания с уменьшением объема;
• клейкость;
• связующая способность;
• 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 СССР 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 глин

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.

К наиболее редко встречающимся глинам относятся прежде всего высокосортные бентонитовые глины и все разновидности белых глин — каолины, фарфоровые, фаянсовые, огнеупорные, формовочные и кислотоупорные. Именно на поиски этих редких разновидностей глин должно быть обращено наибольшее внимание.

Серьезную помощь в выявлении таких ценных разновидностей глин могут и должны оказать государству добровольные разведчики недр. Белый цвет глин чрезвычайно облегчает их поиски. Пласты белых глин видны в обнажениях по берегам рек и в оврагах.

Однако надо иметь в виду, что белым цветом обладают не только глины, но и ряд других горных пород, в частности, чистые кварцевые пески и особенно мел. В некоторых местах население называет мел «глинкой», хотя он не имеет ничего общего с глиной ни по своему химическому составу, ни по своим свойствам. Будучи смешан с водой, мел, как и глина, хорошо мажется и даже может показаться пластичным, но достаточно капнуть на него каплю соляной кислоты, как он сразу обнаруживает свою химическую природу: кислота начнет как бы вскипать от выделения углекислого газа. Такое реагирование породы на соляную кислоту указывает на то, что она является мелом, а не глиной.

Белый кварцевый песок отличить от белой глины еще легче. Он абсолютно непластичен и при высыхании рассыпается даже от легкого прикосновения.

Применение глин

Глины относятся к минеральному сырью массового потребления. Они, как уже отмечалось, используются в самых разнообразных отраслях народного хозяйства, для самых различных целей. Наибольшее народнохозяйственное значение имеют следующие области промышленного применения глин:

Керамика

Керамика является одной из самых древних форм освоения человеком минеральной природы. Ученые установили, что наиболее древние керамические изделия из нильского ила относятся к ПО веку до нашей эры, иначе говоря, насчитывают свыше 13 000 лет. На Европейском континенте обнаружена посуда еще более раннего времени, сделанная человеком ледникового периода, насчитывающая свыше 15000 лет.

Египтяне и ассирийцы владели чрезвычайно высокой техникой керамического производства. В частности, они умели покрывать свою керамику цветными глазурями. Особенного совершенства в керамике достигли   древние греки и римляне, о чем говорят замечательные по красоте своих форм и тонкому художественному вкусу греческие чернофигурные и краснофигурные вазы.

Замечательных успехов достигли в керамике и народы Азии. Достаточно указать на производство тончайшей фарфоровой посуды, начало которому было положено в Китае примерно 4000 лет тому назад.

В России художественная керамика имеет свою богатую историю. При раскопках близ Керчи найдены глиняные сосуды и статуэтки, относящиеся к IV—VI векам нашей эры. В средние века керамика становится излюбленным декоративным материалом строителей древнерусских соборов во Владимире, Суздале, Новгороде и др. Замечательные образцы художественных изразцов, относящиеся примерно к XV и XVI векам, можно еще сейчас видеть в соборах Василия Блаженного в Москве иве. Коломенском под Москвой.

В Павловском, Кусковском, Останкинском и других дворцах-музеях Москвы, Ленинграда и других городов сохранились коллекции изумительных по своей красоте и оригинальности произведений русской национальной керамики, созданных талантливыми руками крепостных художников. Большие заслуги в развитии русской художественной керамики принадлежат современнику Ломоносова видному ученому Д. И. Виноградову, которым был создан русский фарфор.

Одновременно с развитием фарфорового производства и художественной керамики развивалось производство и других видов керамических изделий и прежде всего строительных материалов: кирпича и черепицы, огнеупорного припаса, посуды и т. п. Современная керамическая промышленность СССР представляет собой передовое крупное машинное производство. Она объединяет большое количество фабрик и заводов, выпускающих изделия различного технического назначения.

В настоящее время сырьем для производства керамических изделий служат не только глины, но и такие горные породы, как тальк, пирофиллит, магнезит, доломит, корунд, диаспор, кианит и др. Однако глины продолжают занимать среди них первое место.

Наиболее крупные и важные для народного хозяйства отрасли керамической промышленности следующие:

Производство огнеупорного припаса (кирпича, брусьев, тиглей и т. д.) играет в народном хозяйстве чрезвычайно большую роль. Особенно необходимы огнеупоры в черной и цветной металлургии, цементном производстве, стекольной, тонкокерамической и химической промышленности. Огнеупорными называются такие изделия, которые выдерживают без размягчения температуру в 1580° и более. Огнеупорные кирпичи применяются в основном для футеровки печей, в которых ведется термическая обработка тех или иных материалов.

Огнеупорные изделия из глины, в зависимости от исходного сырья и содержания в них окиси алюминия (глинозема), делятся на шамотные и полукислые.

Шамотными называются изделия, которые изготовляются из смеси сырой огнеупорной глины и шамота, представляющего собой тоже огнеупорную глину, но предварительно обожженную и измельченную в порошок. Глинозема в шамотных изделиях должно содержаться не менее 30%.

Шамот является «отощающей» добавкой, т. е. такой добавкой, которая уменьшает пластичность и усадку изделия, неизбежную в процессе его сушки и обжига.

Полукислые изделия содержат менее 30% глинозема и более 65% кремнезема  (окиси кремния); они тоже изготовляются из шамота и огнеупорной глины, но с добавкой кварцевого материала.

Таким образом, основным сырьем для производства шамотных и полукислых огнеупоров является огнеупорная глина, выдерживающая температуру не ниже 1580°. Иногда в качестве такого сырья применяется также каолин.

Вредными примесями, снижающими огнеупорность глин, считаются окислы железа, содержание которых не должно превышать 3,5%, и минералы с присутствием щелочи (слюда, полевой шпат), содержание которых в глине не должно быть больше 2%. Вредна также известь; она допускается в количестве не более 1 —1,5%.

Фарфорово-фаянсовое производство (тонкая керамика) является вторым крупным потребителем керамических глин. Изделия из фарфора и фаянса отличаются от других керамических изделий белым черепком. Разница между фарфором и фаянсом заключается в степени пористости черепка: пористость фаянса от 10 до 14%, пористость же фарфора не превышает 0,5%.

Основным сырьем для тонкой керамики служит каолин. В качестве отощающей добавки в фарфорово-фаянсовые массы вводится кварц или кварцевый песок, в качестве флюса, понижающего температуру обжига — полевой шпат; связующим материалом служат светложгущиеся огнеупорные пластичные глины. Так как эти глины обычно уменьшают белизну и просвечиваемость фарфора, их стараются добавлять в минимальном количестве. Это возможно только при условии высокой связующей способности применяемой глины.

Обжиг фарфоровых и фаянсовых изделий ведется при температуре 1350°. Очень важно, чтобы в каолине и в других минералах — составных частях фарфоровых и фаянсовых масс — было как можно меньше железа, примесь которого не только снижает общую белизну черепка, но и образует на нем черные пятна и точки («мушки»), значительно обесценивающие изделия. Содержание соединений железа в глинах, используемых в производстве художественного фарфора, не должно превышать 0,5—0,9%.

Кирпичное производство — 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 «каменного товара» включает в себя изготовление канализационных труб, стеновых и половых плиток, химической посуды и т. д. Для этих изделий характерен плотный спекшийся цветной черепок. В данном производстве используются тонкозернистые пластичные огнеупорные и тугоплавкие   глины различного цвета.

Гончарная   посуда   (кувшины,   кринки, миски, горшки и т. д.) изготовляется главным образом кустарным способом, вручную. Для изготовления ее применяются железистые, не очень жирные, преимущественно тонкозернистые глины.

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.

Приготовление литейных форм

Литье изделий из черных и цветных металлов производится в специальных формах. Эти формы готовятся из смесей, материалом для которых служат кварцевый песок и глина. Глина играет роль связующего материала, так как один кварцевый песок, не обладая пластичностью и связующей способностью, не дает прочных форм. Основным техническим требованием к литейным глинам является их высокая связующая способность. Иначе говоря, они должны быть «жирными». Кроме того, глина не должна давать пригара смеси к поверхности отливок.

В зависимости от выплавляемого металла, размеров и форм отливок применяются глины различного минерального и химического состава. Предпочитаются «жирные» глины с возможно меньшей величиной частиц, достаточно огнеупорные, с высоким содержанием окиси алюминия. В последние годы в литейном деле с успехом стали использоваться бентонитовые глины, обладающие исключительно высокой связующей способностью. Хотя они и не являются огнеупорными и, больше того, даже относятся к типу легкоплавких, однако повышенная связующая способность их вполне восполняет этот недостаток. Она позволяет вводить их в формовочную смесь в количестве примерно в четыре-пять раз меньшем, чем обычные огнеупорные глины. А это способствует лучшей газопроницаемости формы и уменьшает пригар. Вредными примесями в формовочных глинах являются полевой шпат, слюда, известняк, а также минералы, содержащие серу. Они понижают огнеупорность глины и увеличивают пригар.

Бурение скважин

За последние годы глины стали широко использоваться при бурении разведочных и эксплуатационных скважин.   Разведка полезных ископаемых вращательным бурением с выемкой образцов пробуренных пород получила очень широкое распространение. Вращательное бурение ведется с помощью специальных станков. Буровой снаряд состоит из металлических пустотелых штанг, колонковой трубы и буровой коронки, плотно прикрепляемых друг к Другу. По мере углубления скважины штанга наращивается. Верхним своим концом она прикрепляется к станку, приводимому в движение специальным двигателем.

При бурении скважин из горных пород с помощью коронки высверливаются цилиндрические столбики, называемые керном. Высверливаемый керн по мере углубления коронки проталкивается внутрь колонковой трубы. Для извлечения керна снаряд время от времени поднимается на поверхность. Складывая керны в порядке их извлечения, получают точную картину состава, строения, расположения и мощности пробуренных пород.

Для успешной работы бурового станка в скважину вводится глинистый раствор. Этот раствор накачивается внутрь скважины через штангу особым насосом. Струи раствора, циркулируя по скважине, захватывают разрушенные коронкой мелкие частицы породы и выносят их наружу. Глинистый раствор выполняет, кроме того, и другие, чрезвычайно важные функции, а именно: а) образует на стенках скважины тонкую непроницаемую для воды пленку, препятствующую проникновению жидкости через поры и трещины в окружающие породы; б) укрепляет стенки и тем предохраняет их от обвалов; в) предотвращает возможность газовых выбросов из скважины и проникновение в них подпочвенных вод. Помимо того, раствор глины охлаждает буровую коронку, которая сильно нагревается при вращении.

Буровая техника предъявляет к глинам свои специфические требования. Они должны быть очень тонкозернистыми, отличаться высокой пластичностью и не содержать песка, гипса, известняка и солей. Наиболее пригодны для использования при бурении бентонитовые глины. Однако для этих целей могут быть вполне пригодны и другие разновидности глин. Глины, дающие вязкие растворы с суточным отстоем не более 1 % и наличием песка не более 3—4%, вполне пригодны для приготовления буровых растворов.

Очистка нефтепродуктов, органических масел и жиров

Некоторые глины обладают высокой адсорбционной способностью и применяются для обесцвечивания (отбеливания) различных минеральных и органических веществ (керосина, бензина, растительных масел, животных жиров, фруктовых соков и т. п.). Они впитывают в себя различные загрязняющие примеси, слизь, смолу, пигменты и пр. Для этой цели пригодны глины, состоящие преимущественно из минерала монтмориллонита (бентонитовые и так называемые суббентонитовые). Некоторые из них хорошо отбеливают без всякой предварительной обработки, другие нуждаются в ней и обрабатываются серной кислотой. Пригодность глины для отбелки обычно определяется опытным путем, так как отбеливающая способность ее зависит не только от природы самой глины, но и от условий, в которых ведется очистка, и от вещественного состава отбеливаемого материала.

Бумажная промышленность

Эта отрасль промышленности использует белую разновидность глины — каолин. Она потребляет до 35% всей добычи каолина. Его вводят в бумажную массу в качестве наполнителя для того, чтобы усилить белизну бумаги и сделать ее более плотной и гладкой. Мельчайшие частицы каолина, заполняя промежутки между древесными волокнами, из которых вырабатывается бумажная масса, резко повышают качество бумаги.

Основными требованиями бумажной промышленности к каолину являются белый цвет и отсутствие крупных зерен кварцевого песка. Крупные зерна портят не только бумагу, но и дорогостоящие агрегаты, на которых она вырабатывается.

Резиновая  промышленность

Эта отрасль промышленности также применяет каолин в качестве наполнителя. Введение его в каучук повышает механические свойства резины. Для производства резиновых изделий важно, чтобы частицы каолина были наименьших размеров и чтобы в нем отсутствовали крупные зерна кварцевого песка. Из примесей для данного производства вредными являются железо, сера, медь и марганец. Содержание влаги в каолине в данном случае не должно превышать 0,5%.

Производство красок

Эта отрасль производства использует тонкозернистые железистые глины, из которых вырабатываются краски желтого, коричневого и красного цвета. Хорошо всем знакомые охра, мумия и умбра готовятся из таких глин. Основными требованиями красочного производства являются их однородность, тонкозернистость, чистота и интенсивность окраски. Кроме того, глина должна обладать хорошей кроющей способностью.

Химическая промышленность

В числе многих других важнейших продуктов химическая промышленность вырабатывает для очистки воды сернокислый алюминий. Производство его заключается в кипячении с серной кислотой глины, прокаленной при температуре 650° и раздробленной до 2 мм. Для получения сернокислого алюминия наиболее пригодны «жирные» глины с минимальным содержанием песка. Цвет глины в данном случае не играет роли. Химическая промышленность использует также каолин для изготовления краски — ультрамарина.

Алюминиевая промышленность

Эта отрасль промышленности применяет для получения некоторых алюминиевых сплавов разновидность глин — каолин. В будущем в данной отрасли промышленности наряду с каолином, несомненно, найдут широкое применение и другие белые глины. В настоящее время уже разработаны эффективные методы получения из маложелезистых глин чистого глинозема, пригодного для изготовления металлического алюминия.

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   мелкие   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.

Улучшение качества глин

Есть ряд месторождений глин, которые не разрабатываются, так как по своему качеству глины не отвечают требованиям потребляющих отраслей народного хозяйства. Например, каолины многих месторождений непригодны для большинства производств ввиду большого содержания кварцевого песка или красящих окислов (железа и титана). Есть много огнеупорных глин, применение которых в промышленности невозможно из-за примеси минералов, понижающих температуру их размягчения.

Белые глины в ряде случаев испорчены ржавыми пятнами и подтеками, понижающими общую белизну материала. От таких пятен и подтеков избавляются путем ручной отборки желтых кусков, идущих в отвал. Иногда для обесцвечивания каолина он промывается в слабом растворе серной кислоты. От песка глина освобождается легко, путем промывки ее водой в особых машинах и осаднительных устройствах. При такой промывке более крупные и тяжелые зерна песка легко и быстро выпадают на дно ближайших осадительных камер, а мельчайшие легкие частицы глинистого вещества медленно оседают в специальных отстойниках.

Существуют и другие способы обогащения глин, но они применяются гораздо реже. Для увеличения отбеливающей способности глин их обрабатывают (активируют) серной кислотой, а для придания красочным глинам желаемых оттенков их иногда подвергают специальному обжигу. На практике к обогащению глин прибегают сравнительно редко — только когда дело касается разновидностей, редко встречающихся в природе (например, каолинов, высокоогнеупорных и бентонитовых глин).

Такие массовые и не очень требовательные производства, как кирпичное, черепичное, гончарное, цементное и др., применяют глины в их природном виде.

Где и как искать глину

Прежде чем начать поиски глины, надо знать, для каких целей она предназначается, потому что каждое производство предъявляет, как мы видели, к глине свои требования.

Если известен ее будущий потребитель, задача поисков сильно облегчается, поскольку на первом этапе можно руководствоваться чисто внешними признаками, характерными для глин данного назначения. Например, белый цвет типичен для каолинов, а также для фаянсовых, фарфоровых и огнеупорных глин.

Определив район поисков, надо прежде всего опросить местных жителей, которые могут сообщить весьма ценные сведения о залегании глин в данном районе. Затем используются внешние признаки, указывающие на наличие месторождений глин. Эти признаки следующие:

• заболоченность района;
• обилие ручьев и родников по   берегам  рек  и  оврагам;
• низкий уровень подпочвенных вод в колодцах.

Все эти признаки   связаны с водонепроницаемостью глины. Они указывают на залегание ее неподалеку от поверхности.

Обнаружить залежи глины легче всего по обнажению горных пород в обрывах и по берегам рек. Слои отложившихся пород могут лежать горизонтально, но могут располагаться и под некоторым углом к линии горизонта и даже стоять вертикально. О таких слоях геологи говорят, что они «поставлены на голову», Положение отдельных слоев в обнажении зависит от разных причин: рельефа дна водоема, в котором" накапливались осадки, происходивших после их накопления сбросов, проявляющихся у берегов оползней и т. д.

По внешнему виду отличить в обнажении глину от других горных пород обычно трудно. Границы отдельных слоев в большинстве случаев бывают затушеваны дождевыми потоками и осыпями. Для более надежного осмотра обнажений производят их расчистку. Тогда границы отдельных осадков, даже при незначительной мощности слоев, выявляются достаточно отчетливо.

Глина в расчищенных обнажениях распознается без затруднений. Достаточно отщипнуть небольшой кусок породы и слегка размять его между пальцами (при недостаточной влажности смочив его водой), как глина, — если это она, — легко обнаруживается по ряду характерных признаков. Она не рассыпается на отдельные зерна, как это бывает с песком. Она прилипает к коже и, легко поддаваясь даже слабому нажиму руки, принимает и сохраняет приданную ей форму. Пластичность и податливость глины резко отличают ее от других осадочных пород, например от известняка или доломита, прослои которых нередко встречаются в обнажениях.

Если" пласт глины обладает достаточной мощностью (примерно 1—3 м) и сверху его покрывает не очень толстый слой других пород (2—4 м), то месторождение, несомненно,   может   представлять   практический   интерес. В этом случае необходимо сделать схематическую   зарисовку расчищенного обнажения (разреза) в масштабе. В схематическом разрезе показываются не только пласты глин, но и слои всех вышележащих пород и пласт нижележащей  (подстилающей)  породы. Зарисовка снабжается порядковым номером и условными обозначениями, которые   присваиваются отдельным породам.  Одновременно в записной книжке, которая должна быть у разведчика недр, отмечается порядковый номер зарисовки, дается краткая характеристика разреза, указываются время и место зарисовки.

Примерный текст записи в книжке следующий: «Разрез № 4; 25 мая 2008 г.; правый берег р.   СОСНОВКИ, в 300 м ниже перевоза у с. Степановки и 0,5 км от ст. Ипполитовка. Высота берега от уровня реки 10 м, мощность пласта белой глины 0,5 м; мощность покрывающих пород 1,5 м.

Взятие проб глин

Устанавливаемые на месте обнажения цвет глин, глубина их залегания и мощность пластов не всегда позволяют оценить их пригодность для промышленного использования. Оценка пригодности глин для тех или иных практических целей обычно может быть дана лишь в результате исследования их качества.

Достаточно надежное и всестороннее исследование качеств глин производится в лабораториях, с помощью специальных приборов. Для таких исследований нужны образцы, дающие верное представление о минеральном и химическом составе глин, а также о величине частиц ее по всей мощности пласта, от верхней до нижней его границы.

Если обнаружен только один пласт глины, причем по внешнему виду глина однородна, берется одна общая проба. При наличии нескольких пластов, а также при неоднородности глины в каждом пласте (по цвету, по степени запесоченности и т. п.) из каждого пласта и каждого отличного от других слоя берется особая проба. Каждая из проб нумеруется. Номера проб ставятся также и на зарисовке обнажений в месте их взятия.

Отбор проб в обнажениях производится так называемым «бороздовым методом», который заключается в выемке некоторого количества породы поперек пласта. Техника отбора очень проста. На предварительно зачищенном месте через весь пласт сверху донизу делают лопатой или топором два параллельных надреза глубиной около 20 см каждый, на расстоянии 10 см друг от друга. Из намеченного таким образом участка той же лопатой или ножом без промежутков вырезают куски глины в форме четырехгранной или трехгранной призмы.

При однородной глине все куски, взятые с данного зачищенного участка, перемешиваются, и проба сокращается до веса 2—3 кг. При неоднородных глинах и наличии нескольких пластов пробы, взятые из отдельных слоев, не смешиваются, а сокращаются и упаковываются отдельно по каждому слою или пласту. Упаковка производится в небольшие матерчатые мешки или в бумагу. Все пробы, как указывалось, нумеруются. В каждый мешочек или пакет с пробой обязательно вкладывается записка с указанием номера пробы, а также слоя и места, из которых она взята. Те же сведения заносятся и в записную книжку, но с более подробным описанием места взятия пробы.

При послойном опробовании на зарисовках обнажения отмечается номер взятых проб в каждом слое.

Испытание глин на месте

Для углубленных лабораторных испытаний глин отобранные пробы направляются либо в ближайшее геологическое управление, либо в другую исследовательскую организацию, занимающуюся изучением минерального сырья, и в частности глин. Здесь исследуются минеральный состав отобранных проб, их химический состав и все важнейшие физические и технические свойства глин.

Но отсылка проб для научно квалифицированных лабораторных испытаний не исключает возможности предварительной оценки некоторых свойств глин и самими открывателями месторождений, в том числе и добровольными разведчиками недр. Например, на месте можно приближенно определить степень запесоченности глин. Для этого некоторое, заранее взвешенное количество высушенной глины размачивается в стакане чистой воды с таким расчетом, чтобы воды было в четыре раза больше, чем глины. Затем проба в стакане тщательно перемешивается. После того как глина полностью распустится, пробе дают 10—15 минут отстояться. За это время песок, величина зерен которого намного больше величины глинистых частиц, осядет на дно стакана, а глинистые частицы останутся (в виде мути) во взвешенном состоянии. Слив жидкость, осевший песок просушивают и взвешивают. Разделив вес осадка на вес взятой сухой глины и умножив частное от такого деления на 100, получают процент запесоченности глины.

Без особого труда можно отличить на месте бентонитовые глины от каолинитовых. Для этого небольшой кусочек исследуемой пробы погружается в воду (на блюдце). Каолинитовая глина вскоре совершенно распустится, образуя маленький конус, а бентонитовая, не распускаясь, начнет быстро увеличиваться в объеме, долгое время сохраняя первоначальную форму взятого куска.

Легко самому определить также отбеливающие свойства глины. Для этого некоторое количество ее высушивают (при температуре 120—200°) и затем растирают в мельчайший порошок. Порошок этот высыпают в бутылку (обязательно белого стекла) и в нее же наливают загрязненный керосин, бензин, растительное масло и т. п., в количестве, примерно в три раза большем, чем взято глины. Смесь в бутылке в течение 10—15 минут взбалтывают и затем дают ей отстояться. После этого смотрят, насколько влитое масло или керосин посветлеет. Чем осветление больше, тем отбеливающие свойства глины выше.

Очень просто определяют на месте пластичность глины. Для этого небольшой кусочек глины замешивают с водой до образования хорошо формующегося теста. Затем раскатывают полученное тесто в валик толщиной с указательный палец и длиной 15—20 см и постепенно сгибают этот валик в кольцо. Глины, обладающие высокой пластичностью, сгибаются в кольцо легко и без образования трещин и разрывов. Из тощих малопластичных глин такое кольцо без трещин получить не удается. Кривизна дуги до образования трещин служит мерилом пластичности.

Цвет тоже до известной степени характеризует качество глины. Белые и светло-серые глины всегда содержат мало железа и обычно бывают огнеупорными или тугоплавкими. Если пластичность их невелика, юный разведчик недр с основанием может полагать, что он имеет дело с каолином. Красно-желтый или красно-бурый цвет глины указывает на то, что она не обладает огнеупорностью и пригодна только для грубой керамики. Черный цвет глины указывает на большую примесь в ней органических веществ. Однако это далеко еще не определяет ее технологических свойств. В ряде случаев такие глины могут оказаться вполне удовлетворительным керамическим сырьем, так как после обжига органические примеси выгорают и цвет черепка делается иногда почти белым.

Присутствие песка в глине можно легко определить, взяв глину «на зуб». Глины, не содержащие песка, на зубах не скрипят. Чем.больше песка в глине, тем сильнее он будет чувствоваться на зубах.