Что такое минералы?

Ленточные силикаты с радикалом [Si4O11] 6 – объединяют минералы группы амфиболов.

Каркасные силикаты – в них тетраэдры соединяются между собой всеми атомами кислорода, образуя каркас с радикалом [Si4O8]. В эту группу входят – полевые шпаты и плагиоклазы. Полевые шпаты объединяют минералы с катионами Na и K. Это минералы микроклин и ортоклаз. В плагиоклазах в качестве катионов – Са и Na, при этом соотношение между этими элементами не постоянно. Поэтому плагиоклазы представляют собой изоморфный ряд минералов:

альбит – олигоклаз – андезин – лабрадор – битовнит – анортит. От альбита к анортиту увеличивается содержание Са.

В составе катионов в силикатах наиболее часто присутствуют: Mg, Fe, Mn, Al, Ti, Ca, K, Na, Be, реже Zr, Cr, B, Zn редкие и радиоактивные элементы. Необходимо отметить, что часть кремния в тетраэдрах может замещаться Al и тогда мы относим минералы к алюмосиликатам.

Сложный химический состав и разнообразие кристаллической  структуры в сочетании дают большой  разброс показателей физических свойств. Даже на примере шкалы Мооса  видно, что твердость у силикатов  от 1 до 9.

Спайность от весьма совершенной до несовершенной. Об окраске и говорить нечего – широчайший спе ктр цв етов и оттенков.

В тоже время, внутри каждой структурной группы свойства близки и всегда есть какой-то один или два признака, по которым можно  определить минерал. Например, слюды определяют по спайности и низкой твердости.

Часто силикаты группируются по окраске – темноокрашенные, светлоокрашенные. Особенно широко это применяется к силикатам – породообразующим минералам.

Силикаты образуются в основном при формировании магматических и метаморфических пород в эндогенных процессах. Большая группа глинистых минералов (каолин и др.) образуется в экзогенных условиях при выветривании силикатных горных пород.

Многие силикаты являются полезными ископаемыми  и применяются в народном хозяйстве. Это строительные материалы, облицовочные, поделочные и драгоценные камни (топаз, гранаты, изумруд, турмалин и др.), руды металлов (Ве, Zr, Al) и неметаллов (В), редких элементов. Они находят применение в резиновой, бумажной промышленности, как огнеупоры и керамическое сырье.

Более подробно хотелось бы рассказать о поваренной соли.

Поваренная  соль

В земной коре и  на ее поверхности наряду с залежами различных не растворимых в воде минералов находятся залежи растворимых  минералов — солей, встречающихся как в виде твердых отложений, так и в виде растворов. Соляные месторождения — это остатки высохшего древнего океана. Соляные пласты могут располагаться и под землей (глубина их залегания может достигать) более 1 км, и на поверхности — в этом случае они часто образуют соляные озера. Эти залежи возникали на протяжении многих геологических периодов жизни земли, когда создавались благоприятные для их появления геохимические, гидрогеологические и климатические условия. Источником этих залежей является морская вода, из солей которой образовались и месторождения ископаемых солей, и соляные озера, и подземные рассолы. При испарении морской воды, проникавшей в бессточные котловины, концентрация солей постепенно повышалась.

Из насыщенных рассолов кристаллизовались соли, образовавшие в течение длительного времени мощные напластования. Часто испарение воды происходило при последовательном перемещении через несколько котловин с ограниченным стоком, что приводило к образованию солевых залежей различного состава, соответствующих составу солей, выделявшихся в разных стадиях испарения. Солеотложение продолжалось и в зимние периоды, при понижении температуры рассолов, что также приводило к изменению состава кристаллических фаз.

Концентрация  и соотношение солей в воде мирового океана в разные геологические эпохи не остается неизменным. К изменению состава первичных соляных отложений и к образованию вторичных месторождений приводит размывание уже образовавшихся первичных залежей грунтовыми водами и рассолами. Существенную роль в этих процессах играют химические взаимодействия растворов с окружающими их материковыми породами. Наконец, значительное влияние на формирование солевых залежей и на последующие изменения их оказывают тектонические явления.

Все эти процессы, продолжающиеся и в настоящее время, приводят к образованию многочисленных месторождений растворимых солей — соляных озер и их донных отложений, подземных скоплений рассолов и мощных твердых залежей, которые состоят из покрывающих друг друга солевых пластов различного состава. Вследствие осадочного происхождения твердые солевые отложения, находящиеся в геологически не нарушенных районах, залегают в виде пологих пластов разной толщины, измеряемой десятками и сотнями метров и распространяющихся на значительных пространствах.

Хлорид натрия находится в природе уже в  готовом виде. Но особенно его много  в морской воде и в соленых  озерах, в больших массах он встречается  в виде твердой каменной соли. Подсчитано, что в морской воде всех морей  и океанов содержится приблизительно 50×10¹⁵ тонн различных солей. Эта соль могла бы покрыть весь земной шар пластом толщиной в 45м. На долю поваренной соли приходится большая часть. В одном литре океанской воды содержится около 26-30 г. поваренной соли. В закрытых морях, куда впадают крупные реки соленость меньше (Черное, Каспийское), в морях же Красном, Средиземном, Персидском соленость выше средне океанической, т.к. мало выпадает осадков, и нет притока пресной воды, а также значительное испарение. В приполярных областях соленость воды больше, т.к. образующиеся льды содержат в себе мало солей. Таким образом, соленость морской воды зависит от испарения, таяния и образования льдов, осадков и притока пресных вод с суши.

Твердая или  каменная соль образует под землей огромные горы, не уступающие по величине высоким пикам Памира и Кавказа. Основание этой горы лежит на глубине 5-8 километров, а вершины поднимаются до земной поверхности и даже выступают из нее. Также гигантские горы называют соляными куполами. При высоких давлениях и температурах соль в недрах земли становится пластичной. И так как коэффициент её теплового расширения больше, чему других пород, она при нагревании расширяется и выжимается вверх. Этот процесс можно разделить на четыре стадии. На первой стадии производство соли возникают разобщенные вздутия - подушки. На второй стадии, когда соляные подушки превышают определенную высоту, они сжимаются в узкие поднимающиеся пальцы, валы купола, достигающие нескольких километров высотой, разделенные прогибами. В конечном счете, соль протыкает покрывающую породу. В тех районах, где происходит складчатость, соль выдавливается в виде протыкающих диапиров, причем форма выдавленных тел бывает очень прихотливая.

Огромные подземные  горы каменной соли находятся на Прикаспийской  низменности, в отрогах Урала, в горах средней Азии. В Таджикистане находятся самые высокие соляные купола, один из которых поднимается на высоту 900 метров. В зависимости от места и способа добычи соль имеет различные названия и соответственно свойства: 
• каменная соль - добывается из осадочных пород; 
• самосадочная соль - добывается из соляных озер (отлагается сама); 
• садочная поваренная соль - производится бассейным способом из морской и озерной вод (выращивается людьми);

• выварочная соль - добывается путем выварки ее из естественных и искусственных рассолов.

В древности  люди использовали несколько способов добычи поваренной соли: естественное испарение морской воды в «соляных садках», где выпадал хлорид натрия — «морская» соль, вываривание  воды соленых озер с получением «выварочной» соли, и выламывание «каменной» соли в подземных рудниках. Существовал способ производства соли – «выжиганием». Этот способ использовали около тех побережий современной Германии, где недалеко от воды находились залежи торфа. При шторме или приливе соленая морская вода насыщала торф. Когда вода уходила, торф подсыхал, а соль оставалась. Постепенно в нем накапливалось много соли. Насыщенный торф выкапывали и сжигали, а золу выщелачивали в воде и раствор выпаривали.

Все эти способы  дают соль с примесями хлорида магния MgCl₂, сульфатов калия K₂SO₄ и магния MgSO₄ и бромида магния MgBr₂, содержание которых достигает 8-10 %. В настоящее время добытая соль проходит дополнительную обработку, чтобы соответствовать установленным стандартам качества, благодаря этому она освобождается от лишних примесей, наделяется дополнительными качествами, становится чистой (с содержанием NaCl до 99, 9% - соль высокой чистоты) и приспособленной для употребления в различных целях.

В России и странах  СНГ наибольшее количество поваренной соли получают, добывая каменную и самосадочную соль. Выварочную и бассейную соли производят незначительное количество — менее 5%.

Одним из распространенных способов добычи поваренной соли является открытый способ. Разработку данным способом производят тогда, когда, верхний горизонт соляного пласта находится на небольшой глубине. Соль таким способом добывают на глубине до 20 метров, а порой и до 150 метров. В этом случае устраивают карьер или разнос, для этого пласт соли разрыхляется (дробится) механическим или взрывным способом, чтобы удалить верхний слой покровных пород, затем производят выемку соли. На крупных разработках для этой цели используют экскаваторы, скреперы с лебедками или с тракторной тягой, механические лопаты и другие механизмы. Одним из недостатков добычи соли открытым способом является загрязнение соли наносами пыли, а особенно заливание карьера атмосферными осадками и почвенными водами. Открытый способ имеет ряд преимуществ по сравнению с подземным: высокая безопасность и лучшая санитария, простая организация работ возможность селективной выемки, более полное извлечение полезных ископаемых, капитальные затраты и сроки строительства карьера меньше чем шахты. С увеличением глубины карьера себестоимость добычи увеличивается. Предельной глубиной карьера считается такая глубина, при которой добыча открытым способом и подземным стоит одинаково. В том случае, когда мощные пласты соли, залегают на глубине более 100 м, порой до 600 м, открытый способ разработки непригоден. Тогда разработку пластовых месторождений ведут обычно подземным (шахтным) способом. Соль, которая находится в недрах земли, возникла там многие миллионы лет назад. Время сделало соль чрезвычайно монолитной, твердой - каменной. Однако под действием высокого давления и высокой температуры соль в недрах Земли превращается в податливый, очень пластичный материал. При нагревании она расширяется сильнее окружающих пород и, в конце концов, начинает подниматься наверх. Огромные соляные массивы «всплывают» и формируют соляные купола.

Добывают такую  соль путем устройства шахт и выемки соли из галерей или камер, вырабатываемых в толще соляного пласта или купола. Проходка широких ходов при закладке подземных камер осуществляется штрекопроходческими комбайнами или  врубовыми машинами; проходка скважин — сбоечно-буровыми машинами; выемка соли и погрузка — скреперными установками; для транспорта и подъема соли на поверхность в крупных шахтах используют подземные вагонеточные электропоезда и лифты. Выданная на поверхность соль поступает в цех переработки соли, в котором соль мелется и фасуется. Поваренная соль, добытая таким способом, в конечном итоге имеет различные наименования и широко используется во всех областях промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Выбор каждого покупателя основывается на рациональности использования в различных целях того или иного помола, фасовки (возможна отгрузка навалом) и необходимости добавок. Чистота такой каменной соли зависит от качества месторождения. В целях профилактики йод-дефицитных заболеваний соль может обогащается йодатом. наименования и широко используется во всех областях промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Выбор каждого покупателя основывается на рациональности использования в различных целях того или иного помола, фасовки (возможна отгрузка навалом) и необходимости добавок. Чистота такой каменной соли зависит от качества месторождения. В целях профилактики йод-дефицитных заболеваний соль может обогащается йодатом.

Процесс добычи и обработки соли закрытым шахтным  способом непрерывен и не зависит от времени года. Более 61% мирового объема добываемой соли производится шахтным способом. Отработанные камеры, образующиеся при данном способе добычи соли, можно использовать для размещения отходов промышленных предприятий, в результате чего ещё более повышается эффективность эксплуатации месторождений. Недостаток шахтного способа добычи заключается в постоянной угрозе обвала, затоплении разрабатываемых шахт, что приводит к различным потерям и экологическим проблемам.

Еще одним способом добычи поваренной соли является подземное выщелачивание. Данный метод добычи используется в тех случаях, когда пласты соли, залегающие в недрах Земли, размывают грунтовые воды, при этом образуется естественный подземный солевой рассол. Такие рассолы могут извлекаться на поверхность через колодцы или буровые скважины. Извлечение соли на поверхность в виде рассола проще и дешевле, чем в твердом виде, и особенно удобно, когда эта соль подвергается дальнейшей переработке в растворе. Поэтому в ряде случаев оказывается целесообразным осуществлять подземное выщелачивание соли из соленосной породы искусственным способом.

Образование соляных  рассолов возможно при систематическом  орошением водой и постепенным  размыванием подземных камер  в солевом пласте, или затоплением  камер. В таком случае, образующийся концентрированный рассол выкачивается насосами.

Также применяют  более совершенный способ выщелачивания  через буровые скважины. Данный способ заключается в том, что в скважину, закрепленную колонной стальных обсадных труб диаметром 150—250 мм, вставляется труба меньшего диаметра (75—100 мм). По одной из этих труб с помощью центробежного насоса высокого давления (20—25 ат) в пласт соли нагнетается вода. Она растворяет соль и в виде рассола выдавливается на поверхность по другой трубе. Различают два режима работы скважин — противоточный, когда воду подают по наружной трубе, а рассол поднимается на поверхность по внутренней и прямоточный, когда по внутренней трубе подают воду, а рассол выдавливается по наружной трубе. Глубина скважин и давление, под которым в нее подают воду, зависят от глубины залегания пласта соли или подземного источника рассола. Производительность такой скаважины составляет около 10—25 м³ рассола в 1 час. (Иногда воду подают в скважину самотеком; в этом случае рассол, который имеет большую плотность, не может достигнуть поверхности за счет давления столба воды, и его откачивают глубинным насосом, опущенным в скважину до уровня, определяемого разностью плотностей рассола и воды.)

Камера, образующаяся в пласте соли при размывании его водой через буровую скважину, постепенно приобретает форму, близкую к форме опрокинутого конуса, так как в результате естественной конвекции боковая поверхность, а особенно потолок камеры, растворяется быстрее, чем дно, покрытое насыщенным рассолом и шламом механических примесей. Поэтому боковая поверхность становится все более пологой и затем покрывается слоем пустой породы, препятствующим дальнейшему выщелачиванию. Интенсивность рассолообразования уменьшается, и эксплуатацию скважины приходится прекращать, когда образующая конуса достигает угла 30—40°. В результате этого запасы месторождения при таком способе эксплуатации используются не больше чем на 5—15%.

       Эксплуатация скважин может осуществляться также комбинированным противоточно-прямоточным методом. Основная стадия здесь прямоток, когда происходит «размыв» слоя соли с образованием большого количества рассола; при более короткой стадии работы противотоком происходит «промывка» скважины с удалением из нее большей части нерастворимых частиц. Продолжительность цикла чередования направления потоков внутри скважины равна, например, 2 ч при соотношении продолжительности режимов «размыва» и «промывки» в пределах от 7:1 до 3:1.