В настоящее время известно около 5000 минералов. В образовании же горных пород преимущественно участвуют 25 минералов. Основными породообразующими минералами являются кремнезем, алюмосиликаты, железисто-магнезиальные, карбонаты, сульфаты.
Минералы группы кремнезема. К минералам этой группы относят кварц. Он может находиться как в кристаллической, так и аморфной форме.
Кристаллический кварц в виде диоксида кремния SiO2 — один из самых распространенных минералов в природе. Средняя плотность его составляет 2,65 г/см3, предел прочности при сжатии до 200 МПа, твердость — 7, имеет высокую химическую стойкость — его разрушает только фтористоводородная и горячая фосфорная кислоты. Характерным свойством кристаллического кварца является способность вступать в химическое взаимодействие с известью при температуре 150–200 oС в среде насыщенного пара в автоклавах. Используя это свойство, получают силикатные материалы.
Аморфный кремнезем встречается в виде опала SiO2 хnН2О. Он вступает в химическое взаимодействие со щелочами при обычной температуре. Применение его в бетонах в качестве заполнителей может привести к их разрушению через 10–15 лет.
Минералы группы алюмосиликатов — полевые шпаты, слюды, каолиниты.
Полевые шпаты составляют 58% всей литосферы и являются самыми распространенными минералами. Разновидностями их являются ортоклаз и плагиоклазы.
Ортоклаз — калиевый полевой шпат — K2O хAl2O3 х6SiO2. Имеет среднюю плотность 2,57 г/см3, твердость — 6–6,5. Является основной частью гранитов, сиенитов.
Плагиоклазы — минералы, состоящие из смеси твердых растворов альбита и анортита.
Альбит — натриевый полевой шпат — Na2О хAl2O3 х6SiO2. Имеет плотность 2,6 г/см3, твердость — 6–6,5.
Анортит — кальциевый полевой шпат — СаО хAl2O3 х2SiO2. Его плотность — 2,75 г/см3, твердость — 6–6,5.
Плагиоклазы входят в состав кислых и основных горных пород.
Предел прочности полевых шпатов при сжатии составляет 120–170 МПа, что ниже прочности кварца. Они выветриваются под воздействием воды, содержащей углекислоту, в результате чего образуется каолинит.
Слюды — водные алюмосиликаты слоистого строения, способные расщепляться на тонкие пластинки. Наиболее часто встречаются два вида — мусковит и биотит. Мусковит — калиевая бесцветная слюда. Обладает высокой химической стойкостью, тугоплавка. Биотит — железисто-магнезиальная слюда черного или зелено-черного цветов.
Слюды имеют твердость 2–3. Мусковит встречается в изверженных и осадочных породах, биотит — в изверженных.
Водной разновидностью слюды является вермикулит. Он образован из биотита в результате воздействия гидротермальных процессов. При нагревании вермикулита до 750 oС теряется химически связанная вода, в результате чего объем его увеличивается в 18–40 раз. Вспученный вермикулит применяют в качестве теплоизоляционного материала.
Слюды понижают прочность горных пород и ускоряют их выветривание.
Каолинит — Al2O3 х2SiO2 х2H2O — минерал, получаемый в результате разрушения полевых шпатов и слюд. Залегает в виде землистых рыхлых масс. Применяют для изготовления керамических материалов.
Железисто-магнезиальные силикаты. Минералами этой группы являются пироксены, амфиболы и оливин.
К пироксенам относят авгит, входящий в состав габбро, к амфиболам — роговую обманку, входящую в состав гранитов.
Оливин входит в состав диабазов и базальтов. Продукт выветривания оливина — хризотил-асбест.
Эти минералы являются силикатами магния и железа и имеют темную окраску. Они обладают высокой ударной вязкостью и стойкостью против выветривания.
Минералы группы карбонатов. Кним относят кальцит, магнезит, доломит. Они входят в состав осадочных горных пород.
Кальцит — СаСО3 — имеет среднюю плотность 2,7 г/см3, твердость — 3. Вскипает при воздействии слабого раствора соляной кислоты. Входит в состав известняков, мраморов, травертинов.
Магнезит — МgСО3 — имеет среднюю плотность 3,0 г/см3, твердость — 3,5–4. Вскипает от горячей соляной кислоты. Образует породу с тем же названием.
Доломит — СаСО3 хМgСО3 — имеет плотность 2,8–2,9 г/см3, твердость — 3,5–4. По свойствам занимает среднее положение между кальцитом и магнезитом. Входит в состав мраморов. Образует породу с таким же названием.
Минералы группы сульфатов — гипс и ангидрит.
Гипс — CaSO4 х2H2О — имеет среднюю плотность 2,3 г/см3, твердость — 1,5–2,0, цвета — белый, серый, красноватый. Строение — кристаллическое. Хорошо растворяется в воде. Образует породу — гипсовый камень.
Ангидрит — CaSO4 — имеет среднюю плотность 2,9–3 г/см3, твердость — 3–3,5, строение — кристаллическое. При насыщении водой переходит в гипс.
Горные породы