Глина - Clay

Для использования в других целях см. Глина (значения).

Гей-Хед скалы в Виноградник Марты состоят почти полностью из глины.

Глина это разновидность мелкозернистого натурального почва материал, содержащий глинистые минералы.[1] Глины развиваются пластичность во влажном состоянии из-за молекулярной пленки воды, окружающей частицы глины, но становится твердой, хрупкой и непластичной при высыхании или стрельба.[2][3][4] Большинство чистых глинистых минералов имеют белый или светлый цвет, но природные глины имеют различный цвет от примесей, например красноватый или коричневатый цвет от небольшого количества оксид железа.[5][6]

Глина - самая древняя из известных керамика материал. Доисторические люди открыли полезные свойства глины и использовали ее для изготовления керамика. Некоторые из самых ранних черепков глиняной посуды были датированный примерно до 14000 г. до н.э.,[7] и глиняные таблички были первым известным средством письма.[8] Глина используется во многих современных промышленных процессах, таких как бумага изготовление, цемент производство и химия фильтрация. От половины до двух третей населения мира по-прежнему 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 как алевриты, так и глины, глины отличаются от других мелкозернистых почв различиями в размере и минералогическом составе. Илы, которые представляют собой мелкозернистые почвы, не содержащие глинистых минералов, обычно имеют более крупный размер частиц, чем глины. Смеси песок, ил и менее 40% глины называются суглинок. Почвы с высоким содержанием набухающие глины, которые представляют собой глинистые минералы, которые легко расширяются в объеме при поглощении воды, являются серьезной проблемой в гражданское строительство.[1]

Четвертичный глина в Эстония

Характеристики

Определяющими механическими свойствами глины являются ее пластичность во влажном состоянии и способность затвердевать при сушке или обжиге. Глины демонстрируют широкий диапазон содержания воды, в котором они очень пластичны, от минимального содержания воды (так называемый предел пластичности) до максимального содержания воды (так называемый предел жидкости).[10] Предел пластичности каолинитовой глины составляет примерно от 36% до 40%, а предел текучести составляет примерно от 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 водный алюминий филлосиликатные минералы, состоящий из ионов алюминия и кремния, связанных в крошечные тонкие пластинки, соединяя кислород и гидроксил ионы. 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 каолинит глины, связь между пластинами обеспечивается пленкой молекул воды, которые водородная связь 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 увлажнить глину, она снова станет пластичной. Когда глина обжигается до глиняная посуда этап, а реакция дегидратации удаляет лишнюю воду из глины, заставляя глиняные пластины необратимо сцепляться друг с другом за счет более прочного ковалентная связь, который укрепляет материал. Глинистый минерал, каолин, превращается в не глинистый материал, метакаолин, который остается твердым и твердым при повторном увлажнении. Дальнейшая стрельба через керамика и фарфор стадиях 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 (катионы ), например 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 ионный обмен.[12] Химический состав глинистых минералов, включая их способность удерживать питательные катионы, такие как калий и аммоний, важен для плодородия почвы.[13]

Глина - распространенный компонент осадочная порода. Сланец образован в основном из глины и является наиболее распространенным из осадочных пород.[9] Однако большинство глинистых отложений загрязнены. Многие природные отложения включают ил и глину. Глины отличаются от других мелкозернистых почв различиями в размерах и минералогии. Илы, которые представляют собой мелкозернистые почвы, не содержащие глинистых минералов, обычно имеют более крупный размер частиц, чем глины. Однако существует некоторое совпадение размеров частиц и других физических свойств. Различие между илом и глиной зависит от дисциплины. Геологи и почвоведы обычно считают, что разделение происходит при размере частиц 2 мкм (глины мельче ила), седиментологи часто используют 4–5 мкм, и коллоид химики используйте 1 мкм.[2] Инженеры-геотехники различать илы и глины, основываясь на пластических свойствах почвы, измеряемых почвами ' Пределы Аттерберга. ISO 14688 классифицирует частицы глины как имеющие размер менее 2 мкм, а частицы ила как более крупные. Смеси песок, ил и менее 40% глины называются суглинок.

Некоторые глинистые минералы (например, смектит ) описываются как набухающие глинистые минералы, потому что 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 «попкорн» в глинистых отложениях. Почвы, содержащие набухающие глинистые минералы (например, бентонит ) представляют собой серьезную проблему для гражданского строительства, поскольку разбухающая глина может разрушить фундамент зданий и разрушить дорожное полотно.[1]

Формирование

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

Глинистые минералы чаще всего образуются в результате длительного химического выветривание силикатсодержащих пород. Они также могут формироваться локально из гидротермальный Мероприятия.[14] Химическое выветривание происходит в основном за счет кислотный гидролиз из-за низкой концентрации угольная кислота, растворяется в дождевой воде или выделяется корнями растений. Кислота разрывает связи между алюминием и кислородом, высвобождая ионы других металлов и кремнезем (в виде геля из ортокремниевая кислота ).)[15]

Образовавшиеся глинистые минералы зависят от состава нефтематеринской породы и климата. Кислотное выветривание полевой шпат -богатые породы, такие как гранит, в теплом климате производит каолин. Выветривание той же породы в щелочных условиях приводит к иллит. Смектит формы при выветривании вулканическая порода в щелочных условиях, а гиббсит образуется при интенсивном выветривании других глинистых минералов.[16]

Есть два типа глинистых отложений: первичные и вторичные. Первичные глины образуются в виде остаточных отложений в почве и остаются на месте образования. Вторичные глины - это глины, которые были перенесены с их первоначального местоположения в результате водной эрозии и депонированный в новом осадочный депозит.[17] Вторичные глинистые отложения обычно связаны с очень низким энергопотреблением. осадочные среды такие как большие озера и морские бассейны.[14]

Разновидности

Основные группы глин включают каолинит, монтмориллонит -смектит, и иллит. Хлорит, вермикулит,[18] тальк, и пирофиллит[19] иногда также классифицируются как глинистые минералы. Существует около 30 различных типов «чистых» глин в этих категориях, 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 дифракция рентгеновских лучей а не химические или физические тесты.[21]

Варве (или же полированная глина) представляет собой глина с видимыми годовыми слоями, которые образованы сезонным отложением этих слоев и отмечены различиями в эрозия и органическое содержание. Этот вид депозита распространен в бывших ледниковые озера. Когда мелкие отложения попадают в спокойные воды бассейнов этих ледниковых озер вдали от береговой линии, они оседают на дно озера. Полученная сезонная слоистость сохраняется в равномерном распределении полосчатости глинистых отложений.[14]

Быстрая глина уникальный тип морская глина коренные жители ледниковых территорий Норвегия, Канада, Северная Ирландия, и Швеция.[22] Это очень чувствительная глина, склонная к разжижение, который был замешан в нескольких смертоносных оползни.[23]

Историческое и современное использование

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

Глины используются для изготовления керамика, как утилитарные, так и декоративные, и строительные изделия, такие как кирпич, стены и напольная плитка. Различные типы глины, когда используются 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 центральных Хонсю, Япония. Они связаны с Jōmon культуры, и извлеченные отложения были датированный примерно до 14000 г. до н.э.[7] Кастрюли, предметы искусства, посуда, курительные трубки, и даже музыкальные инструменты такой как окарина все можно вылепить из глины перед обжигом.

Глиняные таблички были первым известным письменным средством.[8] Писцы писали, подписывая их клинопись сценарий с использованием тупого тростник называется стилус. В качестве стропа боеприпасов.[24] Глина используется во многих промышленных процессах, таких как бумага изготовление, цемент производство и химия фильтрация.[25] Бентонит глина широко используется в качестве связующего для форм при изготовлении отливки из песка.[26][27]

Глина, будучи относительно непроницаемый в воду, также используется там, где природные уплотнения необходимы, например, в ядрах плотины, или как барьер в свалки от просачивания токсичных веществ (облицовка полигона, желательно в сочетании с геотекстиль ).[28] Исследования в начале 21 века исследовали глиняные поглощение емкости в различных приложениях, например, удаление тяжелые металлы от сточных вод и очистки воздуха.[29][30]

Медицинское использование

Традиционное использование глина как лекарство восходит к доисторическим временам. Примером является Армянский боле, который используется, чтобы успокоить расстройство желудка. Некоторые животные, такие как попугаи и свиньи, глотают глину по тем же причинам.[31] Каолиновая глина и аттапульгит использовались в качестве противодиарейных лекарств.[32]

Как строительный материал

Глиняное здание на юге Эстонии

Глина как определяющий ингредиент суглинок один из старейших строительные материалы на земной шар, среди других древних природных геологических материалов, таких как камень и органические материалы, такие 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, построенных из глины, часто обожженной в кирпич, как неотъемлемой части ее несущей конструкции.[нужна цитата ] Также является основным ингредиентом многих естественное здание техники, глина используется для создания саман, початок, дрова, и утрамбованная земля конструкции и строительные элементы, такие как мазанка, глиняная штукатурка, глина для штукатурки, глиняные полы и глина краски и керамический строительный материал. Глина использовалась как ступка в кирпиче дымоходы а каменные стены защищены от воды.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б c Olive et al. 1989 г..
  2. ^ а б Гуггенхайм и Мартин 1995 С. 255–256.
  3. ^ Центр научного обучения 2010.
  4. ^ а б Брейер 2012.
  5. ^ Кляйн и Херлбат 1993 С. 512-514.
  6. ^ Nesse 2000, pp. 252-257.
  7. ^ а б Scarre 2005, п. 238.
  8. ^ а б Эберт 2011, п. 64.
  9. ^ а б Боггс 2006, п. 140.
  10. ^ а б Морено-Марото и Алонсо-Азкарат 2018.
  11. ^ Белый 1949.
  12. ^ а б Бергая и Лагали 2006, стр. 1-18.
  13. ^ Ходжес 2010.
  14. ^ а б c Фоли 1999.
  15. ^ Лидер 2011 С. 5-11.
  16. ^ Лидер 2011 С. 10-11.
  17. ^ Мюррей 2002.
  18. ^ Nesse 2000, п. 253.
  19. ^ Кляйн и Херлбат 1993, стр. 514-515.
  20. ^ Кляйн и Херлбат 1993, п. 512.
  21. ^ Nesse 2000, п. 256.
  22. ^ Ранка и др. 2004 г..
  23. ^ Природные ресурсы Канады 2005.
  24. ^ Forouzan et al. 2012 г..
  25. ^ Nesse 2000, п. 257.
  26. ^ Бойлу 2011.
  27. ^ Эйзенхур и Браун 2009.
  28. ^ Кочкар, Акгюн и Актюрк 2005.
  29. ^ Гарсиа-Санчес, Альварес-Аюсо и Родригес-Мартин 2002.
  30. ^ Churchman et al. 2006 г..
  31. ^ Бриллиант 1999.
  32. ^ Даду и др. 2015 г..
  33. ^ Мрачный 2016.

Рекомендации

внешняя ссылка