Минеральный состав гранита, самого распространенного полезного ископаемого на Земле

Минеральный состав гранита, самого распространенного полезного ископаемого на Земле.

Стоит ли говорить, что гранит – это горная порода, одно из самых главных полезных ископаемых, которое активно используется сейчас в мире. Строительство, ландшафтное оформление, искусство – он нашел свое место в огромных отраслях жизни человека. Он не имеет замены, но учитывая его мультифокальный набор элементов, какой минерал не входит в состав гранита, какие его свойства, какова история происхождения – все это можно узнать в нашей статье.

Каков же химический состав гранита?

Формула гранита: CaCO3

В образовании гранитного массива, прочнейшей горной породы после алмаза, корунда и топаза, участвует множество химических элементов, среди которых выделяют основные, определяющие состав гранита:

  • Железо
  • Калий
  • Марганец
  • Алюминий
  • Кремний
  • Натрий
  • Кальций
  • Кислород
  • Водород

Средний химический состав гранита по Р. Дэли (%): SiO2 — 70,18; TiO2 — 0,39; Al2О3 — 14,47; Fe2О3 — 1,57; FeO — 1,78; MnO — 0,12; MgO — 0,88; CaO — 1,99; Na2О — 3,48; К2О — 4,11; Н2О — 0,84; Р2О5 — 0,19. Выделяют серии гранита: калиевые (Na2О: К2О менее 0,4), калиево-натриевые (0,4-4,0) и натровые.

Плотность невыветрелого гранита 2530-2720 кг/м 3 , пористость 0,2-4%, водопоглощение 0,15-1,30%, сопротивление сжатию 100-300 МПа.

Полевые шпаты

Это силикатные кристаллические соединения, которых в земной коре может содержаться до 50%, причем по большей части — в составе других пород.

Единой формулы они не имеют, и делят их по категориям исходя из наличия в кристаллической решетке тех или иных атомов металлов. По этому признаку различают плагиоклазы, калиевые и калиево-бариевые полевые шпаты.

В группу плагиоклазов входят:

  1. альбит NaAlSi₃O₈;
  2. олигоклаз CaAl₂Si₂O₈ и NaAlSi₃O₈ в пропорции 3:7;
  3. андезин с тем же составом в пропорции 1:1;
  4. лабрадор, состав тот же, пропорция — 7:3;
  5. битовнит, 9:1;
  6. анортит, чистый CaAl₂Si₂O₈.

В магматических горных породах плагиоклазы первыми формируют кристаллические решетки, и зачастую именно из них состоит бо́льшая часть породы. Калиевые полевые шпаты менее разнообразны по химическому составу, они имеют одну и ту же формулу — KAlSi₃O₈.

Разнообразие заключается в строении кристаллической решетки, и она в разных модификациях дает следующие минералы:

  1. ортоклаз;
  2. адуляр (лунный камень);
  3. микроклин;
  4. санидин.

Калиевые полевые шпаты более устойчивы, чем плагиоклазы, но, как и они, под воздействием эрозии становятся глиной. При замене некоторых атомов калия на барий получаются калиево-бариевые шпаты, но это редкое явление.

В составе гранита эти минералы составляют от 60 до 65%, и именно от них зависит цвет этой горной породы. Плагиоклазы придают камню серый цвет, калиевые соединения — розовый. Желтый, зеленый и голубой цвет придают камню как посторонние включения, так и катионы металлов в шпатах — натрий, калий, кальций, магний и другие металлы в них взаимозаменяемы.

Кварц и его модификации

Содержание кварца в земной коре велико. В некоторых местах его доля в земной коре доходит до 60%. Знаком он каждому в виде песка, при очистке которого от примесей доля SiO₂ (химическая формула кварца) возрастает. Другое его название, часто встречающееся в литературе — кремнезем.

При такой простой формуле у этого соединения существует целых четыре типа полиморфных модификаций:

  1. псевдокубическая (кристобалит);
  2. гексагональная (тридимит);
  3. моноклинная сингония (коэсит);
  4. плотная октаэдрическая (стишовит).

Модификации даны в порядке возрастания давления нужного для их образования. Естественно, что в природе чаще встречаются первые два минерала. Последний из них — стишовит — был получен в лабораторных условиях и иногда обнаруживается в местах падения метеоритов.

Большие кристаллические тела в природе можно встретить нечасто, зато различные объемные конгломераты отличаются большим разнообразием. Так, кварц составляет основную массу таких минералов, как аметист, агат, халцедон, оникс, кошачий глаз, цитрин, гелиотроп и других. Но в виде вкраплений он встречается куда чаще.

Гранит включает в себя до 35% этого минерала. Среди всех его компонентов кварц — самый живучий: по мере разрушения породы полевой шпат превращается в глину, а песок остается.

Роль слюды в граните

Этого минерала до 10% в составе гранита, схема его расположения в массиве равномерная. Именно слюда придает этой породе прочность. В свободном виде слюда — полезное ископаемое, нашедшее свое место в радиопромышленности и электроэнергетике. Но чаще оно является составной частью природных конгломератов, играя в них цементирующую роль.

Уникальность слюды заключается в ее структуре. Микроскопически она представлена пакетами, упакованными в одном направлении, а связи между слоями этих пакетов относительно слабые. Этим объясняется слоистая структура минерала, его анизотропия. В состав слюд входят катионы металлов и гидроксогруппы, а основа у них алюмосиликатная.

Из чего состоит данная горная порода?

Из чего состоит этот горный материал? В составе гранита три главных компонента: полевой шпат, слюда и кварц.

Также в состав гранита входят следующие минералы:

  • плагиоклаз — входит в группу полевых шпатов;
  • калиевый полевой шпат — один из распространенных породообразующих минералов, гранит включает в себя вместе с плагиоклазом 60-65% этого элемента;
  • кварц — один из распространенных минералов, входит в большинство магматических и метаморфических пород, его разновидности являются полудрагоценными и поделочными камнями (горный хрусталь, аметист, оникс, агат), составляет 25-35%;
  • биотит — калий-алюминий-магний-железосодержащая слюда, составляет 5-10%.

Обработка камня

Камень очень прочный. Расколоть гранитный камень можно молотком, тесовиком, кувалдой. Можно разломить камень на две части, расколоть на несколько крупных частей, отбить некоторые части (околка) или подтесать, придав нужную форму, создав грани – ровные поверхности (граненый гранит).

Во время обработки для резки и шлифовки используют алмазные сверла. Исходнику легко придать нужную форму с помощью тески. Иногда требуется термообработка. Термообработанный гранит имеет шероховатую поверхность. Такую поверхность имеет и бучардированный гранит. Суть обработки состоит в ударно-вращательном воздействии специальных звездочек из твердых сплавов.

На карте условное обозначение гранита – крестики (плюсики) в рамке.

Также смотрите передачу про обработку:

Характеристики гранита

Гранит является одной из наиболее прочных, твердых и самых долговечных горных пород.

  • Плотность гранита – 3,17 г/см 3 ;
  • Удельный вес – 2,7 г/см 3 ;
  • предел прочности во время сжатия в водонасыщенном состоянии – 550 кг/см 2 ;
  • водопоглощение – 0,2%;
  • морозостойкость – 25;
  • коэффициент снижения прочности — 0,9;
  • твердость по шкале Мооса – 6-7;
  • истираемость – 1,4г/см 2 м.
Таблица 1. Свойства гранита

Характеристика Значение
Плотность, кг/м 3 2600-3000
Кратковременная прочность, МПа
При сжатии 150-300
При растяжении 3-5
При изгибе 35-50
Модуль упругости при изгибе, МПа×10 -4 4-6
Коэффициент Пуассона 0,25
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м °С) 3,5
Удельная теплоемкость, Дж/ (кг °С) 980
Температурный коэффициент линейного расширения, °С×10 6 7-19
Водопоглощение за 24 час, % 0,05-0,1
Относительная демпфирующая способность 0,6
Физические свойства
Цвет пёстрый, красный, розовый, серый
Твердость 5-7
Радиоактивность слабая GRapi
Электропроводность нет

Таким образом, данные свойства гранита обеспечивают материалу:

  • долговечность. Считается, что мелкозернистый камень способен прослужит более 500 лет, что дает ему право называться вечным камнем;
  • прочность. По данному показателю гранит уступает только алмазу. Также он не поддается сжатию и трению благодаря наличию в составе уже упомянутого кварца.
  • устойчивость к негативным воздействиям атмосферы. Камень абсолютно никак не изменяется при температуре от -60 0 С до +50 0 С. Кроме того, ученые выяснили, что многократное замерзание и оттаивание данного материала никоим образом не сказывается на его качестве, а также свойствах.
  • водонепроницаемость. Данное свойство обеспечивает камню морозостойкость. Это является очень важным аспектом при облицовке таких мест, как набережные.
  • экологическая чистота. Гранит не обладает радиоактивностью, в связи с чем, его использование доступно абсолютно при любых строительных и монтажных работах.
  • пожаростойкость. Температура плавления гранита превышает 700 0 С. Это является основной причиной, по которой гранит целесообразно использовать при облицовке зданий. Кроме того, что гранит обеспечивает надежную пожарную безопасность, он еще и придает зданию эстетически красивый внешний вид.
  • легкость обработки. Гранит отлично сочетается с абсолютным большинством стройматериалов, а также легко поддается шлифовке, резанию и другим видам обработки.
  • устойчивость к кислотам и грибковым образованиям.

Гранит химическая формула

Химический состав гранитного камня:

Гранит – это кислая магматическая интрузивная ( застывшая на глубине ) горная порода, имеющая кристаллически-зернистое строение структуры. Порода насыщена кремниевой кислотой и содержит различные щелочи, в меньшем количестве содержит железо, кальций и магний. Состоит из полевых шпатов, минералов из класса силикатов, (кислый плагиоклаз и калиевый полевой шпат) примерно на 60 %, кварца примерно до 35 % и темноцветных минералов (меленократовые, например биотит) до 10 %. Благодаря шпату формируется цвет гранита, благодаря кварцу – формируется такая характеристика как твердость. Наиболее часто встречаемая окраска гранита это светло-серая, более редкие красновато-розовые, жёлтые и даже зелёные оттенки этого природного камня. Кварц в граните находится в форме стекловидных и немного трещиноватых частиц-зерен. Чаще всего они бесцветны, но встречаются редкие образцы с голубоватым оттенком, который может повлиять на общий цвет породы. По типам кристаллической структуры гранитный камень разделяют на мелкозернистый (не больше 2 мм), среднезернистый (не более 25 мм) и крупнозернистый (более 5 мм), цветом от белого до серого, розового и красного, с характерно мерцающими вкраплениями полевого шпата. Преобладающее большинство образцов являются пестро окрашенными. На форму рисунка влияет как природное строение камня, так и направление, которое было выбрано при распиливании монолита, так и инструмент которым происходит распил камня на гранитные плиты, брусчатку или бордюр. Мелкозернистые граниты считаются самыми прочными и долговечными.

Гранит (на итальянском granito, от латинского слова granum — зерно). Гранит является наиболее распространённой горной породой на планете. Преимущество гранита – его природная твердость и высокая износостойкость, высокая плотность и разнообразная фактурная возможность при различной технике обработки. Гранитный камень почти в два раза прочнее мраморной породы (хотя и уступает ему в красоте), также как и мрамор он легко поддаётся полированию, имеет большую стойкость к резким перепадам температуры в отличии от мрамора, более стоек к механическим повреждениям и воздействию различных агрессивных сред (кислота) веществ. Так как гранит внешне массивен и ассоциируется с прочностью и долговечностью, то это отличный строительный материал для наружной отделки, при этом полученная полированием зеркальная поверхность сохраняется длительное время и может быть обновлена повторной полировкой. Своей прочностью, широким спектром цветов, гранит открывает строителям и архитекторам широкие возможности. Многие роскошные интерьеры, особенно старых европейских городов, не возможно представить без этого природного материала. Получаемая при производстве гранита или его обработке, рельефная фактура поверхности отлично подчеркивает монументальность зданий или памятников с одновременным достижением эффекта игры света и тени на поверхности, которая часто сочетается с блестящими вкраплениями пластинок слюды. Его большое разнообразие позволяет наполнить любое пространство неповторимым ощущением историчности и значимости, которое может быть холодным и теплым, скромным и ослепительно роскошным одновременно.

Физические свойства:

Гранит, обладает высокой устойчивостью к воздействию окружающей среды, в том числе агрессивных сред – атмосферных осадков и разных кислотосодержащих веществ. Выдерживает длительные циклы замораживания и оттаивания при различных перепадах температур, количество которых может достигать нескольких сотен раз.

Из основных характеристик гранита можно выделить:

Плотность – 3,17 г/см3

Объемная масса (удельный вес) – 2,7 г/см3

Предел прочности при сжатии (механическое напряжение при котором происходит разрушение):

– во влажном состоянии – 550 кг/см2

– в сухом состоянии – 604 кг/см2

Истираемость (способность материала изменяться в объёме и массе под действием истирающих усилии) – 1,4 г/см на м2

Водопоглощение ( способность материала или изделия впитывать и удерживать в порах и капиллярах воду ) – 0,2%;

Коэффициент снижения прочности – 0,9

Твердость по шкале Мооса (минералогическая шкала твёрдости) – 6-7

Добыча гранита:

Главной формой залегания являются батолиты (к рупный интрузивный массив, имеющий преимущественно секущие контакты и площадь более 100 км² ), которые представляют собой огромный массив площадью в несколько гектаров. Обычно порода залегает в виде даек (стена из камня), штоков(интрузивное тело, в вертикальном разрезе имеющее форму колонны) и других интрузивных тел ( геологическое тело, сложенное магматическими горными породами, закристаллизовавшимися в глубине земной коры ). Иногда встречается, что гранитная магма образовала послойные наслоения – инъекции. В этом случае гранит образует серию пластообразных тел, которые чередуются с метаморфическими и осадочными породами. Сегодня существует три основных способа – метод откалывания породы, метод взрыва и резка камня. Последний метод является наиболее популярным и дорогостоящим. Он позволяет избегать микротрещин и разрабатывать месторождения более оптимально, сохраняя гранитный камень в сохранности при добыче. При методе резки камня гранит вырезают блоками-глыбами, которые затем распиливают на плиты. Горно-геологические условия залегания гранитов позволяют добывать огромные монолитные блоки – объёмами до нескольких сотен м3 и весом в тысячи тонн, что невозможно для каких-либо других видов природного камня. Полученные блоки обтесывают-режут на штучный камень или применяют цельными в архитектуре. Камень повсеместно встречается в любом регионе планеты.

Особенности образования:

Природный камень гранит представляет собой кристаллическую зернистую массивную вулканическую породу, образовавшуюся в процессе медленного остывания и дальнейшего затвердения магматического расплава, который происходит большой глубине. Также происхождение гранита возможно при метаморфизме (горные породы, образованные в толще земной коры в результате метаморфизма, то есть изменения осадочных и магматических горных пород вследствие изменения физико-химических условий), то есть в процессе образования гранитизации разных пород. При этом очень часто гранитным массивам приписывают то метаморфическое происхождение, то магматическое, а чаще всего – смешанное.

Область применения гранитного камня:

Гранит это материал, использование которого насчитывает тысячи лет. Наиболее известные сооружения из гранита, которые сохранились до нашего времени – это конечно же:

Трилиты Стоунхенджа, весом более 50 тонн (Англия, ІІІ-IV тысячелетие до н.э.)

Обелиск Хатшепсут, весом 343 тонны и высотой 28,58м (Египет, XV в. до н.э.)

Баальбекский трилитон, весом более 1000 тонн (Сирия, І –ІІІ в. н.э.)

Изделия из гранита могут сохранять первоначальную форму в течение многих столетий.

Поскольку основными свойствами камня являются прочность и долговечность, то есть способность сохранять свою фактуру обработки и зеркальную поверхность длительное время, а также по причине трудно загрязняемой поверхности, гранит широко используется для внешней облицовки и отделки зданий и сооружений (цокольные плиты, парапеты и прочее.) и изделий для дорожно-уличного строительства (бордюрный камень, брусчатка, а также применяется в местах, которые имеют высокую проходимость (офисы, банки, различные общественные здания, рестораны, бары, пешеходные переходы и многое другое). Гранит это камень,с низким водопоглощением – он практически не впитывает воду. Из-за этого он обладают высокой морозостойкостью. Также, благодаря тому, что эти свойства гранита имеют такие качественнее показатели, его прекрасно используют и во время строительства портов и набережных, фонтанов, колон, перекрытий. В интерьере помещений гранит часто используют для отделки стен, из него изготавливают подоконники лестницы, балясины, урны, вазы, карнизы и другие сложно-профильные изделия. Также он устойчив перед резкими перепадами температур, что позволяет использовать его для приготовления кухонных столешниц, барных стоек. Последние достижения в обработке гранитного камня позволяют делать из него даже такие изделия как мойки. Срок службы которых и шумопоглощение не имеют себе равных.

Гранит применяется также для выполнения предметов монументального искусства – пьедесталы, колонны, постаменты, стилобаты ( верхняя поверхность ступенчатого цоколя ) и многих других.

Происхождение гранита

Гранит — интрузивная магматическая порода. Гранитный магматизм присущ зонам сталкивания континентальных плит, где мощность континентальной земной коры возрастает. Также граниты могут образоваться за счет перекристаллизации осадочных и других пород под воздействием высокой температуры, высокого давления и химически активных веществ. Этот процесс получил название «гранитизация».

Таким образом, граниты могут иметь магматогенное происхождение и могут образовываться за счет гранитизации. Формы залегания: большей частью батолиты, штоки, лакколиты, реже дайки значительной мощности. Формы отдельности: плитняковая, матрацевидная.

Минеральный состав гранита

Минералами принято называть однородные природные соединения (говоря простым языком, камни), имеющие в своем химическом составе только одно вещество.

В составе гранита мы находим:

Биотит — его меньше всего, от 5 до 10% от общей массы. Биотиты являются основным украшением гранитной породы: это знакомые всем блестящие слюды. Их вкрапления как раз и дарят взгляду волшебные переливы при изменении угла обзора. Формула биотита очень сложная, в его состав входят калий, марганец, железо, алюминий, водород и кислород.

В незначительном количестве в составе гранита встречается также мусковит (это тоже слюда) — камень самых разных оттенков, от молочно-желтого до серебристого и зеленого.

Кварц — те, кто хорошо помнит уроки химии, сразу скажут: это «природное стекло», или оксид кремния. Кварц составляет примерно 25-35% вещества гранитной породы.

Полевые шпаты — это собирательная группа, в которую входят кислые плагиоклазы и преимущественно калиевые полевые шпаты. Процентное содержание этой группы камней самое большое и составляет от 60 до 65%. В состав гранита минералы этой группы попали не зря: это наиболее распространенный камень, составляющий примерно 50% от всей массы земной коры.

Плагиоклаз — довольно интересный минерал в составе гранита. В чистом виде это камень с острыми косыми плоскостями спайности, благодаря чему греки его так и назвали: «косой камень». Формула его также очень интересна: Ca[Al2Si2O8]. Получается, большей частью это просто окислившиеся металлы и кремний.

Группа калиевых полевых шпатов — это четыре минерала, имеющих одинаковую формулу KAlSi3O8, но, благодаря разным условиям кристаллизации, получившим разную упорядоченность кристаллической решетки.

Что входит в состав гранита, можно примерно определить по его цвету и текстуре: ведь на каждом месторождении встречается абсолютно неповторимая горная порода со своим уникальным минеральным строением и химическим составом.

Виды гранита

Сегодня геологами выделяется несколько видов гранита, а именно:

  • аляскит, не содержит включений темного цвета;
  • лейкогранит, содержит небольшое количество включений темного цвета;
  • биотитовый гранит, содержит 6-8% биотитовых вкраплений темного цвета;
  • двуслюдяной гранит, содержит немного биотитовых и мусковитовых вкраплений;
  • роговообманковый или рогово-обманково-биотитовый гранит;
  • щелочной гранит, характеризуется эгириновыми включениями, а также вкраплениями щелочных амфибол, а также полевых шпатов.

Исходя из морфологических особенностей, различают такие породы гранита:

  • порфировидный гранит, его структура отличается содержанием удлиненных или же видоизмененных вкраплений (ортоклаз, микроклин, кварц), которые могут достигать размеров 5 – 10 см;
  • пегматоидный гранит, характеризуется равномерностью распределения зерен по всему объему с содержанием полевого шпата и кварца, размеры которых достигают 2 – 3 см;
  • порфировидный гранит, отличается наличием зерен красного ортоклаза (3 — 5 см), которые обрамляются олигоклазом, имеющего серый или зеленовато-серый оттенок;
  • гнейсовидный гранит – это гранит с мелкозернистой структурой, его особенность заключается в параллельном расположении чешуйчатых включений слюды, а также вкраплений роговой обманки.