ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет», Россия
При взаимодействии грунтов с водой в статических условиях их водопрочность характеризуется размокаемостью и потерей прочности при замачивании (размягчаемостью).
Коэффициент размягчаемости – показатель водоустойчивости скальных и полускальных горных пород, численно равный отношению временного сопротивления сжатию образца породы после насыщения водой к временному сопротивлению сжатию образца до насыщения водой:
.
Данная характеристика является классификационной для скальных и полускальных грунтов. При К sat 0,9 порода водоустойчива, при К sat = 0,7-0,8 имеет пониженную водоустойчивость, у пород слабоводоустойчивых К sat 0,5, у пород, которые при насыщении водой расслаиваются и распадаются на обломки К sat = 0.
Размягчаемость грунтов является косвенным показателем их способности сопротивляться выветриванию и воздействию замерзающей воды. Все сильно размягчающиеся породы быстро выветриваются и не обладают значительной морозостойкостью.
Для определения размягчаемости белого писчего мела проводились испытания на одноосное сжатие с образцами цилиндрической формы при примерно одинаковом отношении . Всего было испытано более 10 образцов в воздушно-сухом состоянии и более 30 образцов после водопоглощения.
Испытания на одноосное сжатие проводились в лаборатории механических свойств горных пород Центра инженерных изысканий СПГГИ и в лабораториях НИУ «БелГУ»: в лаборатории механических испытаний ЦКП «Диагностика структуры и свойств наноматериалов» и в лаборатории механики грунтов кафедры инженерной геологии и гидрогеологии.
Испытывались образцы мела массивной текстуры. Средние значения физических характеристик исследуемых образцов составили следующие значения:
- влажность на границе текучести WL – 34,03%
- влажность на границе раскатывания Wp – 23,18%
- число пластичности IP – 10,85%
- плотность в воздушно-сухом состоянии d – 1,35 г/см 3
- плотность твердых частиц s – 2,70 г/см 3
- коэффициент пористости e – 1,00 д.е.
- пористость n – 50,2%
- плотность после водопоглощения – 1,85 г/см 3
- влажность после водопоглощения W – 36,00%
- коэффициент водонасыщения Sr – 0,97 д.е.
Влажность образцов после 5-суточного водопоглощения составила 35,4% ( – 1,84 г/см 3 Sr – 0,96), после 50 суток – 38,2% ( – 1,86 г/см 3 Sr – 1,0).
Высушенные и взвешенные образцы мела укладывали в емкость с дистиллированной водой. При этом уровень воды в емкости поддерживали выше верха образцов не менее 2 см. В таком положении образцы выдерживали в воде 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 45 и 50 суток. По каждому временному промежутку выдерживали не менее 3 образцов.
В процессе водопоглощения 2 образца раскололись на две половины по трещине, у 2 образцов на поверхности образовались каверны диаметром до 1 см.
После водопоглощения образцы вынимали из воды, обтирали, взвешивали, вычисляли водопоглощение и проводили испытания на одноосное сжатие для определения предела их прочности R сж . МПа.
Результаты одноосных испытаний мела для определения предела прочности на сжатие R сж оказались следующие (рис. 1):
- в воздушно-сухом состоянии R сж – 2,28 МПа
- 2 суток водопоглощения R сж – 1,10 МПа
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МЕЛА
Мел относится к жестким палускальным породам. Его прочность во многом зависит от влажности. Временное сопротивление сжатию в воздушно-сухом состоянии изменяется от 1000 до 4500.
Сухой мел имеет модуль упругости от 3000 МПа (для рыхлого мела) до 10000 МПа (для плотного) и ведет себя как упругое тело. Угол внутреннего трения мела равен, сцепление в условиях всестороннего сжатия достигает 700-800.
При увлажнении прочность мела начинает снижаться уже при влажности 1-2%, а при влажности 20-30% прочность на сжатие увеличивается в 2-3 раза, при этом появляются пластические свойства. Проявление вязко-пластических свойств природного мела с увеличением его влажности приводит к серьезным осложнениям в технологии при его переработке. От этого происходит налипание мела на элементы транспортных средств (ковш экскаватора, кузов самосвала, питатель, ленточный конвейер). Наблюдается залипание валковых зубчатых дробилок. Это приводит в некоторых случаях к отказу добычи мела с нижних обводненных горизонтов, хотя по качеству мел нижних горизонта относится к качественному мелу.
Природный мел практически не обладает морозостойкостью, после нескольких циклов замораживания и размораживания он распадается на отдельные кусочки размером 1-3 мм. Это явление в некоторых случаях является положительным фактором. Так, например, при использовании мела в качестве мелиоранта для раскисления почвы не обязательно его измельчать до крупности - 0,25 мм (известняковая мука), а можно вносить в почву дробленый мел до - 10 мм. При замораживании и размораживании с ежегодным перепахиванием почвы кусочки мела разрушаются и его действия по нейтрализации почвы сохраняются длительное время.
Как уже отмечалось, мел состоит в основном из двух основных частей - карбонатная часть, растворимая в соляной и уксусной кислотах (карбонаты кальция, магния) и некарбонатная часть (глины, мергели, кварцевый песок, окислы металлов и др.) которые не растворяются в указанных кислотах. Карбонатная часть мела на 98-99% состоим из карбоната кальция. В небольшом количестве присутствуют карбонаты магния. которые образуют рассеянные в основной массе мела кристаллы магнезиального кальцита, доломита и сидерита.
Наиболее приемлемой является классификация по содержанию карбонатов и маркам продуктов из мела.
Классификация мела по содержанию карбонатов и маркам продуктов из него
Химическая характеристика мела некоторых месторождений России приведена в табл.4. Первоначально считалось, что мел это горная масса. которая по химическому составу и физическим свойствам одинакова по всему месторождению. Однако при длительной эксплуатации месторождения и особенно при переходе мелового предприятия на выпуск более качественной меловой продукции было установлено, что на различных участках (горизонтах) мел отличается как по химическому составу, так и по физико-механическим свойствам. В этой связи на некоторых месторождениях мела проводится геолого-технологическое картирование, при котором обозначаются участки качественного мела.
Месторождения мела Белгородской области отличаются низким содержанием нерастворимого остатка и высоким содержанием карбонатов. В таблице 1.5 приведены запасы и химический состав наиболее крупных месторождений Белгородской области.
Карбонат кальция (мел) в современной мировой индустрии является широко используемым материалом. Развитие отраслей резинотехнической и электротехнической, полимерной, лакокрасочной и др. промышленностей требует увеличения выпуска качественных наполнителей, к которым в первую очередь относится мел. Ежегодное потребление природного мела в кусковом, дробленом и измельченном виде в развитых странах превышает 150 млн.т. В США и Канаде ежегодно производится свыше 7,5 млн. т. молотого мела и более 15 млн. т. в Европе.
Мел как широко доступный наполнитель приобретает исключительно важное значение для многих производств. Отличительная особенность этого природного материала связана с тем, что он легко добывается и перерабатывается при относительно небольших затратах. Добыча и переработка мела не вызывает серьезных экологических нарушений. Запасы мела практически неограниченны во многих Европейских странах, странах бывшего СНГ и в России.
Мощный меловой пояс простирается через весь Европейский континент, включая север Франции, южную часть Англии, Польшу, проходит через Украину, Россию и смещается в Азию - Сирию и Ливийскую пустыню.
Запасы мела распределены по территориям неравномерно: около 48 - 50 % запасов качественного мела с высоким содержанием карбоната кальция и магния, минимальным содержанием вредных примесей сосредоточены в России около 32 - 33 % на Украине и немногим более 12 % в Белоруссии. Имеются небольшие по запасам месторождения в Казахстане, в Литве и Грузии. Общие балансовые запасы мела в России оцениваются в 3300 млн. т. при неограниченных прогнозных запасах.
Белгородская область имеет практически неограниченные прогнозные ресурсы мела. Всего в области разведано 29 месторождений мела с суммарными запасами 1000 млн. т. Наиболее крупными месторождениями мела являются Лебединское, Стойленское и Логовское. При этом на Лебединское и Стойленское месторождения приходится 75 % разведанных запасов мела Белгородской области. Эти два месторождения эксплуатируются по добыче железных руд, где мел является вскрышной породой.
Ежегодно на перечисленных месторождениях добывается и вывозится в отвалы свыше 15 млн. т. мела, где он безвозвратно теряется. Только незначительная его часть (около 5,0 млн. т.) используется для производства цемента и получения молотого мела. Помимо традиционных потребителей мела за последние годы появились новые потребители, такие как целлюлозно-бумажная промышленность, где вместо каолина начали применять высокодисперсный мел. Также мел начали применять для раскисления кислых почв, было доказано, что его активность на 30 % выше, чем у известковой муки.
Мел карбонатная порода (разновидность известняка) почти полностью сложенная кальцитом (91-98,5%). Внешне это белая слабо цементированная, тонкозернистая, пачкающаяся порода, именуемая белый писчий мел. В составе мела различают три основных форменных элемента кальцитового состава как биогенного, так и аутогенного происхождения. Органические остатки слагают обычно большую часть породы (до 75 %). В главной массе они представлены скелетными оболочками планктонных водорослей-кокколитофоридов, а также фораминифер (иногда до 40 %). Размер скелетных остатков составляет 5-10 мкм. Переменное, но иногда существенное значение (10-90%) имеет порошкообразный кальцит с частицами размером 0,5-2 мкм. Меньшее развитие принадлежит более крупным (5-10 % мкм.) хорошо Нограниченным кристаллам кальцита. Встречаются раковины иноцерамов (местами до 13 -20 %), остатки криноидей, морских ежей, кораллов. В незначительном количестве, обычно до 5, реже до 10-12 % присутствуют пелитоморфные некарбонатные примеси, в основном терригенного, реже аутогенного происхождения: кварц, полевые шпаты, глинистые минералы (глауконит, каолинит, гидрослюда, монтмориллонит), опал, халцедон, пирит и др. Местами встречаются конкрекции кремня.
В меловых толщах наблюдается развитие крупных выдержанных трещин - пластовых и вертикальных, заполненных меловой мукой. На поверхностных выходах сеть трещин сильно сгущается. При пропитке образцов мела маслом в них проявляются скрытые жильчатые структуры в виде переплетающихся мельчайших трещин, а также следы многочисленных ходов червей - илоедов.
Накопления белого писчего мела являются специфической особенностью позднемеловой эпохи и встречаются почти во всех ярусах верхнего мела, начиная от сеномана и до масстрахта включительно. Мелоподобные известняки распространены в третичных отложениях, в палеозое меловые накопления не сохраняются, преобразуясь в различные известняки. Возможности промышленного использования мела определяются как составом слагающих его компонентов, так и их структурными особенностями, от которых в основном зависят физико-механические свойства породы. Мел в своей основе - мономинеральная порода биохимогенного происхождения, сложенная кальцитом - CaCO3.
В составе этого минерала теоретически содержатся 56,03 % CaO и 43,97 % СО2. Кальцит кристаллизуется в тригональной сингонии. Спайность совершенная по ромбоэдру. Твердость по шкале Мооса 3, плотность 2,72 г/ м3. Основной диагностический признак- вскипание от капли соляной кислоты (5-10 %), тем более бурная, чем меньше зерна кальцита. Цвет кристаллов бесцветный, белый. При нагревании на воздухе кальцит диссоциирует при температуре 800-900 С.
Процентное содержание в меле карбонатов характеризует его качества, определяет технологию производства и пригодности меловой продукции для различных отраслей народного хозяйства. Изучению минералогического состава и текстурно-структурных составляющих посвящено много работ. По химическому составу меловые породы более однородны на месторождении и отличаются по основным составляющим элементам в незначительных пределах.
Карбонатная часть мела состоит из трех групп компонентов: органических остатков (растительные, животные) кристалликов кальция с четко выраженными гранями порошкового кальцита.
Органические остатки - это основная составляющая мела и состоит из планктонов, кокколитофорид, фораминифер и др. Кокколитофориды- это одноклеточные известковые водоросли, от которых в теле сохранились кокколиты и рабдолиты. Последние в меле встречаются очень редко.
Кокколиты самой различной плоской формы и размеров, в пределах 2-5 мкм, есть во вех известковых отложениях мелового периода Днепровско-Донецкой впадины, чаще в виде плоских пластинок, блюдец, выпуклых дисков, иногда попарно соединенных перемычкой. Рабдолиты имеют вытянутую форму: форму трубочек, стерженьков, столбиков или палочек иногда с диском или раструбом на конце. Их содержание достигает 50 %. Порошковый кальцит-одна из составных частей мела и мергелей, его содержание в некоторых меловых породах достигает 60 %.
Некарбонатная часть чаще всего в меле представлена кварцем, полевыми шпатами, опалом, халцедоном и др. Содержание некарбонатных пород невелико, но они значительно усложняют технологию получения высококачественного мелового порошка.
Природный мел по физико-структурным признакам и составу подразделяются на 4 типа, характеристика которых приведена в таблице 1.1.
Таблица 1.1.
Классификация меловых пород.
Ответы и объяснения 1 выйти
Бу́рый у́голь (лигни́т) — твёрдый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65—70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей.Бурый уголь является в виде плотной, землистой, деревянистой или волокнистой углистой массы с бурой чертой, со значительным содержанием летучих битуминозных веществ. В нём часто хорошо сохранилась растительная древесная структура излом раковистый, землистый или деревянный цвет бурый или смоляно-чёрный легко горит коптящим пламенем, выделяя неприятный своеобразный запах гари при обработке едким калием дает темно-бурую жидкость. При сухой перегонке образует аммиак, свободный или связанный с уксусной кислотой. Удельный вес 0,5—1,5. Бурые угли приурочены преимущественно к нижним отделам третичной системы,почему олигоцен получил даже название «буроугольной формации», и встречаются в большом количестве также и в мезозойских отложениях.
Известня́к (ракушечник) — осадочная горная порода органического, реже хемогенного происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция в форме кристаллов кальцита различного размера.
Известняк, состоящий преимущественно из раковин морских животных и их обломков, называется ракушечником (ракушняком).Входящий в состав известняка карбонат кальция способен растворяться в воде, а также медленно разлагаться на углекислый газ и соответствующие основания первый процесс — важнейший фактор образования карста, второй, происходящий на больших глубинах под действием глубинного тепла земли, даёт источник газа для минеральных вод.При метаморфизме известняки перекристаллизуются и образуют мраморы.Известняк — широко распространённая осадочная порода, образующаяся при участии живых организмов в морских бассейнах. Это мономинеральная порода, состоящая из кальцита с примесями. Название разновидности известняка отражает присутствие в нём остатков породообразующих организмов, район распространения, структуру (оолитовые), примесей (железистые), характер залегания (плитняковые), геологический возраст (триасовые).
Мел. Основу химического состава мела составляет карбонат кальция с небольшим количеством карбоната магния, но обычно присутствует и некарбонатная часть, в основном оксиды металлов. В составе мела обычно находится незначительная примесь мельчайших зёрен кварца и микроскопические псевдоморфозы кальцита по ископаемым морским организмам (радиолярии и др.) Нередко встречаются крупные окаменелости мелового периода: белемниты, аммониты и др. Кальций и магний относятся к семейству щелочноземельных металлов, которые составляют подгруппу периодической системы элементов.
Мел имеет высокое содержание (до98,5%) и низкое содержание некарбонатных примесей – менее 2%, обогащен амфорным кремнеземом, принесенным, очевидно, из сантонских отложений. Залегает мел в непосредственной близости к поверхности и прикрыт элювием мела или четвертичными отложениями.
Мел алгем состав. Изучение состава школьного мела
РЕСПУБЛИКАНСКИЙ КОНКУРС НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ОБУЧАЮЩИХСЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ ИМЕНИ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ
ШКОЛЬНОГО МЕЛА
Авторы:
Влияние школьного мела на здоровье учеников и учителей………………..
Заключение………………………………………………………………………………
Список источников………………………………………………………………………
ВВЕДЕНИЕ
Во всем мире не найдется человека, который бы за свою жизнь не столкнулся с мелом. В миллионах классов на Земле школьники пишут мелом на доске. А что бы делал учитель без мела?
Не все знают, что вначале мел был животным. В водах океанов существуют различные виды мельчайших растений и животных. Одним из них является одноклеточное существо под названием «фораминифера» с панцирем из извести. Отмирая, они опускаются на океанское дно. Со временем образуется толстый слой из этих панцирей. Конечно, на это уходят миллионы лет. Постепенно этот слой цементируется и превращается в мягкий карбонат кальция, который мы называем мелом.
В настоящий момент еще не найдена альтернатива известкового мела (восковый мел не подходит для использования на школьных досках). Сейчас в школах появляются интерактивные, маркерные доски и другие средства обучения. Однако школьный мел как существовал много сотен лет в школах, так и остался до сих пор. Поэтому, мы считаем, что исследование состава, качества школьного мела и его влияния на здоровье людей актуально и практически значимо.
Проблема: низкое качество школьного мела может привести к заболеваниям учащихся и педагогов.
Цель: Изучение физических и химических свойств и влияние на организм человека школьного мела.
Задачи:
Собрать достоверную информацию о происхождении, составе, свойствах и применении школьного мела.
Провести эксперименты по изучению качественного и количественного состава различных сортов школьного мела, пригодности для использования.
Оценить влияние мела на здоровье человека.
В ходе работы использованы следующие методы исследования:
- поиск и анализ достоверной информации из достоверных источников
- химический эксперимент
- привлечение экспертов
- анкетирование
При выполнении исследовательской работы проведен обширный химический эксперимент, результаты которого обработаны методами математической статистики, проведено анкетирование учителей и проанализированы результаты.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ МЕЛА
Мел — белая горная порода, мягкая и рассыпчатая. Мел не растворяется в воде.
Основу химического состава мела составляет карбонат кальция с небольшим количеством карбоната магния, но обычно присутствует и некарбонатная часть, в основном оксиды металлов. В составе мела обычно находится незначительная примесь мельчайших зёрен кварца и микроскопические псевдоморфозы кальцита по ископаемым морским организмам (радиолярии и др.) Нередко встречаются крупные окаменелости мелового периода: белемниты, аммониты и др. [6] Его элементы относятся к семейству щелочноземельных металлов, которые составляют подгруппу периодической системы элементов. Мел, которым мы пишем на доске, состоит преимущественно из раковинок морских корненожек. В океанах и морях оседают на дно раковины отмерших корненожек. За тысячи и миллионы лет скопляются громадные толщи раковинок, которые впоследствии при геологических перемещениях земной коры могут оказаться на суше в виде меловых и известковых гор (например, на Украине). Таким образом, ничтожно малые по своим размерам и грандиозные по своей массовости простейшие входят в состав земной коры.
Сотни лет человек использует мел для различных целей. Мел, которым мы пользуемся в классе, смешивают со связующими примесями, чтобы он не крошился. Лучший мел для школы на 95%состоит из мела. Добавляя различные красители, можно получить мел любого цвета. Мел используется для письма на больших досках для общего обозрения (например, в школах). Формованный школьный мелок на 40 % состоит из мела (карбонат кальция) и на 60 % из гипса (сульфат кальция). [4]
Мел — необходимый компонент «мелованной бумаги», используемой в полиграфии для печати качественных иллюстрированных изданий. Молотый мел широко применяется в качестве дешёвого материала (пигмента) для побелки, окраски заборов, стен, бордюров, для защиты стволов деревьев от солнечных ожогов.
Мел применяют в лакокрасочной промышленности (белый пигмент), резиновой, бумажной, в сахарной промышленности — для очистки свекловичного сока, для производства вяжущих веществ (известь, портландцемент), в стекольной промышленности, для производства спичек. В этих случаях обычно используют так называемый мел осаждённый, полученный химическим путём из кальцийсодержащих минералов.
При недостатке кальция медицинский мел может быть прописан как добавка к пище.
Мел в числе других карбонатных пород в стекольном производстве применяется в качестве одного из компонентов шихты при варке стекла, вводимого в шихту в порошковом виде в количестве до 30 % от объема последней. Мел придает стеклу термическую стойкость, механическую прочность, устойчивость против химических реагентов и выветривания.[1]
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕЛА
