Курсовая работа: Диатомит как природный наноматериал
Метаморфические породы образуются из магматических и осадочных пород, подвергшихся в недрах земной коры действию высоких температур, давлений и химически активных веществ.
Осадочные породы образуются в результате разрушения на поверхности Земли ранее сформировавшихся горных пород и. последующего накопления и преобразования продуктов этого разрушения. В образовании осадочных пород участвуют атмосферные агенты, гидросфера, органический мир.
Классификация осадочных горных пород
Осадочные породы по способу образования делятся на четыре группы: 1) обломочные; 2) органического происхождения; 3) химического происхождения; 4) смешанного происхождения. Породы органического и химического происхождения, кроме того, подразделяются по химическому составу (табл. 1): на карбонатные, галоидные, кремнистые и др. Смешанные породы (мергель, опока и многие другие) образуются за счет накопления осадков различного происхождения.
Кремнистые породы. Кремнистые породы образованы главным образом опалом химического или биологического происхождения (путем осаждения опаловых скелетов диатомовых водорослей, радиолярий и др.). Наиболее часто встречаются следующие породы: опока, трепел, диатомит.
Таблица 1
1.1 Стадии образования горных пород
Образование осадочных пород представляет собой сложный и длительный процесс. В образовании осадочных пород можно выделить следующие стадии: 1) гипергенез – образование исходного осадочного материала; 2) седиментогенез – накопление осадка; 3) диагенез – преобразование осадка в осадочную породу; 4) катагенез – изменение осадочной породы до начала метаморфизма или начала выветривания.
Первая стадия – гипергенез. Процесс формирования осадочной породы, начиная от образования исходного материала и кончая превращением осадка в породу, называется гипергенез, что означает «рождение породы».
Исходным материалом для формирования осадочных пород являются продукты разрушения магматических, метаморфических и ранее образовавшихся осадочных пород. Разрушение горных пород осуществляется в ходе таких процессов, как выветривание, эрозия и т.д. Основная масса продуктов разрушения возникает в результате выветривания, физического и химического.
Вторая стадия – седиментогенез. Одновременно с разрушением совершается перенос и переотложение образовавшихся продуктов или накопление осадка. Основная масса продуктов разрушения переносится текучими водами, ветром, ледниками, организмами. В процессе переноса обломочного материала происходит его механическая дифференциация по размерам частиц, плотности и составу.
Подавляющая масса осадков накапливается в конечных водоемах стока – озерах и главным образом в морях. Такие осадки называют субаквальными. Однако накопление осадков может происходить и на участках суши вне водной среды, такие осадки называют субаэральными. Значительную роль в осаждении растворенных веществ играют организмы, которые при жизни извлекают минеральное вещество из воды для постройки своего скелета, а после смерти отлагают его на дне бассейна, образуя биогенные осадки. Породы биогенного происхождения встречаются только в толщах субаквальных отложений. На стадии седиментогенеза закладываются такие важнейшие черты осадка, как его химический и минеральный состав, размер и форма слагающих его частиц, наличие слоистости и т. п., которые затем наследуются породой.
Третья стадия – диагенез. Диагенез – совокупность процессов, преобразующих осадок в осадочную породу. Свежее сформированные осадки представляют собой рыхлые, сильно обводненные тела. Помимо минеральных веществ, в осадке присутствуют органическое вещество в виде остатков погибших организмов и живое бактериальное население. Важнейшим свойством такого осадка является отсутствие физико-химического равновесия между слагающими его твердыми, жидкими и газообразными компонентами. Это свойство является основным фактором диагенеза, т. е. главной причиной тех процессов, которые протекают в осадке и в ходе которых он превращается в породу.
Первый идет процесс уничтожение в осадке свободного кислорода в результате жизнедеятельности бактерий и разложения органического вещества. После начинается реакция гидроокислов Мg, С и сульфатов. Одновременно некоторые минералы, находящиеся в твердой фазе, постепенно растворяются, достигая стадии насыщенных растворов. В ходе этих процессов состав вод, насыщающих осадков, первоначально не отличающийся от состава вод бассейна седиментации, резко меняется. Они обогащаются С02 , Н2 О, СН4 , теряют кислород и сульфаты, резко повышают свой щелочной резерв.
После идет образовании диагенетических минералов. Сочетания некоторых ионов, находящихся в водах осадка, достигают стадии насыщения раствора тем или иным веществом, которое и выделяется в твердую фазу, образуя минерал. Диагенетические минералы, вначале распределенные в осадке более или менее равномерно, начинают перераспределяться. В процессе диагенетического перераспределения происходит выравнивание геохимической обстановки во всем объеме осадка. Осадок становится породой.
Четвертая стадия – катагенез. Катагенез – совокупность процессов, изменяющих осадочную породу в период ее существования до начала метаморфизма или выветривания. На этой стадии осуществляется дальнейшее уплотнение осадочных пород, изменение их минералогического состава и структуры под влиянием увеличивающихся с глубиной температурой и давлением.
В условиях нисходящих тектонических движений земной коры в равной мере проявляются все три фактора катагенеза, под действием которых происходят уплотнение и обезвоживание пород, растворение одних минералов и образование других, перекристаллизация минералов.
Влияние давления проявляется в уплотнении и обезвоживании пород. Уплотнение совершается под действием гидростатического давления (давления вышележащих толщ), которое возрастает с увеличением глубины залегания пород. В результате сокращается первоначальный объем нового пространства породы, что в свою очередь приводит к сжатию содержащихся в ней вод, которые мигрируют в вертикальном или горизонтальном направлении.
Подземные воды, осуществляют принос и вынос вещества в пределах пласта. С погружением на глубину закономерно изменяются солевой состав и общая минерализация подземных вод.
Совместным влиянием давления, температуры и подземных вод обусловлены процессы перекристаллизации на стадии катагенеза. В результате перекристаллизации размер слагающих породу кристаллических зерен увеличивается, сокращается количество межзерновых контактов, что ведет к дальнейшему уплотнению породы.
Пятая стадия – метагенез. Это стадия глубоких преобразований осадочных пород в земной коре. Некоторые исследователи рассматривают эту стадию как начальную ступень метаморфических процессов.
2. ДИАТОМИТ
Диатомит (от позднелат. Diatomeae – диатомовые водоросли), инфузорная земля, кизельгур, горная мука – осадочная горная порода, состоящая преимущественно из скопления кремнеземных панцирей диатомовых водорослей, некогда обитавших в древних морях; обычно рыхлая или слабо сцементированная, светло-серого или желтоватого цвета. В различных количествах в диатомите встречаются шарики (глобулы) опала, не имеющие органогенной структуры, а также обломочные и глинистые минералы. Химически диатомит на 96% состоит из водного кремнезёма (опала). Диатомит обладает большой пористостью, способностью к адсорбции, плохой тепло- и звукопроводностью, тугоплавкостью и кислотостойкостью.
Диатомит как вид продукции вырабатывается путем усреднения горной породы, добытой из разных горизонтов и уступов, ее складирования и естественной просушки.
Средняя плотность диатомитов в сухом состоянии колеблется в пределах от 0,15 до 0,6 г/см3 . Истинная плотность диатомитов – 1,8–2,0 г/см3 .
Диатомит используется как адсорбент и фильтр в текстильной, нефтехимической, пищевой промышленности, в производстве антибиотиков, бумаги, различных пластических материалов, красок; как сырьё для жидкого стекла, глазури, теплоизоляционного кирпича и др.; в качестве строительных тепло- и звукоизоляционных материалов, добавок к некоторым типам цемента; полировального материала (в составе паст) для металлов, мраморов и т.д.; как инсектицид, вызывающий гибель вредителей и т. д.; в качестве носителя катализаторов, в качестве наполнителя в чистящих и абсорбирующих средствах, удобрениях; и пенодиатомитовая крошка; для производства товарного бетона, строительных растворов и сухих строительных смесей различного назначения.
Небольшие размеры отдельных скелетов (до 1 мм диаметром) и за наличия у панцирей тонкой и правильной структуры с размером отдельных частей порядка 100 нм длительное время использовались в качестве тестов для настройки (проверки разрешающей способности) оптических микроскопов, пока не появились специальные пластинки с делениями.
Известны месторождения диатомита на Дальнем Востоке, восточном склоне Урала, в Среднем Поволжье, в Ульяновской области на базе Инзенского месторождения действует крупный диатомовый комбинат, производящий теплоизоляционный кирпич и пенодиатомитовую крошку. Месторождения диатомита есть в Пензенской, Ростовской, Свердловской, Костромской, Калужской и многих других областях России.
Диатомит образуется из диатомовых водорослей, накопившегося в морях и озёрах. В стратиграфическом разрезе встречается, начиная с меловой системы, широко распространён в кайнозойских отложениях. Образование диатомита происходит на стадиях диагенеза и катагенеза.