Глина

Чтобы узнать о других значениях, см. Клей (значения) .

Скалы Гей-Хед на винограднике Марты почти полностью состоят из глины.

Четвертичная . глина в Эстонии

Глина — это тип мелкозернистого природного почвенного материала, содержащего глинистые минералы. (водные слоистые силикаты алюминия, например каолинит , Al ₂ Si ₂ O ₅ ( OH ) ₄ ). Большинство чистых глинистых минералов имеют белый или светлый цвет, но природные глины имеют различные цвета из-за примесей, например, красноватый или коричневатый цвет из-за небольшого количества оксида железа .

Глины приобретают пластичность во влажном состоянии, но могут затвердевать при обжиге . Глина — древнейший керамический материал. Первобытные люди открыли полезные свойства глины и использовали ее для изготовления гончарных изделий . Некоторые из самых ранних черепков керамики датируются примерно 14 000 годом до нашей эры. и глиняные таблички были первым известным средством письма. Глина используется во многих современных промышленных процессах, таких как производство бумаги , производство цемента и химическая фильтрация . От половины до двух третей населения мира живут или работают в зданиях, построенных из глины, часто обожженной в кирпич, как неотъемлемой части несущей конструкции.

Глина – очень распространенное вещество. Сланец , образовавшийся в основном из глины, является наиболее распространенной осадочной породой. Хотя многие природные отложения включают как ил, так и глину, глины отличаются от других мелкозернистых почв различиями по размеру и минералогии. Илы , представляющие собой мелкозернистые почвы, не содержащие глинистых минералов, обычно имеют более крупный размер частиц, чем глины. Смеси песка , ила и менее 40% глины называются суглинками . Почвы с высоким содержанием набухающей глины ( экспансивная глина ), представляющей собой глинистые минералы, которые легко расширяются в объеме при поглощении воды, представляют собой серьезную проблему в гражданском строительстве .

Свойства

Электронная микрофотография смектитовой глины, увеличенная в 23 500 раз.

Определяющим механическим свойством глины является ее пластичность во влажном состоянии и способность затвердевать при высушивании или обжиге. Глины имеют широкий диапазон содержания воды, в пределах которого они очень пластичны: от минимального содержания воды (так называемого предела пластичности ), когда глина достаточно влажная для формования, до максимального содержания воды (называемого пределом жидкости), когда формованные глины глина достаточно сухая, чтобы держать форму. Предел пластичности каолинитовой глины колеблется примерно от 36% до 40%, а предел текучести - примерно от 58% до 72%. Высококачественная глина также прочна, что измеряется количеством механической работы, необходимой для раскатывания образца глины. Его прочность отражает высокую степень внутренней сплоченности.

Глина имеет высокое содержание глинистых минералов, которые придают ей пластичность. Глинистые минералы представляют собой водные слоистые алюминия силикатные минералы , состоящие из ионов алюминия и кремния, связанных в крошечные тонкие пластинки путем соединения ионов кислорода и гидроксида . Эти пластины жесткие, но гибкие и во влажной глине прилипают друг к другу. Образующиеся агрегаты придают глине связность, которая делает ее пластичной. В каолинитовой глине связь между пластинами обеспечивается пленкой молекул воды, которая связывает пластины вместе водородом. Связи достаточно слабы, чтобы позволить пластинам скользить друг мимо друга во время формования глины, но достаточно прочны, чтобы удерживать пластины на месте и позволять формованной глине сохранять свою форму после формования. Когда глина высыхает, большая часть молекул воды удаляется, а пластины связываются водородом непосредственно друг с другом, так что высушенная глина остается жесткой, но все же хрупкой. Если глину снова увлажнить, она снова станет пластичной. Когда глина обжигается до стадии глины , реакция дегидратации удаляет из глины дополнительную воду, в результате чего глиняные пластины необратимо прилипают друг к другу за счет более прочной ковалентной связи , что укрепляет материал. Глинистый минерал каолинит превращается в неглинистый материал метакаолин , который остается жестким и твердым при повторном увлажнении. Дальнейший обжиг через этапы керамики и фарфора приводит к дальнейшей рекристаллизации метакаолина в еще более прочные минералы, такие как муллит .

Крошечный размер и пластинчатая форма частиц глины придают глинистым минералам большую площадь поверхности. В некоторых глинистых минералах пластинки несут отрицательный электрический заряд, который уравновешивается окружающим слоем положительных ионов ( катионов ), таких как натрий, калий или кальций. Если глину смешать с раствором, содержащим другие катионы, они могут поменяться местами с катионами в слое вокруг частиц глины, что придает глинам высокую способность к ионному обмену . Химический состав глинистых минералов, включая их способность удерживать питательные катионы, такие как калий и аммоний, важен для плодородия почвы.

Глина — распространенный компонент осадочных пород . Сланец образуется в основном из глины и является наиболее распространенной из осадочных пород. Однако большинство глинистых месторождений загрязнены. Многие природные отложения включают как ил, так и глину. Глины отличаются от других мелкозернистых почв различиями в размерах и минералогии. Илы , представляющие 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 илов), седиментологи часто используют 4–5 мкм, а -коллоиды химики - 1 мкм. Частицы глинистого размера и глинистые минералы — это не одно и то же, несмотря на некоторую степень совпадения их соответствующих определений. Инженеры-геотехники различают ил и глину на основе свойств пластичности почвы, измеряемых пределами Аттерберга для почв . ISO 14688 классифицирует частицы глины как частицы размером менее 2 мкм, а частицы ила как частицы большего размера. Смеси песка , ила и менее 40% глины называются суглинками .

Некоторые глинистые минералы (например, смектит ) описываются как набухающие глинистые минералы, поскольку они обладают большой способностью поглощать воду и при этом сильно увеличиваются в объеме. При высыхании они возвращают первоначальный объем. Это приводит к появлению характерных текстур, таких как грязевые трещины или текстура «попкорна», в глинистых отложениях. Почвы, содержащие набухающие глинистые минералы (такие как бентонит ), представляют собой серьезную проблему для гражданского строительства, поскольку набухающая глина может разрушить фундаменты зданий и разрушить дорожное полотно.

Формирование

Итальянские и афроамериканские горняки глины в шахте, 1910 год.

Глинистые минералы чаще всего образуются в результате длительного химического выветривания силикатсодержащих пород. Они также могут образовываться локально в результате гидротермальной деятельности. Химическое выветривание происходит в основном за счет кислотного гидролиза из-за низких концентраций углекислоты , растворенной в дождевой воде или выделяемой корнями растений. Кислота разрывает связи между алюминием и кислородом, высвобождая ионы других металлов и кремнезем (в виде геля ортокремниевой кислоты ).)

Образующиеся глинистые минералы зависят от состава материнской породы и климата. Кислотное выветривание богатых полевым шпатом пород, таких как гранит , в теплом климате приводит к образованию каолина. Выветривание той же породы в щелочных условиях дает иллит . Смектит образуется в результате выветривания магматических пород в щелочных условиях, а гиббсит - в результате интенсивного выветривания других глинистых минералов.

Существует два типа глинистых месторождений: первичные и вторичные. Первичные глины образуются в виде остаточных отложений в почве и остаются на месте образования. Вторичные глины — это глины, которые были перенесены из своего первоначального местоположения в результате водной эрозии и отложены в новых осадочных отложениях. Вторичные месторождения глины обычно связаны с средами осадконакопления с очень низкой энергией , такими как большие озера и морские бассейны.

Разновидности

К основным группам глин относятся каолинит , монтмориллонит - смектит и иллит . Хлорит , вермикулит , тальк и пирофиллит иногда также относят к глинистым минералам. В этих категориях имеется около 30 различных типов «чистых» глин, но большинство «природных» месторождений глины представляют собой смеси этих разных типов вместе с другими выветрившимися минералами. Глинистые минералы в глинах легче всего идентифицировать с помощью рентгеновской дифракции, а не химических или физических тестов.

Варва (или ленточная глина ) — это глина с видимыми годовыми слоями, которые образуются в результате сезонного отложения этих слоев и характеризуются различиями в эрозии и содержании органических веществ. Этот тип отложений распространен в бывших ледниковых озерах . Когда мелкие отложения попадают в спокойные воды бассейнов ледниковых озер вдали от береговой линии, они оседают на дно озера. Возникающая в результате сезонная слоистость сохраняется в виде равномерного распределения полосок глинистых отложений.

Быстрая глина – это уникальный тип морской глины, произрастающий на ледниковых территориях Норвегии , Северной Америки , Северной Ирландии и Швеции . Это очень чувствительная глина, склонная к разжижению , и она стала участницей нескольких смертоносных оползней .

Использует

Слои глины на строительной площадке в Окленде , Новая Зеландия. Сухая глина обычно гораздо более стабильна, чем песок при раскопках.

XIV века Пробка для бутылки из обожженной глины.

Глина для лепки используется в искусстве и ремеслах для лепки .Глины используются для изготовления керамики , как утилитарной, так и декоративной, а также строительных изделий, таких как кирпичи, стены и напольная плитка. Различные типы глины при использовании с разными минералами и условиями обжига используются для производства фаянса, керамики и фарфора. Первобытные люди открыли полезные свойства глины. Некоторые из самых ранних черепков керамики найдены в центральной части Хонсю , Япония . Они связаны с культурой Дзёмон , а обнаруженные отложения датируются примерно 14 000 годом до нашей эры. Кастрюли, предметы искусства, посуду, курительные трубки и даже музыкальные инструменты, такие как окарина, можно вылепить из глины перед обжигом.

Древние народы Месопотамии использовали глиняные таблички в качестве первого известного средства письма. Глина была выбрана из-за того, что местный материал прост в обработке и широко доступен. записывая на них клинопись Писцы писали на табличках , , используя тупую трость, называемую стилусом , которая эффективно создавала клинообразные отметки их письма. После написания глиняные таблички можно было переработать в новые таблички и при необходимости использовать повторно или обжечь, чтобы сделать из них постоянные записи. использовались специально изготовленные глиняные шарики В качестве пращных боеприпасов . Глина используется во многих промышленных процессах, таких как производство бумаги , производство цемента и химическая фильтрация . Бентонитовая глина широко используется в качестве связующего вещества для форм при изготовлении песчаных отливок .

Массовое купание в жидкой глине
как вид отдыха
Видео (10 минут) на YouTube

Глиняная ванна возле озера Ахеме в Бенине

Материалы

Глина — распространенный наполнитель, используемый в полимерных нанокомпозитах . Это позволяет снизить стоимость композита, а также придать ему измененное поведение: повысить жесткость , снизить проницаемость , снизить электропроводность и т. д.

Медицина

Традиционное использование глины в медицине восходит к доисторическим временам. Примером может служить армянское боле , которое используется для облегчения расстройства желудка. Некоторые животные, такие как попугаи и свиньи, глотают глину по тем же причинам. Каолиновая глина и аттапульгит использовались как противодиарейные лекарства.

Строительство

Глиняное здание в Южной Эстонии

Глина, определяющий компонент суглинка, является одним из старейших строительных материалов на Земле , среди других древних, встречающихся в природе геологических материалов, таких как камень и органические материалы, такие как дерево. 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 несущей конструкции. Глина также является основным ингредиентом во многих натуральных строительных методах. Она используется для создания самана , самана , дров , а также конструкций и строительных элементов, таких как плетень и мазня , глиняная штукатурка, глиняная штукатурка, глиняные полы, глиняные краски и керамический строительный материал . Глину использовали в качестве раствора для кирпичных дымоходов и каменных стен, защищенных от воды.

Глина, относительно непроницаемая для воды, также используется там, где необходимы естественные уплотнения , например, в облицовке прудов, сердцевине плотин или в качестве барьера на свалках от просачивания токсичных веществ (облицовка свалки, предпочтительно в сочетании с геотекстилем ). Исследования начала 21 века изучали абсорбционную способность глины в различных областях применения, таких как удаление тяжелых металлов из сточных вод и очистка воздуха.

См. также

• Глинистые минералы – мелкозернистые слоистые силикаты алюминия. Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.
• Промышленный пластилин - материал для моделирования, который в основном используется студиями автомобильного дизайна.
• Пластилиновая анимация — покадровая анимация, созданная с использованием податливых глиняных моделей. Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.
• Химия глины . Химическая структура, свойства и реакции глинистых минералов.
• Глиняный корт – Тип теннисного корта
• Глиняное панно - Строительный материал из глины с некоторыми добавками.
• Глиняный карьер - Добыча глинистых минералов открытым способом.
• Геофагия - практика поедания земли или почвоподобных субстратов, таких как глина или мел.
• Грэм Кэрнс-Смит – шотландский химик (1931–2016)
• Лондонская глина - низкопроницаемое морское геологическое образование.
• Глина для лепки - любая из группы пластичных веществ, используемых в строительстве и лепке.
• Бумажная глина – глина с целлюлозным волокном.
• Размер частиц - понятие для сравнения размеров частиц в разных состояниях вещества.
• Пластилин – Марка глины для лепки.
• Вертисоль – богатая глиной почва, склонная к растрескиванию.
• Взаимодействие глины и воды . Различные прогрессивные взаимодействия между глинистыми минералами и водой.

Ссылки

• Номенклатура глинистых минералов Американский минералог .
• Стильно, Фаиза; Тенг, БКГ; Лагали, Герхард (2006). Справочник по глиняной науке . Эльзевир. ISBN  978-0-08-044183-2 .
• Боггс, Сэм (2006). Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.). Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. ISBN  0131547283 .
• Бойлу, Феридун (1 апреля 2011 г.). «Оптимизация характеристик формовочного песка содово-активированного кальциевого бентонита». Прикладное глиноведение . 52 (1): 104–108. Бибкод : 2011ApCS...52..104B . дои : 10.1016/j.clay.2011.02.005 .
• Брейер, Стивен (июль 2012 г.). «Химия гончарного дела» (PDF) . Химическое образование : 17–20. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года . Проверено 8 декабря 2020 г.
• Черчман, Дж. Дж.; Гейтс, В.П.; Тенг, БКГ; Юань, Г. (2006). Фаиза Бергайя, Бенни К.Г. Тенг и Герхард Лагали (ред.). «Глава 11.1 Глины и глинистые минералы для борьбы с загрязнением». Развитие глиноведения . Справочник по глиняной науке. 1 . Эльзевир: 625–675. дои : 10.1016/S1572-4352(05)01020-2 . ISBN  9780080441832 .
• Даду, Рамона; Ху, Мими И.; Клиланд, Чарльз; Бусайди, Наифа Л.; Хабра, Мухаммед; Вагеспак, Стивен Г.; Шерман, Стивен И.; Инь, Анита; Фокс, Патрисия; Кабанильяс, Мария Э. (октябрь 2015 г.). «Эффективность натуральной глины, алюмосиликата кальция, противодиарейного средства, в уменьшении диареи, связанной с медуллярным раком щитовидной железы, и ее влияния на качество жизни: пилотное исследование» . Щитовидная железа . 25 (10): 1085–1090. дои : 10.1089/thy.2015.0166 . ПМЦ   4589264 . ПМИД   26200040 .
• Даймонд, Джаред М. (1999). «Алмаз на геофагии» . ucla.edu . Архивировано из оригинала 28 мая 2015 года.
• Эберт, Джон Дэвид (31 августа 2011 г.). Вторжение новых медиа: цифровые технологии и мир, который они разрушают . МакФарланд. ISBN  9780786488186 . Архивировано из оригинала 24 декабря 2017 года.
• Элерс, Эрнест Г. и Блатт, Харви (1982). «Петрология, магматические, осадочные и метаморфические породы» Сан-Франциско : WH Freeman and Company. ISBN   0-7167-1279-2 .
• Эйзенхур, Д.Д.; Браун, РК (1 апреля 2009 г.). «Бентонит и его влияние на современную жизнь». Элементы . 5 (2): 83–88. Бибкод : 2009Элеме...5...83Е . дои : 10.2113/gselements.5.2.83 .
• Фоли, Нора К. (сентябрь 1999 г.). «Экологические характеристики глин и месторождений глинистых полезных ископаемых» . usgs.gov . Архивировано из оригинала 8 декабря 2008 года.
• Форузан, Фирузе; Гловер, Джеффри Б.; Уильямс, Фрэнк; Деокампо, Дэниел (1 декабря 2012 г.). «Портативный рентгенофлуоресцентный анализ зооморфных фигурок, «жетонов» и пуль из пращи из Чогха-Гаване, Иран». Журнал археологической науки . 39 (12): 3534–3541. Бибкод : 2012JArSc..39.3534F . дои : 10.1016/j.jas.2012.04.010 .
• Гарсиа-Санчес, А.; Альварес-Аюсо, Э.; Родригес-Мартин, Ф. (1 марта 2002 г.). «Сорбция As(V) некоторыми оксигидроксидами и глинистыми минералами. Применение для его иммобилизации в двух загрязненных горнодобывающих почвах». Глинистые минералы . 37 (1): 187–194. Бибкод : 2002ClMin..37..187G . дои : 10.1180/0009855023710027 . S2CID   101864343 .
• Грим, Ральф (2016). «Глинистый минерал» . Британская энциклопедия . Архивировано из оригинала 9 декабря 2015 года . Проверено 10 января 2016 г.
• Гуггенхайм, Стивен; Мартин, RT (1995), «Определение глины и глинистого минерала: журнальный отчет номенклатурных комитетов AIPEA и номенклатурных комитетов CMS», Clays and Clay Minerals , 43 (2): 255–256, Bibcode : 1995CCM....43. .255G , doi : 10.1346/CCMN.1995.0430213 , S2CID   129312753
• Хиллиер С. (2003) «Минералогия глины». стр. 139–142 В Миддлтон Г.В., Черч М.Дж., Конильо М., Харди Л.А. и Лонгстафф Ф.Дж. (редакторы) Энциклопедия отложений и осадочных пород . Kluwer Academic Publishers, Дордрехт.
• Ходжес, Южная Каролина (2010). «Основы плодородия почвы» (PDF) . Расширение почвоведения, Университет штата Северная Каролина. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года . Проверено 8 декабря 2020 г.
• Кляйн, Корнелис; Херлбат, Корнелиус С. младший (1993). Руководство по минералогии: (по Джеймсу Д. Дане) (21-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. ISBN  047157452X .
• Кочкар, Мустафа К.; Акгюн, Халук; Актюрк, Озгюр (ноябрь 2005 г.). «Предварительная оценка уплотненной смеси бентонита и песка в качестве материала для облицовки свалки (Реферат)]» . Кафедра инженерной геологии, Ближневосточный технический университет , Анкара , Турция . Архивировано из оригинала 4 декабря 2008 года.
• Лидер, MR (2011). Седиментология и осадочные бассейны: от турбулентности к тектонике (2-е изд.). Чичестер, Западный Суссекс, Великобритания: Уайли-Блэквелл. ISBN  978-1-40517783-2 .
• Морено-Марото, Хосе Мануэль; Алонсо-Аскарате, Хасинто (сентябрь 2018 г.). «Что такое глина? Новое определение понятия «глина», основанное на пластичности и ее влиянии на наиболее распространенные системы классификации почв». Прикладное глиноведение . 161 : 57–63. Бибкод : 2018ApCS..161...57M . дои : 10.1016/j.clay.2018.04.011 . S2CID   102760108 .
• Мюррей, Х. (2002). «Пример промышленных глин» (PDF) . Горное дело, полезные ископаемые и устойчивое развитие . 64 : 1–9. Архивировано из оригинала (PDF) 20 апреля 2021 года . Проверено 8 декабря 2020 г.
• «Оползни» . Geoscape Оттава-Гатино . Природные ресурсы Канады . 7 марта 2005 г. Архивировано из оригинала 24 октября 2005 г. Проверено 21 июля 2016 г.
• Нессе, Уильям Д. (2000). Введение в минералогию . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN  9780195106916 .
• Олив, WW; Хлеборад, А.Ф.; Фраме, CW; Шлокер, Юлиус; Шнайдер, Р.Р.; Шустер, Р.Л. (1989). «Карта набухающих глин сопредельных Соединенных Штатов» . Карта серии различных исследований Геологической службы США . Я-1940 . Проверено 8 декабря 2020 г.
• Ранка, Карин; Андерссон-Скельд, Ивонн; Хюльтен, Карина; Ларссон, Рольф; Леру, Вирджиния; Далин, Торлейф (2004). «Быстрая глина в Швеции» (PDF) . Отчет №. 65 . Шведский геотехнический институт. Архивировано из оригинала (PDF) 4 апреля 2005 г. Проверено 20 апреля 2005 г.
• Скарр, К. (2005). Человеческое прошлое . Лондон: Темза и Гудзон. ISBN  0500290636 .
• «Что такое глина» . Центр научного обучения . Университет Вайкато . Архивировано из оригинала 3 января 2016 года . Проверено 10 января 2016 г.
• Уайт, Вашингтон (1949). «Пределы пластичности глинистых минералов Аттерберга» (PDF) . Американский минералог . 34 (7–8): 508–512. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года . Проверено 7 декабря 2020 г.

Внешние ссылки

• Группа Clay Minerals Минералогического общества. Архивировано 26 сентября 2017 года в Wayback Machine.
• Информация о глинах, используемых в гончарной промышленности Великобритании.
• Общество глинистых минералов
• Органическое вещество в глинах