Все о базальте. Характеристики и применение

Горная порода базальт представляет собой вулканические происхождения, которые появились в виде лав. Он является широко распространенным, а его местонахождения на дне океана. В составе базальта присутствуют кремнезем, магний и железо.

Название минерала пошло от слова «базал» (Эфиопия), что в переводе трактуется как раскаленный либо горячий. И это вполне объяснимо, учитывая, где он добывается.

Месторождение и добыча

Наиболее крупные местонахождения на Украине, Индии, Армении, а также Эфиопии. Если рассматривать более отдаленную местность, то местонахождение минерала есть Австралии, Италии, Южной Африке и Гренландии.

В своей основной массе, базальт добывают из потоков вулканических лав. Найденные верхние слои, зачастую имеют пузыристую поверхность, объясняется это тем, что в процессе остывания, из него выходят газы и пары. После чего в этих отверстиях располагаются существующие в данной местности минералы, такие как медь, цеолит либо кальций.

Физические и химические свойства

У горной породы базальт, плотная и зернистая структура. Касаемо текстуры, то она массивная либо пористая. Края породы не ровные, изломлены. На ощупь, чувствуется шероховатость камня. По шкале Мооса, базальт набирает от 5 до 7 баллов показателя твердости.

• высокая устойчивость к износу и повреждениям;
• долгий срок эксплуатации;
• экологические показатели;
• отменные характеристики звуко- и теплоизоляции;
• огнеупорность;
• устойчивость к щелочам и кислотам;
• возможность проникновения пара (породы способна дышать);
• диэлектричность, защита от попадания молний.

Из горной породы базальта изготавливают щебень, вату теплоизоляционную и порошок, имеющий огнеупорный качества. Бывают случаи, когда минерал применяют во время изготовления наполнителя для бетона.

Благодаря способности к расплавлению, из бальзата делают оригинальные скульптуры, которые потом устанавливают на улицах города.

Производство породы относиться к горнодобывающей отрасли. Добывание происходит на рудниках и карьерах, впоследствии чего, происходит изготовление разнообразной продукции.

Так, из жидкого бальзата, который впоследствие застывает, делают:

• лестницы, ступени;
• плитки для фасадной облицовки;
• теплоизоляционную вату;
• армированные изделия;
• изоляторы, используемые для сетей различного напряжения;
• подставки под аккумуляторы и прочие строительные материалы.

Кто однажды столкнулся с отменными характеристиками данной горной породы, то точно знает обо всех преимуществах изделий из нее. Базальт знаменит благодаря своей выносливости к высоким температурам. Но, увы, далеко не все могут себе позволить приобрести его и проводить фасадные работы из камня. Именно поэтому для ценителей прекрасного, существует множество иных разновидностей базальта, которые в разы доступнее. Однако в таком случае, придется пожертвовать прочностью и другими характеристиками, за которые так славен камень.

Предисловие

Экономическая ценность и значение базальта в масштабах страны настолько велико, что для государства гораздо важнее и предпочтительнее найти залежи базальта нежели месторождение драгоценных металлов.

Базальтовые месторождения обеспечивают предприятия сырьем, из которого производят базальтовое волокно и изделия на его основе, необходимые для различных отраслей, включая энергетику, промышленность, гражданское и дорожное строительство, а также создают новые рабочие места и увеличивают экспортные возможности страны. Непрерывное базальтовое волокно обладает высокой прочностью, долговечностью и устойчивостью к воздействию агрессивной среды (растворы солей, кислот и щелочей), а также обладает хорошими характеристиками в качестве электроизоляционных материалов.

Кроме этого, базальт отличается высокой износостойкостью, термостабильностью, хорошим потенциалом в качестве тепло и шумоизоляции, и низкой гигроскопичностью. Благодаря своим первоклассным характеристикам, включая высокое качество, долговечность, устойчивость к воздействию природных факторов, высокой температуры и коррозивной среды, устойчивость к вибрации, и абсолютную невоспламеняемость, базальтовое волокно очень выгодно отличается от своих конкурентов — материалов, изготовленных из стеклянных и минеральных волокон. Именно поэтому, базальтовое волокно имеет очень яркие перспективы для применения в различных отраслях промышленности.

Материалы на основе базальтового волокна изготовлены из натурального природного сырья. Энергетические затраты и основная работа по производству исходного материала, включая первоначальный расплав, обогащение и гомогенизацию базальта, была сделана за счет природы в жерле древнего вулкана. Применение базальта может значительно сократить затраты энергии, используемой для производства конструкционных и армирующих материалов. Месторождения базальтов — это основа для создания целой индустрии. Кроме того, источники исходного сырья для производства изделий и материалов из непрерывного базальтового волокна, располагаются в пределах досягаемости и в практически неограниченном количестве.

Как добывают базальт

Руда представляет собой природное минеральное образование, в котором содержится достаточная концентрация полезных минералов или металлов, чтобы сделать добычу и рафинирование искомого компонента экономически целесообразной. Руду добывают в горах, подвергнутых разрушению вследствие атмосферных воздействий, таких как выветривание, выдувание и эрозия. К рудным минералам относятся гибсит, известняк, базальт, медь, железная руда и диаспор. Различаются не только типы добываемой руды, но и технологии, карьерные механизмы и экскаваторы, которые требуются для ее извлечения. Итак, как добывают базальт и чем отличается добыча базальта от извлечения других полезных ископаемых. В первую очередь, нужно ответить на вопрос, что такое базальт и какие механизмы используются для его добычи?

Базальт обычно добывают открытым способом в карьерах. Основная часть базальта используется в качестве щебеночного заполнителя для бетона и дорожного покрытия из асфальта. Как правило, в породе бурят скважины с использованием мощного электрического сверла, в пробуренное отверстие закладывают взрывчатые вещества и взрывают базальтовую руду. Специальные электрические механизмы откидывают в сторону отбитую взрывом породу и грузят ее в вагонетки или на транспортер, который подвозит куски базальта к дробильной установке.

Что касается горного оборудования для добычи базальта, обычно используют щековую камнедробилку, которая разбивает большие камни и горные мельницы, используемые на следующем этапе дробления, для получения более мелкого камня. Затем раздробленная порода сортируется по размеру с использованием приспособления, известного под названием грохот. А в завершение процесса, для подъема добытой руды из карьера, используют специальные подъемные устройства.

Средний химический состав базальта по P. Дэли (%): SiO 2 - 49,06; TiO 2 - 1,36; Аl 2 O 3 - 15,70; Fe 2 O 3 - 5,38; FeO - 6,37; MgO - 6,17; CaO - 8,95; Na 2 O - 3,11; K 2 O - 1,52; MnO - 0,31; P2O5 - 0,45; H 2 O - 1,62. Cодержание SiO 2 в базальте колеблется от 44 до 53,5%. По химическому и минеральному составу выделяют оливиновые ненасыщенные кремнезёмом (SiO 2 около 45%) базальты и безоливиновые или c незначительным содержанием оливина слабо пресыщенные кремнезёмом (SiO 2 около 50%) толеитовые базальты.

Физико-механические свойства базальта весьма различны, что объясняется разной пористостью. Базальтовые магмы, обладая низкой вязкостью, легко подвижны и характеризуются разнообразием форм залегания (покровы, потоки, дайки, пластовые залежи). Для базальта характерна столбчатая, реже шаровидная отдельность. Оливиновые базальты известны на дне океанов, океанических островах (Гавайи) и широко развиты в складчатых поясах. Толеитовые базальты занимают обширные площади на платформах (трапповые формации Сибири, Южной Америки, Индии). C породами трапповой формации связаны месторождения руд железа, никеля, платины, исландского шпата (Сибирь). B миндалекаменных базальтовых порфиритах района Верхнего озера в США известно месторождение самородной меди.

Плотность базальта 2520-2970 кг/м³. Коэффициент пористости 0,6-19%, водопоглощение 0,15-10,2%, сопротивление сжатию 60-400 Мпа, истираемость 1-20 кг/м², температура плавления 1100-1250°C, иногда до 1450°C, удельная теплоёмкость 0,84 Дж/кг К при 0°C, модуль Юнга (6,2-11,3) 10 4 Мпa, модуль сдвига (2,75-3,46) 10 4 Мпa, коэффициент Пуассона 0,20-0,25. Высокая прочность базальта и относительно низкая температура плавления обусловили применение его в качестве строительного камня и сырья для Каменного литья и минеральной ваты. Базальт широко используется для получения щебня, дорожного (бортового и брусчатки) и облицовочного камней, кислотоупорного и щелочестойкого материала. Требования промышленности к качеству базальта как сырью для щебня такие же, как и к другим изверженным породам. Для производства минеральной ваты базальт используется обычно в шихтовке. Установлено, что температура плавления сырья не должна превышать 1500°C, a химический состав расплава регламентируется следующими пределами (%): SiO 2 - 34-45, Al 2 O 3 - 12-18, FeO до 10, CaO - 22-30, MgO - 8-14, MnO - 1-3. Камнелитейные материалы из базальта обладают большой химической стойкостью, твёрдостью и сопротивлением к истиранию, высокой диэлектричностью и используются в виде плит для полов и облицовки, футеровки трубопроводов, циклонов, a также в качестве различных изоляторов.

Физико-механические свойства базальтов и андезито-базальтов весьма разнородны. Это объясняется разнообразием минерального состава, структуры и текстуры пород. Так, базальты микрокристаллической структуры имеют удельный вес до 3,3 Т/м3, объемный вес до 3,0 Т/м3, временное сопротивление сжатию до 5000 кГ/см2, тогда как в пористых базальтах величина прочности на сжатие может быть менее 200 кГ/см2. Древние палеотипные эффузивные породы также характеризуются большой изменчивостью прочностных и деформационных свойств, но в общем имеют более высокие значения этих показателей. Объясняется это раскристаллизацией вулканического стекла, заполнением пор вторичными минералами и другими постмагматическими преобразованиями излившихся пород. Интересные данные о связи прочности андезито-базальтов с их составом, структурой и пористостью приводит Н. В. Овсянников, по которым видно, что прочность андезито-базальтов существенно зависит от минералогического состава.

Наибольшей прочностью обладают оливиновые разности, а наименьшей - авгитовые. Не менее важна и структура породы. Андезито-базальты одинакового состава с витрофировой структурой основной массы имеют значительно меньшую прочность, чем породы с интерсертальной структурой. Исследования В. М. Ладыгина и Л. В. Шаумян позволили установить, что базальты различного петрохимического состава и разной структуры имеют разные физико-механические свойства. Наиболее прочными являются массивные неизмененные порфировые базальты с микродиабазовой и микродолеритовой структурой. Прочность их в среднем составляет 2000 кГ/см2, достигая в отдельных случаях 2800 кГ/см2 при объемном весе 2,80 Г/см3. Динамический модуль упругости пород в массиве в среднем равен 690 103 кГ/см2. В миндалекаменных базальтах влияние структурных и минералогических особенностей породы нивелируется наличием миндалин, содержание которых достигает 15-30%. Для них характерны относительно низкие значения прочности (1200 кГ/см2), модуля упругости (480 103 кГ/см2) и объемного веса (2,66 Г/см3). Установлено, что увеличение содержания денитрифицированного стекла до 10-15% снижает прочность базальтов на 10-20%, такое же влияние оказывает и присутствие миндалин в количестве 10-20%. У выветренных разностей пород прочность резко снижается. Степень выветрелости базальтовых пород и мощность коры выветривания в общем случае зависят от их возраста и климатических условий.

Базальт - аналог габбро - самая распространенная излившаяся порода; в зависимости от условий образования имеет стекловатую или скрытнокристаллическую структуру. Цвет базальта - темно-серый до черного. По физико-механическим показателям базальт аналогичен габбро, а по прочности даже превосходит его (Лсж достигает 500 МПа). Базальты очень твердые, но хрупкие породы, что затрудняет их обработку.

Применение базальта

Практическое применение базальта строительные материалы, изготовленные из этого камня, широко используются в строительстве, поскольку им присущи: устойчивость к истиранию, к влиянию щелочей и кислот, отличные показатели теплоизоляции и шумопоглощения, прочность, термоустойчивость и огнеупорность, высокая диэлектричность, долговечность, паропроницаемость и, что не менее важно, экологичность.

Данный минерал используют в качестве строительного камня, для производства минеральной ваты, наполнителя для бетона и каменного литья. Из него также делают дорожные и облицовочные камни, получают щебень и кислотоупорный порошок. Облицовочные плиты на данный момент одновременно с декоративной целью выполняют функцию изоляторов. Благодаря устойчивости к атмосферным воздействиям, базальт хорошо подходит для отделки внешней части строений, а также для отливания уличных скульптур.

Производство базальта и продукции на его основе чаще всего производство базальта – это горнодобывающая отрасль. В специальных карьерах и рудниках добывается камень, на основе которого в последствии производится разная продукция. В виде базальтового волокна этот минерал применяется для утепления зданий и крыш, в трехслойных панелях-сэндвичах, изоляции низкотемпературных агрегатов оборудования при извлечении азота и создании кислородных колонн, для тепло- и звукоизоляции трубопроводов, плит, каминов и других жаровен, энергетических агрегатов и в целом зданий и сооружений любого назначения. Базальт в расплавленном виде применяется для создания ступеней лестниц, фасонных плиток и других строительных материалов. Из него отливают аппараты произвольных форм, среди которых подставки для аккумуляторов, а также изоляторы для сетей с напряжением различной величины. Порошок из такого материала используется для производства прессованных армированных изделий.

Распространенные виды базальта отличаются друг от друга различными показателями, в первую очередь, такими как цвет и структура. Самой известной торговой маркой является разновидность под наименованием «Базальтина». Это материал итальянского происхождения, который добывают недалеко от столицы этой страны и используют в основном в архитектурных целях ещё со времён Древнего Рима. Его прочность сравнима с прочностью гранита, а декоративные качества с декоративными качествами известняка. Камень после укладки долго сохраняет насыщенность цветовой палитры. Поэтому его стоимость нередко превышает цену иных торговых марок более в чем в два раза.

Другая разновидность – азиатская. Её отличает тёмно-серая окраска и умеренная цена. Его широко используют в дизайнерских и архитектурных целях.

Мавританский зелёный базальт имеет насыщенный тёмно-зелёный оттенок, с присутствующими в нем различными вкраплениями, которые придают камню оригинальный внешний вид при сохранении всех физико-механических характеристик. Только критерии твёрдости и морозостойкости несколько ниже.

Сумеречный базальт привозят из Китая. Он имеет дымчато-серый или чёрный цвет. Его признают самым крепким и износо- и морозостойким среди всех разновидностей данного минерала. Он хорошо защищён от негативного атмосферного воздействия.

Самые известные изделия из базальта: утеплители на базальтовой основе, базальтовая плитка отделочная, базальтовые дымоходы для каминов и печей.

Графики

Рис.8 Лунный базальт: диаграмма

"Температура Дебая химического элемента (Q) - Коэффициент концентрации (K k)"

Рис.9 Лунный базальт: диаграмма

"Температура Дебая химического элемента (Q) - Содержание химического элемента (С)"

Рис.10 Базальт: диаграмма
"Масса атома химического элемента (М) - Содержание химического элемента (С)"

Рис.11 Лунный базальт: диаграмма

"Масса атома химического элемента (М) - Коэффициент концентрации (K k)"

Рис.12 Лунный базальт: диаграмма

"Расстояние до инертного газа химического элемента (е) - Коэффициент концентрации (K k)"

Рис.13 Лунный базальт: диаграмма
"Расстояние до инертного газа химического элемента (е) - Содержание химического элемента (С)"

Приложение А

Приложение Б

ЛИТЕРАТУРА

1. Бондаренко C.В. Геохимические особенности кварцитов нижнего протерозоя в центральной части Южно-Печенгская зоны./ C.В. Бондаренко, В.А. Шатров, В.И. Сиротин // Геология и геоэкология: исследования молодых. Материалы XVI конференции молодых ученых, посвященной памяти чл.-кор. К.О. Кратца. Под ред. акад. РАН Митрофанова Ф.П – Апатиты, 2005. – 426 с.

2. Гумиров Ш.Ш. Моделирование процесса твердофазной диффузии. /Сбор.тез. участ. 15 Росс. конф. «Юность, наука, культура».- Обнинск: ДНТО Интеллект будущего, 2000.- с.112-113.

3. Гумиров Ш.В. Участие импульса атома в биохимии, углефикации, минерагенезе. / Ш.В. Гумиров – Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сб. науч. статей / Сиб. гос. индустр. ун-т; под общей ред. В.Н.Фрянова. – Новокузнецк, 2014.– с. 345-355.

4. Гумиров Ш.В. Моделирование твердофазной диффузии элементов для объяснения их дифференциации в литосфере и рудогенеза. – Естественные и технические науки, №1, 2008. – с. 183-188.

5. Гумиров Ш.В. Основы теории адаптации неживых объектов и адаптивный анализ в геологии. /Ш.В. Гумиров - Новокузнецк, СМИ, 1993. - 409 с.

6. Гумиров Ш.В. Моделирование процесса твердофазной диффузии химических элементов для объяснения их дифференциации в литосфере. / Ш.В.Гумиров, Ш.Ш. Гумиров // Вестник РАЕН (Западно-Сибирское отделение) Выпуск 5. Кемерово, 2002 г.- С. 273-282.

7. Конилов А.Н. Петрология «Замороженных жил» в эклогитах Беломорской провинции на Кольском полуострове. / А.Н. Конилов, А.А. Щипанский. // Физико-химические факторы петро- и рудогенеза: новые рубежи. Мат. конф. посв. 110-лет. Д.С. Коржинского. - М., 2009.- с. 198-203.

8. Лазько Е.М. Термобарогеохимия и прогнозирование постмагматического оруденения. / Е.М. Лазько и др. // Термобарохимические исследования процессов минералообразования. - Новосибирск: Наука, 1988. - С. 136 - 149.

9. Медведев В.Я. Влияние шоковой декомпрессии на распределение LIL - и HFS-элементов в пиропах из кимберлитов. / В.Я. Медведев, К.Н. Егоров, Л.А. Иванова // Физико-химические факторы петро- и рудогенеза: новые рубежи. Мат. конф. посв. 110-лет. Д.С. Коржинского. - М., 2009.- с. 269-271.

10. Овчинников Л.Н. Образование рудных месторождений. / Л.Н. Овчинников - М.: Недра, 1988. - 255 с.

11. Рундквист Д.В. Общие принципы построения геолого - генетических моделей рудных формаций. Т.1. / Д.В. Рундквист - Новосибирск: Наука, 1983. - С. 14 - 26.

12. Anand М. Petrology and geochemistry of LaPaz Icefield 02205:A new unique low-Ti mare-basalt meteorite. / M. Anand, Lawrence A. Taylor, Christine Floss, Clive R. Neal, Kentaro Terada, Shiho Tanikawa.

Предисловие

Базальт - магматическая порода, образованная в результате извержения вулкана.

Базальт — магматическая порода, образованная в результате извержения вулкана. Являясь широко распространенной породой, базальт выстилает практически всю поверхность океанического дна. Формируется в результате плавления верхней мантии, и по своей структуре сильно напоминает ее химический состав. В основном, состоит из кремнезема, железа и магния. Происхождение базальта может несколько отличаться по своей природе и включает в себя три разных типа — это вулканы, расположенные на горячих точках тектонических плит, изверженные базальтовые потоки и подводные океанические хребты.

Горячие точки тектонических плит являются прародителями крупных базальтовых вулканов. Горячая точка представляет собой необычный подъем глубинных мантийных потоков – плюмов, обычно в центре тектонических плит. Подобные горячие точки формируют самые большие вулканы, существующие в природе, называемые щитовыми вулканами. Гавайские и Галапагосские острова являются ярким примером островных архипелагов, образованных в результате деятельности крупных базальтовых вулканов. Щитовые вулканы возвышаются над другими вулканами, значительно превосходя их по высоте и ширине.

На самом деле, один из гавайских вулканов, под названием Мауна Ки, является самой высокой горой в мире, учитывая его длину от основания до вершины, тогда как Эверест можно назвать самой возвышенной горой в мире. Самым большим вулканом в солнечной системе считается базальтовый щитовой вулкан, под названием Олимпус Монс, расположенный на планете Марс.

Другим источником происхождения базальта являются обширные лавовые потоки. Базальтовая лава не отличается особенной вязкостью, поэтому течет легко и быстро, растекаясь на большие расстояния и образуя большое количество базальтовой породы. Некоторые из этих магматических излияний покрывают огромные пространства на поверхности земли, и даже в наши дни, все еще существует вероятность того, что извержения подобного масштаба могут случиться снова. Потоки базальтовой лавы покрыли более полутора миллионов квадратных километров Сибири, так называемые Сибирские траппы.

Базальтовая группа реки Колумбия представляет собой еще один мощный базальтовый поток, в результате которого были образованы базальтовые скалы, достигающие более 1800 метров в ширину. Мара (черные участки) на луне сформированы из базальта, и возможным источником их происхождения являются базальтовые потоки. По предположением ученых, мощные базальтовые потоки также участвуют в формировании поверхности Марса.

Плавление базальтовых скал

Некоторые люди ошибочно полагают, что базальт – это осадочная горная порода, что абсолютно неверно, так как механизм образования базальта в корне отличается от природы формирования осадочных горных пород.

Кому интересно — происхождение базальта на видео:

Базальт (с греч. βασικός — основной) – эффузивная магматическая порода основного состава. Базальтовый слой пород выделяют в земной коре, и распространяется как на материковой так и на океанической коре. Базальт является эффузивным аналогом габбро.

Окраска темная: черная, темно-серая. Структура: плотное строение, тонкозернистое. Текстура пористая, миндалекаменная или массивная. Излом неровный. Шероховатый на ощупь. Удельный вес 2,6-3,11 г/см 3 . Твердость по шкале Мооса от 5 до 7. Температура плавления 1100 — 1450ºС. Прочность на сжатие горной породы достигает величины 400 МПа. Форма залегания породы чаще всего: потоки, покровы, купола, дайки. Формы отдельности столбчатая либо плитняковая.

Отличительные признаки . Для базальта характерно плотное, тонкозернистое строение, неровный излом, темная (большей частью черная) окраска, большая плотность.

Состав базальта

Минералогический состав базальта. Без микроскопа трудно определить состав. Под микроскопом наблюдается состав, аналогичный составу габбро. Базальт слагают оливин, авгит и полевой шпат (плагиоклаз).

Химический состав . SiO 2 45-52%, Al 2 O 3 15-18%, Fe 3 O 4 8-15%, CaO 6-12%, MgO 5-7% и др.

Разновидности и фото базальта

1. Трапп – базальт с пластовой отдельностью.
2. Долерит – крупнозернистый базальт.

Происхождение базальтов

Образование базальтов происходит при излиянии и застывании лавы основного состава (содержание SiO 2 45-52%), как на поверхности континентов, так и в глубинах океанов. Базальты являются самой распространенной магматической горной породой на планете, основная масса которых образуется именно в океанах, в срединно-океанических хребтах, формируя основание океанических тектонических плит (океаническую земную кору).

Базальты практически не подвергаются каким либо вторичным процессам после образования, являясь типичной кайнотипной вулканической породой. При гидротермальных процессах оливин замещается серпентином, а плагиоклаз серицитом, порода хлоритизируется и приобретает зеленоватый оттенок. Такие изменения характерны в основном для базальтов, образовавшихся в срединно-океанических хребтах.

В результате метаморфизма, в зависимости от условий базальты переходят в амфиболиты, зеленые и голубые сланцы.

Применение базальта

Базальт используется в качестве строительного, облицовочного, кислотоупорного материала, а также в качестве сырья для каменного литья. Добавление базальтовой фибры (стружки) повышает ударно-прочностные характеристики бетонных изделий в 5 раз.

Применяют породу для изготовления широко применяемого теплоизоляционного материала — каменной ваты или, как ее еще называют, базальтового волокна. Для изготовления базальтовой ваты базальтовую щебенку возвращают до состояния жидкой лавы — плавят, и при помощи несложного механизма преобразовывают жидкий базальт в тонкие нити, которые и слагают каменную вату.

Месторождения базальтов

Базальты по распространению преобладают среди всех вулканических пород. В России базальт встречается на Камчатке, на Алтае (Синюхинское), в Забайкалье (Ангаро-Илимское, Зандинское), Хабаровском крае (Холдаминское, Марусинское).

Есть крупные месторождения в Армении (Джермукское, Мозское и Когбекское), на Украине (Иванчинское, Ивано-Долинское, Берестовецкое), Эфиопии, Индии (Джаканское плоскогорье).