Мел - свойства, происхождение и применение

Карбонаты в природе и их характеристика

Соли угольной кислоты имеют широкое распространение в земной коре и нередко слагают мощные толщи морского и осадочного происхождения. Также являются спутниками рудных сульфидных месторождений, источниками таких важных элементов, как марганец и железо. Всего в классе насчитывается около 100 минералов. К безводным карбонатам относится кальцит, который встречается в следующих агрегатах:

• друзы и щетки кристаллов в различных пустотах;
• натечные минеральные образования в карстовых пещерах;
• известняки — плотные, чаще слоистые отложения биогенного и хемогенного происхождения;
• мрамор — зернистая метаморфическая порода;
• туф — пористое образование, возникающее вблизи минеральных источников.

Кальцит является минералом, входящим в структуру многих полезных ископаемых. Наряду с глиной и доломитом, он является главным элементом осадочных горных пород. Его химическая формула выглядит так:

• CaO (окись кальция) — 56%;
• CO2 (углекислый газ) — 44%;
• примеси магния, железа, марганца — менее 8%;
• гораздо реже — цинка и стронция — до 2%.

Бесцветный или молочно-белый кристаллический кальцит входит в состав известняка, из которого слагаются Альпы и Пиренеи, горы и нагорья Северной Африки. Из него состоит Ливийский массив, используемый древними египтянами для строительства своих пирамид. Мягкая разновидность известняка, образованная при участии морских организмов, называется мелом.

Происхождение и состав белого камня

В 1838 году немецкий палеонтолог Х. Эренберг, делая описание геологического среза океанического дна, определил, что большая часть меловых залежей состоит из раковин простейших морских микроорганизмов — фораминифер, диаметр которых колеблется от 0,095−0,0047 мм. Их можно обнаружить во всех широтах и практически на всех глубинах, даже на дне Марианской впадины. Но наибольшее их количество и разнообразие наблюдается на глубине 200−300 м.

Существует 2 вида одноклеточных организмов. Одна часть поглощает песчинки из окружающего водного пространства, которые затем выделяются на поверхности клетки и приклеиваются к ее наружному слою, являясь в дальнейшем строительным материалом скелета. Другая большая часть активно поглощает растворенные в воде соли кальция и делает из них раковины. Именно этот вид сыграл главную роль в формировании известняка.

Наряду с фораминиферами, в создании древних меловых отложений принимали участие простейшие планктонные водоросли — кокколитофориды, на поверхности которых образуются известковые пластинки — кокколиты. После отмирания они оседают на дно водного бассейна, где формируются осадочные горные породы. Кроме остатков древних растений и раковин моллюсков, в меле содержатся различные неорганические примеси:

• тонко истертый кристаллический кальцит, связывающий обломки ракушек;
• желваки кремня — тонкозернистые конкреции кремнезема, состоящие из микроскопических зерен кварца;
• подмеси глины и глауконита, придающего камню зеленый оттенок.

За 80 миллионов лет в результате геологических процессов огромные скопления донных илов, отмерших беспозвоночных животных и растений сформировали монолитную горную породу — известняк и его виды. Движения литосферных плит вызвали поднятия участков морского дна и горы меловых отложений, достигающих нескольких метров, оказались на поверхности суши.

Физические свойства и применение

Полезное ископаемое мел — это тонкозернистая карбонатная осадочная горная порода, имеющая органическое происхождение. В его структуре наибольший удельный вес составляют карбонаты кальция и магния, а также окиси металлов. Исходя из генезиса и химического состава, он обладает следующими характеристиками:

• имеет белый цвет, иногда окрашенный примесями в различные оттенки;
• хрупкий — легко прочерчивается простым карандашом;
• легкий — плотность варьируется от 1440 кг/м³ в кусковой разновидности до 1120 кг/м³ в порошке;
• нерастворимый в воде и устойчивый к выветриванию (образует массивные скалы Этрета на берегу Ла-Манша);
• пластичный во влажном состоянии.

Обладающий уникальной комбинацией яркости и белизны, низкой твердости и отсутствием вредных примесей, этот привлекательный природный материал служит сырьем для различных отраслей промышленности. Область применения мела включает в себя изготовление:

• наполнителя для эмульсий и красок;
• основы для производства строительных смесей и материалов;
• отбеливателя в бумажной промышленности;
• ускорителя процессов вулканизации резины;
• компонента шихты при варке стекла;
• муки для подкормки животных и приготовления комбикормов;
• сырья для производства удобрений и известкования почв;
• составной части зубных порошков и паст;
• базовой основы для изготовления косметических средств — пудры, помады, кремов;
• пищевой добавки Е170 против слеживания в продуктах питания.

Месторождения и добыча

Среди стран СНГ на долю России приходится более половины выявленных запасов мела, 138 месторождений. Крупнейшие из них располагаются в трех субъектах Российской федерации:

1. Белгородская область. Это главная сырьевая база страны. Мощность толщи составляет около 30 метров и выходит близко к поверхности. Здесь добывается самый чистый мел.
2. Воронежская область. Особенность полезного горизонта — большая насыщенность водой, что затрудняет процесс добычи и обработки породы. Однако это компенсируется предельно однородной белой текстурой мела и высоким содержанием карбонатов кальция и магния — до 99%.
3. Волгоградская область. Здесь находится самое большое количество меловых пластов — 12. Крупнейшее — в Михайловском районе.

В ближнем зарубежье наиболее значимое месторождение — Добрушское, расположенное в Гомельской области республики Беларусь. Средняя мощность залежи составляет 30 м.

Предварительно оцененные запасы — 400 млн тонн. Полезное ископаемое используется в основном в строительстве для производства цемента и извести.

На большинстве горных предприятий добыча полезного ископаемого в карьере ведется традиционным способом — с помощью экскаватора и ковша. Однако такой метод вызывает ряд трудностей:

• мел не просыхает в нужном объеме;
• порода налипает на рабочие элементы машин при выемке камня с нижних обводненных горизонтов;
• отсутствует необходимая фракция.

В настоящее время в ряде стран Западной Европы и в Америке для решения данных проблем используется принципиально новый способ добычи и предварительной обработки мела — при помощи роторной фрезы. Ее применение позволяет снизить затраты на эксплуатацию гидравлического экскаватора.

Откуда берутся школьные мелки

Каждый ребенок знает обычный мел, не раз держал его у доски или рисовал на асфальте. А сколько открытий и истин было совершено с помощью ничем не примечательного белого кусочка. Как же из рассыпчатого порошка получаются прочные кирпичики? Может его смешивают с клеем? Оказывается, главное связующее вещество — гипс, а способ изготовления называется метод литья.

Предварительно очищенный от песчинок меловой порошок смешивают в смесителе с гипсом и красителями. Затем смесь ссыпают в бочку и вручную разводят до получения однородной массы. Готовый раствор с помощью шпателя в течение 15 минут, пока он не застыл, разливают по резиновым пресс-формам. Гипс, как и цемент, быстро схватывается, вступая в реакцию с водой.

После того как смесь застынет, изделия извлекают из формы. Для этого ее накрывают металлической решеткой и аккуратно переворачивают, а затем легким постукиванием мелки выбивают из ячеек и отправляют в печь. В течение 40 минут вся содержащаяся в них влага испаряется, и кирпичики мела становятся твердыми и готовыми к использованию.

Человечество всегда будет волновать тема окружающего мира, каким он станет в будущем. По многочисленным докладам и сообщениям ученых, численность населения к 2100 году достигнет 10 миллиардов человек, что неминуемо приведет к истощению минеральных ресурсов, на образование которых потребовались миллионы лет. Главный путь решения проблемы — рациональное и комплексное использование исчерпаемых и невозобновляемых ресурсов.