Базальт
При кристаллизации по мере подъёма на поверхность Земли базальтовой магмы на глубине иногда образуются сильно дифференцированные по составу, расслоённые интрузии , в частности габбро-норитов (такие как Норильские, Садбери в Канаде и некоторые другие). В таких массивах встречаются месторождения медноникелевых руд и платиноидов.
Основные магматические горные породы в СНГ очень распространены. Они занимают, с учетом Сибирских траппов , 44,5 % площади территории СНГ и представляют большой интерес как сырьё. Известно более 200 месторождений базальтовых пород, из них более 50 месторождений эксплуатируются. В настоящее время базальты применяются не только в строительстве (щебень, штучный камень, облицовка зданий и др.) но и для производства каменного литья, петроситаллов, базальтовых волокон, сырья для получения портландцементного клинкера.
Происхождение
Базальты образуются при застывании излившегося на поверхность Земли, подразумевая под этим и дно океана, силикатного магматического расплава основного (базальтового) состава. Формы залегания - потоки и покровы, разделенные отложениями пирокластического (туфового) или осадочного материала. Мощность единичных потоков базальтовых лав, обладающих в расплавленном состоянии малой вязкостью, обычно невелика . Происхождение базальтовой магмы по одной из гипотез состоит в частичном плавлении типичных мантийных горных пород, гарцбургитов , верлитов и др. Состав выплавки определяется химическим и минеральным составом протолита (исходной породы), физико-химическими условиями плавления, степенью плавления и механизмом ухода расплава.
По геодинамической природе выделяются следующие типы базальтов:
- базальты срединно-океанических хребтов (сокращенно БСОХ или MORB от mid-ocean ridge basalt)
- базальты активных континентальных окраин
- внутриплитные базальты, которые можно подразделить на континентальные и океанические базальты.
Извержение базальтов срединно-океанических хребтов - важнейший в массовом отношении процесс в верхней части Земли.
Изменения
Базальты очень легко изменяются гидротермальными процессами. При этом плагиоклаз замещается серицитом, оливин - серпентином , основная масса хлоритизируется и в результате порода приобретает зеленоватый или синеватый цвет. Особенно интенсивно изменяются базальты, изливающиеся на дне морей. Они активно взаимодействуют с водой, при этом из них выносятся и оседают многие компоненты. Этот процесс имеет большое значение для геохимического баланса некоторых элементов. Так большая часть марганца поступает в океан именно таким способом. Взаимодействие с водой кардинальным образом меняет состав морских базальтов. Это влияние можно оценить и использовать для реконструкций условий древних океанов по базальтам.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Смотреть что такое "Базальт" в других словарях:
- (лат. basaltes, от евр. barsel железо). Горно каменная порода, встречаемая в виде столбов. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. БАЗАЛЬТ лат. basaltes. Горнокаменная вылившаяся порода, встречаемая в виде… … Словарь иностранных слов русского языка - темная плотная новейшая изверженная порода. Прежде егосоединяли в одну группу вместе со многими другими породами, сходными сним по наружными признакам, под общим именем траппа; впоследствии этугруппу подразделили на долериты, анамезиты и базальты … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона
базальт - а, м. basalte m., нем. Basalt < , лат. basaltes. Горная порода вулканического происхождения. Сл. 18. Вулканическая горная порода мелкозернистого или плотного строения, обычно черного или темно серого цвета. БАС 2. Впервые отмеч. в Сл. комм.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
базальт - basalt, basaltic rocks Basalt виливна кайнотипна основна гірська порода. Текстура масивна чи пориста. Забарвлення Б. від темного до чорного. Ефузивний аналог габро. Складається г.ч. з основного плагіоклазу, моноклінного піроксену, олівіну,… … Гірничий енциклопедичний словник
Темная эффузивная основная горная порода, состоящая главным образом из основного плагиоклаза, пироксенов и часто оливина. Полнокристаллические базальты долериты, со стекловатой структурой гиалобазальты и тахилиты. Базальты занимают огромные… … Большой Энциклопедический словарь
БАЗАЛЬТ, твердая мелкозернистая основная вулканическая порода, которая может быть ИНТРУЗИВНОЙ или ЭКСТРУЗИВНОЙ. Цвет породы темно зеленый, коричневый, темно серый или черный. Если затвердение происходило быстро, он приобретал стекловидную… … Научно-технический энциклопедический словарь
БАЗАЛЬТ, базальта, муж. (лат. basaltes). Горная порода вулканического происхождения. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
БАЗАЛЬТ, а, муж. Вулканическая горная порода тёмного цвета. | прил. базальтовый, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Базальт является одним из самых широко распространенных излившихся пород, имеющих темно-серую или черную окраску, имеет большую плотность.
История камня
Название этого минерала появилось благодаря слову из эфиопского языка «базал», что переводится как «кипяченый». Причина такого имени заключается в том, что базальт появился благодаря извержению вулканов.
Базальт получил широкое распространение благодаря тому, что из него делали брусчатку для мощения улиц, а также площадей. Даже сегодня исторические части большинства городов в России вымощены именно брусчаткой, выполненной из базальта.
Считается, что в базальте объединены сразу 4 стихии – огонь, вода, земля и воздух. Как результат, в минерале удерживается большое количество тепла, что благоприятно сказывается на способности базальта к термическому воздействию на организм любого человека.
Химический состав базальта
В составе базальта имеет кальциевый полевой шпат, авгит, вулканическое стекло, микролиты плагиоклазов, пр.
Месторождения и использование
Богатые залежи базальта имеются на территории России, Украины, Армении, Индии, Исландии, Гренландии, Австралии, Северной Америки, Африки.
Его используют в ходе строительства как бутовый камень, наполнитель для бетона, как строительный материал при осуществлении мощения улиц, в производственном процессе литых каменный изделий. Именно базальт является основным источником щебня и кислотоупорного порошка. Также он пользуется популярностью при выполнении наружных отделочных работ зданий.
Виды и цвета
На сегодняшний день выделяют несколько разновидностей базальта
- Который содержащий избыток кремнезема, называется кварц-нормативным;
- В котором имеется недостаток кремнезема, называется нефелин-нормативным;
- В котором отсутствует нормативный кварц или нефелин, называется гиперстен-нормативным.
Что касается цветовой гаммы, то в основном, — это оттенки черно-серой гаммы, очень редко – зеленого и красно-бурого цвета.
Лечебные свойства
На сегодняшний день базальт как элемент лечения, в основном, используется в ходе проведения стоун-терапии, которая уходит своими корнями в глубокую древность. Стоун-терапия благотворно влияет на состояние иммунной системы в целом.
Обязательным условием проведения стоун-терапии является требования сохранить природный вид базальта. К тому же, величина камня влияет на медицинскую силу минерала, поэтому, чем больше камень, тем он более существенное положительное влияние оказывает на состояние здоровья человека, который проходит стоун-терапию.
Чтобы очистить камни после процедур от негативной энергетики, требуется их промывание под сильной струей холодной и обязательно чистой воды. А чтобы произошла подзарядка камней, их необходимо поместить в сухую соль на некоторое время, а затем положить на солнце.
Магические свойства
Информация о магических свойствах базальта крайне скудна, если не сказать, что практически отсутствует. Известно, что этот минерал позволяет мужчинам испытывать большую уверенность в себе, так как данный минерал несет в себе мужскую энергетику. Также есть мнение, что камень благотворно сказывается на крепости семьи, укрепляя атмосферу доброжелательность и эмоционального равновесия.
Какому знаку зодиака подходит
Астрологи не говорят о негативном или положительном воздействии базальта для представителей какого-либо знака зодиака.
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.
Базальт
считается самой распространенной излившейся горной породой на Земле. Чаще всего ее можно обнаружить в виде межплатовых тел или потоков лавы, возникающих после извержения вулканов. Извергнутая из глубин и застывающая на поверхности суши и дне океанов магма образует прочную базальтовую массу, основу которой составляют микроплиты плагиоклазов, клинопироксена, магнетита или титано-магнетита, а также вулканическое стекло.
В составе базальтов обычно присутствуют вкрапления оливина, ортопироксена или роговой обманки.
Химический состав базальтов представлен кремнеземом (45-53 %), щелочными оксидами (до 7 %), оксидами алюминия (14,5-17,9 %), железа (7,3-8,1 %), магния (7,1-9,3 %), кальция (9,1-10,1 %), а также оксидами титана, марганца и свинца в незначительном количестве.
Плотность базальтовых пород может варьировать от 2530 до 2970 кг/куб. м. Температура плавления - 1100-1450 град. С. Прочность на сжатие у различных базальтов может находиться в пределах 60-400 МПа.
Чаще всего базальтные породы имеют темно-серую (дымчатую), черную или зеленовато-черную окраску, в которой присутствуют хорошо заметные мелкие вкрапления кристаллов оливина, светлого плагиоклаза или черного пироксена.
Базальты имеют плотную массивную, пористую или миндалекаменную структуру. Последние обычно называют мандельштейнами
и отличаются наличием в структуре характерных миндалин, заполненных кварцем, кальцитом, хлоритом, халцедоном и прочими вторичными материалами (пренит, цеолит, кальций, медь). Мандельштейны образуются в поверхностных слоях застывшей лавы, где из-за вспенивания расплавленной магмы нередко формируются полости (миндалины), которые после застывания заполняются вторичными минералами (на нижнем фото).
По уникальным прочностным, структурным и цветовым показателям выделяются такие виды базальтов, как итальянская "Базальтина", используемая в архитектурных конструкциях еще со времен Древнего Рима, азиатский базальт, имеющий дымчатую окраску и также используемый в архитектуре, сумеречный базальт черного или темно-дымчатого цвета, добываемый в Китае и считающийся самым износостойким из известных базальтов, мавританский зеленый базальт, имеющий красивую внешность, характеризующуюся темно-зеленым оттенком с оригинальными вкраплениями.
Основная масса базальтов на Земле образуется в срединно-океанических хребтах и формирует основу океанической коры планеты. Кроме того базальтовые горные породы встречаются у активных континентальных окраин и на стыке внутриконтинентальных плит. Очень крупные месторождения базальтов расположены в Индии, на Гавайях (США), в районе крупных вулканов - Ключевская сопка, Везувий, Этна и др. На территории стран СНГ известно более 200 месторождений этого вида горных пород, из которых более 50 разрабатываются.
Область применения базальтов очень обширна - от использования в качестве строительного, облицовочного и декоративного камня, до производства базальтовых волокон и сырья для портландцементного клинкера. Из базальтов изготавливают утеплители, отделочную плитку, дымоходы для каминов и печей.
Среди достоинств материалов из базальтовых горных пород следует отметить устойчивость к истиранию, влиянию кислот и щелочей, долговечность, паронепроницаемость, высокая диэлектричность, огнеупорность, термоустойчивость и теплоизоляция, шумопоглощаемость, а также экологичность и декоративность.
БАЗАЛЬТ , керамический материал, обладающий высокими механическими, физическими, электрическими и химическими свойствами и получаемый тепловой переработкой горных пород того же наименования.
1. Базальт как горная порода . Базальт, или, вернее, базальты, относятся к числу характерных изверженных (эффузивных) основных пород глубинного происхождения и молодого, преимущественно третичного, возраста. Свою широкую известность базальт получил за образуемые им живописные отдельности в виде 6-гранных (а иногда 3- или 5-гранных) призм длиной 3-4 м с перпендикулярными к граням плоскостями (фиг. 1); он встречается также в виде плитняковых естественных лестниц, скорлуповатых шаровых отдельностей и других чрезвычайно живописных скал.
Базальт - порода темного цвета, то серовато-черная, то с синеватым отливом; иногда она бывает зеленоватой или красноватой. Само название «базальт» - древнего происхождения и на эфиопском языке означает «темный», «черный». Порода эта весьма однородна по своему тонкому сложению. Плотная и чрезвычайно твердая, она имеет в разных случаях зернистость разного порядка. Грубо- и среднезернистые разности называются долеритами, мелкозернистые - анамезитами, а весьма тонкозернистые - собственно базальтом. Различие текстуры базальта при тождественном валовом составе объясняется условиями застывания изверженной магмы (быстрота охлаждения, давление и пр.). Петрографический состав базальта может значительно изменяться, но входящие в состав базальта минералы замещаются петрографическими эквивалентами, вследствие чего базальт как порода сохраняет свой habitus весьма устойчиво. Под микроскопом базальт представляется стекловатой основной массой («базис») с микрофлюидальным сложением. В базисе содержатся многочисленные кристаллики полевого шпата, оливина, магнитного железняка и других менее характерных минералов. В зависимости от содержания минеральных включений, цементированных базисом, различают базальты: плагиоклазовые, лейцитовые, нефелиновые и мелилитовые. Собственно, базальтом принято называть первые, т. е. содержащие известковонатровый полевой шпат, авгит и оливин . Химически базальт родственен габбро (Г.) и диабазу (Д.). Валовой химический анализ платообразующего базальта характеризуется, по Вашингтону, следующими данными:
Базальту присуща значительная радиоактивность: он содержит от 0,46∙10 -3 до 1,52∙10 -3 % тория и от 0,77∙10 -10 до 1,69∙10 -10 % радия . Менее глубинные разности базальта кислее и постепенно переходят к дацитам, трахитам и т. д. По новейшим воззрениям, базальт - материал, образующий твердую оболочку земли: под материками толщиной 31 км, а под океанами - от 6 км и более; эта оболочка плавает на вязко-жидком подстилающем слое базальта («субстрат»). Таким образом предполагают, что базальт находится всюду. Что касается самой поверхности земли, то выходы этой породы весьма многочисленны. Вне СССР они имеются: в Оверни, по берегам Рейна, в Богемии, Шотландии и Ирландии, на острове Исландия, в Андах, на Антильских островах, на острове св. Елены и в разных других местностях. Много месторождений базальта в северной, западной и юго-восточной частях Монголии. В пределах СССР базальт распространен на Кавказе и по Закавказью, а также по северу Сибири, в бассейне р. Витима. В ближайшее время практически могут представлять наибольший интерес месторождения: Берестовецкое - Волынского округа УССР, Исачковские - Полтавского округа УССР, Мариупольские - Мариупольского округа УССР, Чиатурское, Белоключинское, Манглисское и Саганлугское, Аджарис-Цхальское - Грузинская ССР, Эриванское - Армянская ССР, а также олонецкий диабаз с берегов Онежского озера.
2. Свойства натурального базальта . Непосредственное применение натурального базальта и дальнейшая переработка его предполагают достаточное знание механических, физических и химических свойств его. Однако свойства эти существенно связаны с составом и текстурой базальта и потому значительно изменяются в зависимости от месторождения. Если говорить о базальте вообще, то свойства его м. б. охарактеризованы лишь пределами соответственных констант. Приводимые ниже данные для базальта отчасти сопоставлены с данными для диабаза и габбро. Кажущийся удельный вес (куска): 2,94-3,19 (Б.), 3,00 (Д.), 2,79-3,04 (Г.). Истинный удельный вес (порошка) около 3,00 (Б.). Пористость в % объема: 0,4-0,5 (Б.), 0,2-1,2 (Д.), 3,0 (Г.). Поглощение воды: 0,2-0,4% по весу и 0,5-1,1% по объему (Б.). Масса 1 м 3 сухого базальта около 3 т. Прочность на сжатие в кг/см 2: 2000-3500 (Б.), 1800-2700 (Д.), 1000-1900 (Г.). Если прочность на сжатие сухого базальта больше 3000, то мокрого - более 2500, а при морозе в 25° она более 2300. Прочность на износ («твердость», вычисляемая по формуле: р = 20-w/3, где w - масса, потерянная в нормированных условиях при 1000 оборотах истирающего диска) характеризуется числами 18-19 (Б., Д., Г.). Прочность на удар («компактность») при испытании нормированных образцов: 6-30 (Б., Д.) и 8-22 (Г.). По твердости базальт превосходит сталь. Модуль Юнга в (D см -2)х10 -11 равен 11 (Г.) и 9,5 (Д.). Коэффициент объемного сжатия на 1 кг при давлении 2000 кг/см 2 составляет 0,0000018 (Б.) и 0,0000012 (Д.), а при давлении 10000 кг/см 2 составляет 0,0000015 (Б.) и 0,0000012 (Д.). Начало плавления нормального оливинового базальта - при температуре около 1150°, а жидко-плавкое состояние начинается при температуре около 1200°. Расплавленная порода перестает быть текучей при охлаждении до 1050°. Более кислые породы имеют температуру плавления более высокую, причем она повышается с содержанием кремнекислоты. В частности, базальт Аджарис-Цхальского месторождения (дацитобазальт - по Абиху или трахиандезит - по новым определениям) размягчается при 1180°, имеет консистенцию густого меда при 1260° и вполне разжижается при 1315° (опыты автора в отделе материаловедения ГЭЭИ). Удельная теплоемкость базальта сиракузского для различных температур показана в следующей таблице:
Теплота кристаллизации базальта при переходе из аморфного состояния в кристаллическое 130 Cal. При кристаллизации происходит уменьшение объема на 12% сравнительно с объемом базальта при температуре 1150°. Удельная теплопроводность базальта в грамм-калориях - около 0,004. Коэффициент теплового расширения базальта: 0,0000063 (при 20-100°), 0,000009 (при 100-200°) и 0,000012 (при 200-300°).
В химическом отношении базальты представляют породы стойкие: атмосферные деятели, в опытах Гари, выветрили за 18 месяцев от 1,5 до 0,8 мг/см 2 базальта, тогда как серый известняк в тех же условиях потерял 22,7 мг/см 2 . Ход процесса выветривания базальта и диабаза представлен сравнительной диаграммой (фиг. 2).
Число, стоящее на верхней горизонтальной линии, показывает число грамм выветренной породы, которое надо взять, чтобы в ней содержалось составной части, соответствующей обозначению рассматриваемой горизонтали, столько же, сколько этой части содержится в 100 г свежей породы. Т. о. все точки, стоящие справа от вертикали 100, означают обеднение соответствующей частью, а стоящие слева - обогащение. Следовательно, при выветривании базальт обогащается кремнеземом и глиноземом и беднеет щелочами, щелочными землями и железом во всех видах, тогда как диабаз обогащается окисным железом и натрием. Это обстоятельство говорит, по-видимому, против диабаза как материала изоляционного.
3. Основания переработки базальта . Свойства натурального базальта делают его превосходным строительным материалом, более надежным, чем гранит. Применять базальт стали давно. Однако чрезвычайная трудность обработки базальта и деление его на сравнительно узкие призмы заставили придумать особый способ придания ему геометрических форм.
Естественно было подумать о сплавлении этой породы, поскольку она сама происхождения огненного. Но недостаточно расплавить базальт: при быстром охлаждении отливки из него дают стекловидную массу, аналогичную природным гиалобазальтам, хрупкую и технически неприменимую (фиг. 3 и 4).
Основная задача базальтового производства - восстановление мелкозернистости у переплавленного базальта, так называемая регенерация (фиг. 5).
Мысль о возможности переплавления и восстановления в первоначальном виде горных пород возникла в 18 в. Шотландец Джемс Голл уже в 1801 г. добился переплавки базальта и в частности установил, что базальт и лавы, будучи расплавленными и быстро охлажденными, дают стекло, тогда как при медленном охлаждении их получается масса каменистая, со следами кристаллической структуры; это - основное положение огненной переработки лав. Особенно замечательны опыты шотландца Грегори Уатта, который расширил масштаб плавки. Плавление глыбы базальта более 3 т продолжалось 6 ч., а охлаждение под покровом медленно горевшего угля потребовало 8 дней. Уатт описал продукты этого медленного охлаждения: на поверхности - черное стекло; по мере углубления в застывшую массу появляются сероватые шарики, группирующиеся в связки; затем структура делается лучистой; еще глубже вещество имеет каменистый и затем зернистый характер, и, наконец, масса пронизывается кристаллическими пластинками. Т. о. была выяснена возможность переплавлять и регенерировать изверженные породы. Но из-за отсутствия достаточно большой потребности в переплавленном базальте для промышленности описываемые опыты были забыты. В 1806 г. Добре и затем в 1878 г. Ф. Фуке и Мишель Леви вернулись к процессу плавки и регенерации. Им удалось воспроизвести почти все породы огненного происхождения и выяснить, что для этого не требуется ни чрезвычайных температур, ни таинственных агентов, а все дело - в установлении надлежащего режима плавки и отжига. После охлаждения расплавленный силикат превращается в стекло, температура плавления которого ниже температуры плавления исходного минерала. Чтобы восстановить последний, необходимо отжечь стекловидную массу при температуре, превышающей температуру плавления стекловидного тела, но лежащей ниже температуры плавления минерала кристаллического. Температурный промежуток этих точек плавления и есть та область, в которой возможна регенерация силиката или алюмосиликата; промежуток этот м. б. довольно незначительным. Когда дело идет не об одном минерале, а о совокупности 5-6 минералов, слагающих кристаллическую породу, то режим отжига надо было бы установить с рядом ступеней, причем каждому минералу отвечала бы своя остановка хода охлаждения. Однако на практике эти ступени оказываются так близки между собой, что можно ограничиться двумя остановками. В отношении базальта первый отжиг, при красно-белом накале, дает кристаллизацию закиси железа и перидота, а второй, при вишнево-красном, - кристаллизацию прочих минералов породы.
Первые опыты промышленной плавки базальта были предприняты в 1909 г. Риббом, а различные применения плавленому базальту найдены инженером Л. Дреном. В 1913 г. для промышленного осуществления процессов плавки была образована в Париже «Compagnie generate du Basalte», а в Германии - «Der Schmelzbasalt A.-G.», в Линце на Рейне; затем оба общества объединились под общим названием «Schmelzbasalt A.-G.», или «Lе Basalte Fondu». В настоящее время во Франции имеются два завода, выпускающие гл. обр. электротехнические и строительные изделия, а в Германии - один, обслуживающий химическую промышленность.
4. Производство плавленого базальта . Ломка . Залегание базальта бывает различное, и потому ломка его не всегда однообразна. Плитообразный базальт покровов или скал добывается подрывной работой. Призмы столбчатого базальта могут быть отделяемы посредством клиньев и рычагов. Разработку ведут ярусами, снимая последовательные слои рядами естественных расслоений.
Дробление . Наломанный базальт хранится на открытом воздухе. Для плавки он дробится на дробилках Блека или Гетса. Затем куски сортируются по размерам, а мелочь идет на бетонные массы.
Переплавление . Раздробленный базальт поступает в плавильные горны, в которых применяются различные способы нагрева. Наиболее подходят печи электрические, газовые (газогенераторные или с осветительным газом) и печи с мазутовыми форсунками. Электроплавильная установка состоит из неподвижной электродной печи и передвижного приемника на колесах, служащего для развозки расплавленного базальта по отливочной мастерской; этот приемник тоже представляет небольшую электродную печь. Оба типа печей питаются двухфазным током. Дно печи делается из огнеупорного материала и имеет сбоку сопло для выпуска расплавленной массы, из приемника же она спускается в формы или в изложницы для отливки простым наклонением приемника. В других печах под горла делается наклонным, так что загрузка горна и спуск расплавленной массы ведутся непрерывным процессом. Производительность описываемых печей - от 3 до 50 т в день. Парижский завод - крупно-кустарного типа - имеет 4 печи емкостью в 80 кг каждая, действующие непрерывно и отапливаемые городским газом; плавка ведется при 1350°. Другой французский завод, в Пюи, работает на электрической энергии. Мощность непрерывного производства - 8 т в сутки.
Отливка . Расплавленный базальт льется в формы или в изложницы непосредственно из печей или же увозится в отливочные мастерские. Для отливки применяются либо песочные фермы, либо стальные изложницы. Первые гораздо дешевле, но применимы не во всех случаях, т. к. изделия выходят из них матовыми и грубоватыми. Стальные изложницы придают изделиям блестящую поверхность, но стоят сравнительно дорого. При тщательной отливке литье получается чистое; в противном случае видны затеки и неровности, во многих случаях не препятствующие, однако, использованию изделия.
Тепловая обработка . Почти тотчас после отливки изделия, еще вишнево-красные, извлекаются из изложниц и переносятся в отжигательные подовые печи, подобные обычным закалочным. В зависимости от своего назначения и размеров изделия выдерживаются в печи от нескольких часов до нескольких дней. Начальная температура отжига около 700°. Печь замазывается и медленно охлаждается; томление в печи длится, смотря по размерам изделий и требуемым их качествам, от нескольких часов до 10-14 дней. Таких печей на парижском заводе до 35.
Отделка . По охлаждении изделия готовы к употреблению. Для придания им надлежащего вида с них счищают налет стальными щетками. Если требуется большая точность плоскостных граней, то производится отделка на кругах, имеющих базальтовое основание.
Стоимость производства . Производство плавленого базальта не требует ни высококвалифицированной рабочей силы, ни дорогого оборудования. Главные расходы производства в наших условиях - на доставку материала, если его привозить с Кавказа, и на энергию. При работе с газом на 1 кг готовых базальтовых изделий требуется около 900 Cal, т. е. около 1 / 4 - 1 / 3 м 3 газа; при работе с электрической энергией на 1 кг изделий расходуется примерно 1 kWh. Т. о. себестоимость базальтовых изделий, например, изоляторов, значительно ниже, чем фарфоровых. Во Франции продажная цена базальтовых изоляторов на 10-15% меньше, чем фарфоровых, а для более значительных по размерам - на 25-30%. Чем крупнее изделия, тем больше расхождение цен между базальтом и фарфором. Однако есть основания считать вышеуказанные расхождения продажных цен значительно преуменьшенными за счет увеличения прибыли базальтового производства как дела нового.
Производство плавленого базальта в СССР . Имея за собой огромные технические и экономические преимущества и в некоторых случаях, как, например, при электрификации железных дорог, будучи почти незаменимой, базальтовая промышленность вызвала к себе внимание технических и промышленных кругов. Опыты с плавкой базальта и других пород, предпринятые по поручению Главэлектро ВСНХ в отделе материаловедения ГЭЭИ и затем в ГЭТ, опыты над плавкой диабаза в Горнометаллургической лаборатории и интерес ВСНХ Грузии и Армении к этой промышленности могут считаться предвестниками скорого развития базальтового дела. С экономической точки зрения д. б. отмечено весьма выгодное естественное сочетание благоприятных факторов: возможность добычи базальта весьма часто территориально совпадает с наличием источников гидроэлектрической энергии для его переработки, т. е. с районной силовой установкой, для которой необходимы базальтовые изоляторы, и с центрами электрохимических производств, которым необходимо огне- и кислотоупорное базальтовое оборудование. Указываемое совпадение, в связи с выгодностью мелких базальтовых заводов и сравнительной дороговизной транспорта, дает основание предвидеть в будущем сеть небольших базальтовых заводов по всей территории страны.
5. Свойства переработанного базальта . Переплавленный и регенерированный базальт в общем имеет свойства натурального, но в улучшенном виде (см. фиг. 3 и 5).
Механические свойства : а) прочность на сжатие - около 3000 кг/см 2 ; б) прочность на износ, испытанная с помощью мельницы Дерри, припудренной песком, оказалась в среднем 0,9 мм после 1000 оборотов; в) обладая большой вязкостью, базальт бьется нелегко, и базальтовые изоляторы и прочие изделия практически можно считать небьющимися. Сравнительно с фарфором базальт обладает хрупкостью в 2-4 раза меньшей; различные значения этой величины зависят от режима отжига; наличием примесей хрупкость м. б. весьма повышена; г) прочность на разрыв испытывалась на базальтовых поддержках для третьей шины электрических ж. д., причем для сравнения были испытаны такие же поддержки из песчаника; разрыв изделий из базальта наблюдался при 3700-4700 кг, а разрыв таких же изделий из песчаника - при 1200 кг.
Термические свойства : а) переплавленный базальт противостоит изменениям температуры, даже резким; пластинка базальта в 8 мм толщины, погружаемая попеременно в кипящую воду и в холодную, не дала никаких признаков растрескивания; изоляторы, выставленные на солнце и затем попадавшие под грозовой ливень, а также изоляторы, испытанные согласно правилам Французского союза электрических синдикатов (внезапный перенос из воды при 65° в воду при 14°), не показали никакого изменения электрических свойств; верхний предел теплового интервала может быть еще повышаем; б) в момент затвердевания базальт допускает заштамповку или иное введение в него железных частей любого объема и крепко пристает к ним, не требуя цементировки; в) базальт стойко выдерживает значительные нагревы, не обнаруживая разрывов, трещин, «утомления» или «постарения»; г) по малой теплопроводности базальт может служить тепловым изолятором.
Гигроскопичность . Будучи вполне компактным и облитым автогенной глазурью, базальт вполне водоупорен и негигроскопичен.
Электрические свойства : а) базальт обладает значительной электрической крепостью: у мостового базальта она оказалась около 32 kV/cм при толщине пластин в 18 мм, а у специального электротехнического базальта, как подвергавшегося термической обработке, так и у остеклованного, - от 57 до 62 kV/см при той же толщине; б) когда происходит пробой и образуется мощная дуга, базальтовый изолятор все-таки этим не повреждается, ибо по прекращении дуги место пробоя заплывает, и изолятор залечивается бесследно; в) базальтовые изоляторы при обработке сами собою покрываются стеклоподобной базальтовой глазурью в 1,5-2 мм толщины, постепенно переходящей внутрь к базальту зернистому; эта глазурь представляет превосходное препятствие поверхностным электрическим утечкам и предохраняет изоляторы и прочие изделия от гигроскопичности и от действия атмосферных агентов; имея состав, тождественный с составом самого изолятора, глазурь держится на нем как однородное тело и потому не подвергается опасности растрескаться или облупиться. Кроме того, при насильственном повреждении этой глазури обнажается вещество того же состава, так что указанное повреждение не бывает для изолятора гибельным.
Химические свойства . В химическом отношении изделия из базальта, по французским сведениям, весьма стойки; в табл. 1 приводятся данные о действии различных реагентов на переработанный базальт.
Данные дальнейших испытаний приведены в табл. 2.
Внешний вид . Переплавленный, но неотожженный базальт напоминает стекло: он обладает блестящим изломом, буро-черным цветом и хрупок. После отжига переплавленный базальт получает черный или темный цвет, матовый мелкозернистый излом и вязкость натуральной породы. Наружный вид изделий зависит от материала формы и изложницы (см. п. 4).
Итак, по механической прочности, термической и химической стойкости, высоким и своеобразным электрическим свойствам, дешевизне и сравнительно легкой обрабатываемости переработанный базальт должен быть признан одним из наиболее замечательных материалов электротехники.
6. Применение переработанного базальта . Базальтовая промышленность еще слишком молода, чтобы можно было в настоящее время предвидеть все виды применения нового материала. Пока наметились следующие: а) в сетях сильных токов высокого и низкого напряжений - линейные изоляторы на открытом воздухе (фиг. 6),
опорные изоляторы, изоляторы третьей шины электрических ж. д. и метрополитенов (фиг. 7), выводные изоляторы на высоком напряжении;
б) в сетях слабого тока и в радиосвязи - телеграфные и телефонные изоляторы, оттяжные изоляторы и прочие изоляционные части для антенн; в) в электрохимической промышленности - изоляторные подставки для аккумуляторов, посуды, ванн и пр.; г) в общей химической промышленности - кислотоупорное оборудование, в том числе всевозможная посуда, ванны, краны, пропеллеры и т. д., оборудование на температуру до 1000°; д) в строительстве - изоляционные мостики (фиг. 8), мостовые, лестничные ступени, облицовка стен и полов, особенно когда имеются кислые испарения, и т. д.
Линейные изоляторы . В виду исключительного интереса, представляемого базальтом в электротехнике, приводим данные испытаний в Парижской центральной электрической лаборатории десяти изоляторов с залитыми в них железными штырями, причем пять из них были предварительно подвергнуты тепловому испытанию (см. п. 5). При сухом испытании первые скользящие по изолятору искры появлялись при 32,5-38 kV, дуга образовывалась при 35-43 kV, пробой юбки получался при 40 kV, а шейки – при 37,5-39,5 kV. Мокрое испытание под искусственным дождем дало образование дуги при 18-20 kV, после чего через 30 сек. изолятор пробивался. Испытание под маслом установило пробивное напряжение при 35-58 kV. Испытание оттяжных изоляторов переменным напряжением, которое поднимали до пробоя и затем, немедленно после пробоя, начинали снова поднимать до нового пробоя, и так 4 раза, дало результаты, представленные в табл. 3.
Изоляторы телеграфного типа . Испытанием базальтовых изоляторов сильного тока, по типу приближающихся к телеграфным, произведен, на Московской научно-испытательной телеграфной станции, установлено поверхностное электрическое сопротивление базальтовых изоляторов значительно более высокое, чем у соответственных фарфоровых; но при испытании под дождем сопротивление базальта восстанавливалось несколько медленнее, чем у фарфора. Вероятно, это зависело от грубой поверхности испытывавшихся сильноточных изоляторов, для которых не были приняты во внимание требования телеграфии.
7. Другие применения базальта . Кроме применения натурального базальта в качестве строительного материала и щебня, и применения термически переработанного базальта в различных отраслях промышленности, базальт и родственные ему породы идут также в качестве составной части при керамическом и стекольном производстве. Так, боржомский андезит уже несколько лет применяется при варке стекла для бутылок под боржомскую минеральную воду, придавая ему прочность и темную окраску. Английский фарфоровый завод Веджвуда издавна выпускает глиняную посуду с черным неглазурованным по массе и легко полирующимся черепком, т. н. «базальтовую» (Basalt) или «египетскую» (Egyptian), - масса для нее содержит базальт.
