Искусство изготовления из глины сосудов и других предметов обихода можно считать самым древним, ставшим одним из первых видов технического производства. Что может быть обычней глины! Между тем, роль её в жизни людей велика и связана, с необычными её свойствами. На них наблюдательный ум человека обратил внимание еще в глубокой древности. Глина, обожженная в костре - первый искусственный материал, полученный человеком. Свойства этого материала раскрывались человеку постепенно. До сих пор треть человечества живет в глинобитных хилишах. И это не считая домов из обожженных кирпичей. Из глины делают не только стены, но и поды с крышами. Чтобы повысить прочность такого глинобитного пола, его время от времени поливают соленой водой. Впервые появившиеся в Месопотамии клинописные письмена выдавливали на тонких глиняных табличках. Да и в сложный состав современной бумаги обязательно входит белая глина.

Использовали глину исстари и как лечебное средство. Растяжение хил лечили пластырем из желтой глины, разведенной в уксусе. А при болях в пояснице и суставах на больные места накладывали глину, разведенную горячей водой с добавлением керосина. Знахари при ворожбе предпочитали использовать печную глину. Ей лечили от сглаза иди лихорадки. Маленькие же глиняные горшочки (махотки) ставили на тело при простудах как медицинские банки. Делали даже “кирпичные ингаляции”, раскаляя в лечи кирпич, насыпая на него сверху луковую шелуху я вдыхая дым. А посыпая такой кирпич полынью или можжевельником, распугивали мух и комаров.

Глину даже ели. Жители Севера до сих пор употребляют в пищу “земляной жир” - белую глину. Едят ее с оленьим молоком или добавляют в мясной бульон. Да и в Европе приготовляли из глины лакомство наподобие конфет. Есть старая русская загадка: “Был я на копанце, был я на топавде, был я на кружале, был я на пожаре, был я на обваре. Когда молод бил. то людей кормил, а стар стад, пеленаться стал”. До недавнего времени любой деревенский житель быстро разгадал бы ее. Это ведь обыкновенный печной горшок. А сама загадка подробно рассказывает его “жизненный путь”. “Копанцами” в русских деревнях называли ямы, где добывали глину. Гончары почтительно говорили о ней: “живая”. “Живая плота”, встречающаяся в природе, столь разнообразна по составу, что можно найти готовую смесь для изготовления любого вида керамики.
Естественно, если находят залежи ценных видов глины, то около них быстро вырастают гончарные производства. Так, например, случилось в Гжели под Москвой, где была найдена белая глина.

Глина, в отличие от песка, фильтрующего влагу, вбирает её в себя до отказа, не пропуская её глубже. При смешивании с водой глина становится пластическим "тестом", которому можно было придать любую форму. Высохнув, она сохраняет приданную "тесту" форму и после обжига делается твердой, как камень. Глина - продукт разрушения горных пород. Процесс образования глины происходит постоянно, но было время, когда образование глины совершалось в гигантском масштабе. Это явление относится к незапамятным временам, к ледниковому и дилювиальному периодам, когда механическую часть работы разрушения горных пород выполняли двигавшиеся в равнину глетчеры. В состав любой глины входит глинозем, т.е. окись алюминия, и кремнезем, а второстепенными примесями могут быть различные щелочи, известь, магнезия, окислы железа и титановая кислота.

Есть глины, состоящие преимущественно из одного минерала (например, каолинитовые огнеупорные глины - каолины), но гораздо чаще они полиминеральны, являясь смесью минералов каолинита, галлуазита и монтмориллонита. Предшествовавшие глинам породы состояли в основном из полевых шпатов и слюд. Шпаты содержатся во всех трех видах горных пород на Земле - изверженных метаморфических и осадочных. Застывшие магмы - граниты, пегматиты - родоначальники глинистого минерала каолинита. Галлуазиту обычно предшествовали диабазы и габбро; монтмориллонит - продукт разложения вулканических пеплов, туфов и лав. ??Материнские породы глин в течение тысячелетий разрушались, разлагались, выветривались, превращаясь в обломки, осыпи и, наконец, в мельчайшие частицы. Иногда они оставались на месте своего образования.

Так появились "первичные", "остаточные" залежи глин, обычно мощные (до ста метров и больше), занимающие значительные площади. В основном они состоят из каолина ("Каолин" - это искаженные китайские слова "гао лин", т.е. "высокий холм"; так называется селение в Китае, где впервые начали добывать эти глины). Из этих глин, образующих при обжиге светлый черепок, делают тонкую керамику - фарфор и фаянс. Но чаще реки, ветры, движущиеся ледники переносят глинистые материалы на большие расстояния. Постепенно они оседают в застойных водах. Осевшие илистые пласты по своему строению однородны. В пути они подвергаются природному "отмучиванию", обогащению, освобождению от неразложившихся пород и примесей. Такие месторождения (их большинство) слоисты, мощность их относительно небольшая, площадь залегания различна.

Эти повсеместно распространенные, неглубоко залегающие глины четвертичных отложений обычно используются для выделки гончарной посуды и строительного кирпича. ??Иногда глинистым частицам удается избежать встреч с водными потоками, содержащими вещества, обычно загрязняющие глину. В этом случае образуются месторождения чистых, высокоогнеупорных, маложелезистых глин. Они идут на керамические изделия с особыми свойствами, применяемые в специальных отраслях промышленности. Как в древних, так и в современных, отложениях глинистых минералов выявлена климатическая зональность. В ледовой арктической зоне преобладают такие минералы, как гидрослюда, хлорит, в умеренно-влажной, холодной - монтмориллонит, в тропической - каолинит. ??Еще одно удивительное свойство обожженной глины открыли ученые. Было обнаружено, что во время обжига глиняных изделий они намагничиваются, фиксируя особенности геомагнитного поля Земли в тот момент времени. Зная геомагнитное поле нашей планеты в древние эпохи, возраст керамики можно установить с точностью до двадцати пяти лет. Археологам в этом помогают петрография, микроскопия, спектральный анализ, рентген.

Плиний Старший в I в. н. э. в своей "Естественной истории" отличал белую глину (argilla) от рядовой, обычной глины (lutum) и от просто почвы (terra). В древнегреческом языке слово "keramos" первоначально обозначало глину, оно упоминается Гомером в "Илиаде" (VIII в. до н. э.). В древнеславянском языке слова "глина" не было, а было слово "брние", обозначающее глину, затворенную водой, отсюда, вероятно, и происходит название чешского города Брно. Понятие "гончар" в древнеславянском обозначалось словом "зьдун", корень "зьд" образует до сих пор такие слова, как создатель, создавать, здание. Слово же "глина" имеет более позднее происхождение, вероятно, от слова "глиний" - глинозем (окись алюминия), входящий в состав любой глины. Глина на нашей планете возникла давно, в межледниковый период, который сопровождался в течение многих тысячелетий таянием ледяного покрова, имевшего толщину на территории Европы до 2 км. Таяние вызывало мощные водные потоки, которые выполняли рабо ту глиновала. Они отмучивали, перемещали и переотлагали глину и песок, что приводило к их перемешиванию. С этими процессами связано образование многочисленных в Европе, в частности в России, месторождений глин с различными свойствами, чего не наблюдается на других континентах.

Если к глине подойти с научной точки зрения, то она представляет собой дисперсную, то есть состоящую из твердых частиц разных размеров, осадочную породу пластинчатых минералов, по химическому составу - гидроалюмосиликатов, и сопутствующих примесей иных минералов. Ну что такое "гидро" - понятно, "алюмо", наверное, тоже, а силикаты представляют собой соединения кремния с кислородом. Пластинчатые минералы при взаимодействии с водой делают глину пластичной, способной формоваться и сохранять заданную ей форму при высыхании. Минералы-примеси, такие как кварц (песок), карбонаты (мел, мрамор, известняк, доломит, магнезит) и полевой шпат (наиболее распространенными полевошпатовыми породами являются граниты) непластичны, и их присутствие "отощает" глину, снижает ее пластичность. Существует ряд классификаций глин по химико-минералогическому составу, происхождению, применению, но ни одна из них не охватывает всей совокупности признаков, полезных при определении пригодности глинистого сырья для того или иного производства.

Деление глин, принятое в геологии:
а) перенесенные водой, ледником, ветром (вторично отложенные);
б) оставшиеся на месте образования (первичные глины);
в) метаморфизованные камнеподобные породы.
В схеме классификации по ГОСТ 9169-59 глинистое сырье делится на четыре группы: каолины, глины, сухари (огнеупорные камнеподобные глины) и сланцевые глины (плохо размокающие в воде). Эти группы подразделяются на подгруппы:
а) по содержанию окиси алюминия в прокаленном состоянии (более 40% - высокоосновные, от 40 до 30% - основные, от 30 до 15% - полукислые, менее 15% - кислые);
б) по огнеупорности (огнеупорные - плавящиеся при температуре от 1580°С и выше; тугоплавкие - плавящиеся от 1580 до 1350°С, и легкоплавкие - плавящиеся ниже 1350°С);
в) по степени связуемости или пластичности (образующие формуемое тесто при добавке нормального песка: более 50% - связующие, от 50 до 20% - пластичные, менее 20% - тощие; вовсе не образующие теста).

Наряду с рассмотренными существует промышленная классификация глин, основанная на оценке их по совокупности некоторых признаков, таких, как цвет и внешний вид после обжига, интервал спекания - плавления, прочность изделия при ударе, стойкость при резкой смене температур. Эти признаки определяют промышленное назначение и название глин. Уже в средние века сложились и существуют до сих пор такие названия глин, как кирпичные, трубочные, кафельные, горшечные, фаянсовые, бело-жгущиеся, клинкерные и другие. Тогда глины, к слову сказать, оценивались только на ощупь, и их свойства были доступны оценке мастеров средневековья. И сейчас, я думаю, не грех вернуться к такой оценке глины, так как непосредственное соприкосновение с материалом в самом начале работы соединяет мастера и глину в одно целое, позволяет им почувствовать друг друга, ибо если инструмент - это продолжение рук гончара, то изделие - продолжение его души. Так вот, глина, применяемая в гончарном деле, должна быть тяжелой, жирной, упругой, в общем, с твердым характером - она обязана держать форму. По цвету глина может быть красной, коричневой, голубой, зеленой, серой или белой. Иногда встречаются глины шоколадного (так называемые сникерсы) или грязно-черного цвета. Но я не советую иметь с ними дело, потому что при обжиге органические примеси, большое количество которых и придает им темный цвет, дают такой дух, что хоть святых выноси. Цвет глине придают окись алюминия, окись железа и окись титана. Если оксиды железа и титана в сумме не превышают 1 процент, то глина имеет белый цвет даже после обжига, если же их более 1 процента, то глина после обжига красная, несмотря на то, что в сыром виде она зеленая или голубая.

Кварц (песок) обычно присутствует в залежах глины в виде окатанных бесцветных или окрашенных зерен. Количество его в глинах может быть различным - от нескольких процентов до нескольких десятков процентов. Песок, который добавляют в гончарные глины для их отощания, должен быть молотым (иначе глина будет тереть руки, словно наждак), и его количество не должно превышать 25 процентов (оптимально - 15%). По мере добавления молотого песка (до 15%) пластичность гончарной глины повышается, дальнейшее добавление песка уменьшает пластичность. Количество песка в глине влияет и на усадку изделия при обжиге. Поэтому, если вы захотите уменьшить усадку глины при сушке, что в свою очередь уменьшит ненужную деформацию изделий и избавит вас от коварных трещин на дне сосудов большого диаметра, то добавьте в глину до 25 процентов песка или молотого обожженного черепка. В Древней Греции, например, в глину добавляли дресву, которая представляла собой не что иное, как толченый гранит. Весьма часто, особенно в низкокачественных глинах, встречаются примеси карбонатов кальция и магния (мел и доломит) в виде крупных и мелких зерен. Они полезны и вредны одновременно. Скажу несколько слов о двоякой роли этих примесей при обжиге керамики. В мелкодисперсном состоянии эти примеси являются сильными плавнями (добавками, снижающими температуру спекания), но в то же время при температуре обжига до 1000°С они снижают прочность керамики, а при более высокотемпературном обжиге наблюдается деформация изделий. Содержание мела в гончарной глине может достигать 25 процентов, но при этом требуется равномерное его распределение и очень мелкий помол. Если карбонаты присутствуют в глине в виде крупных включений, то оставшиеся после обжига окислы кальция и магния начинают поглощать влагу из воздуха, образовывать гидроокиси, увеличиваться в объеме и в конце концов могут разорвать изделие. Эти вредные включения называют "дутиками".

Довольно распространенными примесями в глине являются гипс и пирит. Они заметны после обжига в виде мелких черных "мушек". Пирит в глине - это кристаллы с металлическим желтоватым блеском, гипс иногда образует видимые глазом скопления крупных кристаллов. Удалить их можно только вручную. Вредной примесью в глинах являются также растворимые соли - сульфаты и хлориды, которые образуют так называемые выцветы на изделиях. Растворимые соли выступают в виде солевого налета на поверхности обожженных глиняных изделий. Для борьбы с "выцветами" рекомендуют вводить в состав глины карбонат бария. В условиях небольшой гончарной мастерской с этой бедой лучше бороться правильным режимом обжига. "Выцветы" образуются главным образом при температуре 400-500°С, поэтому рекомендуется быстро поднимать температуру до 600°С. Для разложения "выцветов" в ряде случаев окажется пригодным присутствие углистых материалов в глине и восстановительный обжиг в интервале 700-800°С.

Органические примеси, как правило, выгорают при обжиге и почти не оставляют следов на поверхности изделий, если не считать мелких раковин, образующихся при сгорании частичек дерева. (Но это их свойство используют при декорировании изделий. Например, вкрапления в поверхность изделий зерен риса, пшеницы или даже гороха после обжига оставят характерный след.) Большое же количество в глине органического углерода может создать при обжиге локальную восстановительную среду, что содействует более раннему спеканию глины и при толстом слое (кирпич, например) может придать черепку местную деформацию и нежелательную окраску. Состав и гончарные качества глины окончательно выясняются только после изготовления и обжига пробного изделия. Проще всего приобрести глину на профильном заводе или прямо в карьере какого-нибудь месторождения. На заводах она продается двух видов: карьерная - привезенная прямо с места добычи, а значит, требующая соответствующей обработки, или в порошке. Порошок представляет собой смесь, готовую для работы. Его остается только затворить водой. Порошок, конечно, дороже, но, приобретая его, вы сэкономите время на очистке глины. В составе глиняного порошка, купленного на заводах по производству керамической плитки и кирпича, есть 10-12 процентов молотого стекла, что придаст будущим изделиям прочность. Но гончарные свойства глины,приготовленной из такого порошка, несколько снижаются из-за наличия того же стекла.

В настоящее время в крупных городах появились организации, продающие готовую гончарную глину. Там вы можете приобрести глину любого состава, мелкий и крупный шамот, гипс, готовую глазурь и другие необходимые для гончара материалы. Но если нет такой возможности, то нужную глину можно в принципе найти где угодно, например на крутом склоне холма. Глину можно найти даже на обочинах дорог или, что лучше всего, по берегам болот или небольших водоемов, которые и образуются, потому что дождевая или родниковая вода попадает в глиняную чашу. Нужная глина (обычно голубая или зеленая) залегает или сразу под дерном, или на глубине пластом различной мощности. Эта глина так же, как и карьерная, требует тщательной подготовки. Ее нужно высушить, предварительно разбив на мелкие куски. На это высушивание надо потратить достаточно времени. Когда глина окончательно высохнет, залейте ее водой и желательно горячей. Воды необходимо столько, чтобы на ее поверхности оставались только отдельные островки глины. После набухания массу нужно выложить на стол, застеленный холстом или любой другой грубой тканью. Подождите, когда глина освободится от лишней воды и приобретет необходимую для работы влажность. При подвяливании глины ее нужно периодически переворачивать и, желательно, переминать.

Основное качество гончарной глины состоит в том, что она должна быть чистой, то есть не иметь никаких вкраплений. Конечно, какого-то результата можно добиться, используя любую глину, но вряд ли при этом изделия будут качественными. У хорошего мастера мелкий камушек или даже большая песчинка может быть соразмерна с толщиной стенки сосуда и помешать в работе. Очистить гончарную глину можно руками (что малопроизводительно, но в домашних условиях вполне реально) или продавливая ее в пластичном состоянии через мелкую сетку, как бы имитируя промышленный фильтр-пресс. Можно еще глину с целью очищения отмучивать в бочке, то есть разбавлять ее до шликера (состояния жидкой сметаны) и ждать, когда крупные тяжелые включения осядут на дно. После чего чистую фракцию сливают, сделав отверстие в бочке на уровне начала чистого шликера, и подвяливают до нужного состояния.

Теперь нужно немного подробнее поговорить о взаимоотношениях глины с водой. Несмотря на то, что характеры их схожи, поссорить их очень просто, и тогда хорошего не жди. Если, затворяя глину, вы переусердствовали и налили слишком много воды, ее будет сложно удалить. Глиняное тесто будет неоднородным, с комками. Глина, будучи гигроскопическим веществом, адсорбирует влагу из воздуха, смачивается водой и способна набухать в состоянии сильного обводнения. Влагу, адсорбируемую глиной, называют прочносвязанной водой в отличие от рыхлосвязанной воды, размещающейся между частичками глины более свободно, подвижно и выдавливаемой из глины при компрессии. Прочносвязанная вода составляет 0,8-1,0 процент влажности каолина, замерзает при температуре значительно ниже нуля, почти не проводит электрический ток. Прочносвязанная вода естественно переходит в рыхлосвязанную, которой становится тем больше, чем ближе подходит состояние глины к рабочему водосодержанию, то есть к такому состоянию глины и воды, когда глинистая масса проявляет оптимум своей пластичности и своей способности формоваться. При правильно подобранном влагосодержании глиняная масса не липнет к тыльной стороне руки. Это рабочее водосодержание различно для разных глин; например, у лёсса оно составляет 18-20 процентов, у каолинов - 28-31 процент, у спондиловой глины - 31-33 процента, у часов-ярской - 30-32 процента, у трошковс-кой - 30-36 процентов. При дальнейшем увеличении содержания воды глина теряет способность сохранять приданную ей форму и начинает течь подобно вязкой жидкости.

Этих сведений о свойствах глины вполне достаточно, чтобы начать с ней работать. А вообще говорить о свойствах глины можно очень долго, одних только наименований глин более тридцати и каждая из них имеет с десяток комбинаций с различными добавками. Когда глина освободится от лишней воды и приобретет необходимую для работы влажность, то есть будет с усилием переминаться в руках, ее нужно как следует перемять и положить в целлофановый мешок, а мешок - в бочку с плотной крышкой, где до начала работы она должна пролежать не менее суток, а лучше - несколько дней. Впрочем, в бочке глина может находиться долго - все время, пока вы ее не истратите. Для промина глины многие мастера приспосабливают различные механизмы, например промышленные мясорубки. Подобная "механизация" может применяться и на других стадиях приготовления глины. И еще очень важный момент. Перед самым началом работы с глиной ее еще раз нужно как следует перемять, разрывая ком глины на две части и с силой соединяя их обратно. Таким способом вы сможете освободиться от большей части воздуха - последнего и самого коварного врага гончара. Во-первых, при вытягивании сосуда на гончарном круге руки будут проваливаться в воздушные раковины, и вы можете порванть изделие или сорвать его с круга. А во-вторых, оставшиеся в глине воздушные раковины могут разорвать изделие при обжиге, так как воздух при нагревании, как известно, расширяется. В промышленном производстве от воздуха освобождаются при помощи вакуумпресса.

Глина встречается почти повсеместно. Окраска глины весьма разнообразна - серая, красная, бурая, желтая, зеленая, черная и чисто белая. На присутствие глины указывает заболоченность, а также вязкость почвы (особенно заметная после дождя). Глина представляет смесь различных мелкокристаллических минералов, среди которых преобладают алюмосиликаты, то-есть соединения глинозема (иначе - окись алюминия), кремнезема (иначе - окись кремния) и воды. Кремний - по-латыни «силйциум» (от слова «сйлекс» - булыжник, кремень), отсюда алюмосиликаты - минералы, содержащие в своем составе алюминий и кремний. Примений алюминию найдено множество, в том числе он может использоваться при производстве светодионых светильников: http://www.kvazar-gr.ru/

Виды глин

В зависимости от главных составных частей и примесей в виде песка, окислов железа, солей и органических веществ получаются различные сорта глин. Они обладают особыми свойствами, а поэтому и по-разному используются.

По температуре плавления глины делятся на каолины, огнеупорные и легкоплавкие глины. Каолин, или каолинит, входит в виде основной части во многие глины. Он образуется в результате выветривания полевошпатовых пород. В качестве примесей к каолину могут входить неразрушившиеся минералы горных пород: зерна кварца, полевые шпаты, слюда, железистые минералы. Характерная особенность глин - пластичность, - наверно, хорошо знакома каждому из вас: кто из глины не катал шариков и не лепил забавных человечков!

Глины обладают различной степенью огнеупорности. Каолины жирны на ощупь, малопластичны и очень огнеупорны (плавятся примерно при 1750 градусах). После обжига черепок из каолина остается совершенно белым. В каолине почти полностью отсутствуют примеси окиси железа, которые и придают изделиям из глины ту или иную окраску.

Каолин

Каолин - основное сырье для производства фарфорово-фаянсовых изделий. К нему добавляют кварц, как говорят, для «отощения» каолина, то есть для уменьшения усадки (объема) при обжиге, а также полевой шпат для «флюсования», то-есть для сплавления фарфоровой массы. Каолин необходим также для бумажной, мыловаренной и резиновой промышленности. Низкосортный каолин используется для производства огнеупорных изделий.

Огнеупорные глины

Огнеупорные глины содержат немного примесей, понижающих температуру плавления; они окрашены обычно в серые, зеленовато-серые или желтоватые, почти белые тона. На ощупь огнеупорные глины жирны и, кроме того, пластичны: во влажном состоянии их можно сплющивать в тонкую пластинку и вытягивать в тонкий шнурок, не разрывающийся на сгибах. Несмотря на свое название, они отличаются меньшей огнеупорностью, чем каолины (плавятся при 1580 градусах). После обжига дают светлый черепок.

Огнеупорные глины применяют в металлургии. Из них изготовляют огнеупорный кирпич для кладки доменных и других заводских печей, а также для производства кислотоупорных изделий.

Легкоплавкие глины

Легкоплавкие глины встречаются наиболее часто. Плавятся они при 1150-1350 градусах. У легкоплавких глин значительный процент различных примесей, особенно окиси железа и щелочей. Окраска этих глин чаще темная и серая. Пластичность меньше, чем у огнеупорных. После обжига дают черепки как красных, так и темных цветов. Легкоплавкие глины при значительном содержании песка идут на выделку кирпича, при незначительном - на производство черепицы, горшечного товара и других изделий.

Жирные и тощие глины

Глины, богатые глиноземом, называются жирными глинами. Если провести ногтем по сухой глине, на ее поверхности остается характерная блестящая черта. Глины, не полирующиеся ногтем, относятся к тощим глинам; в них много кремнезема (песка) и щелочей (из полевых шпатов и слюд). Они обыкновенно бывают окрашены примесями в различные цвета.

Если кусочек глины измельчить в порошок и взбалтывать в пробирке с водой или перемешивать щепочкой в стакане, то жирные глины образуют трудно отстаивающуюся мутную жидкость, в которой долго держатся во взвешенном состоянии глинистые частицы; тощие глины, наоборот, дают хорошо отстаивающуюся жидкость, в которой песок быстро садится на дно. Жирные глины обладают хорошей пластичностью.

При наличии свыше 45 процентов песка порода называется уже не глиной, а суглинком.

Применение глин

Некоторые глины обладают хорошей поглотительной способностью. Их применяют для обесцвечивания жидкостей, например нефтяных продуктов - бензина и керосина, а также для освобождения от посторонних примесей, например в отработанных смазочных маслах. Такие глины называются отбеливающими.

Глины, сильно окрашенные в желтые, красные и коричневые тона (охристые глины), используются как минеральные краски. Цвет глины объясняется наличием в ней тех или иных примесей. Желтая или желто-бурая окраска глины обусловлена окисью железа; шоколадно-коричневая - марганцем; темная или черная - органическими веществами. Белый цвет сырой глины еще не доказательство отсутствия в ней окиси железа, так как после прокаливания глины на сильном огне может получиться красноватый оттенок. С другой стороны, и черная глина после прокаливания может стать серовато-белой, светло-красной или темно-бурой.

Присутствие в глине пирита, уже знакомого нам по песку, можно легко обнаружить по золотистым блесткам. В кирпичных глинах вредная примесь - гипс и мелкие комочки известняка, которые после обжига «гасятся» (поглощая влагу из воздуха) и, увеличиваясь в объеме, рвут кирпич. Известь же, тесно связанная с глиной, технически менее вредна, и количество ее может доходить даже до 10%. При большом содержании извести (до 25 процентов) глины называются мергелистыми, а когда количество извести доходит до 80 процентов - мергелями.

Глина – один из самых известных и распространенных материалов, которые используются в строительстве. Она образуется в результате разрушения глинистых пород естественным путем или с помощью механических и биохимических влияний в ходе эволюции.

Из чего состоит глина

Эта горная порода довольно сложна и непостоянна, как по составу, так и по своим характеристикам. Чистая глина, которая не содержит примесей, состоит из маленьких частиц минералов размером не более 0,01 мм. Обычно они имеют пластинчатую форму.

Подобные «глинистые» материалы представляют собой сложные соединения из алюминия, кремния и воды. Они не только включают воду в свою структуру (такая вода называется химически связанной), но и удерживают ее в виде прослоек между частичками (такую воду называют физически связанной).

Если материал смочить, вода попадает в пространство между слоями материала, и в результате они легко сдвигаются по отношению друг к другу. Именно благодаря такой особенности глина обладает высокой пластичностью.

В глине есть примеси таких веществ, как карбонат кальция, кварц, сульфид железа, гидроксид железа, оксид магния, оксид кальция и т. д. В зависимости от химического состава, выделяют такие глинистые материалы, как каолиниты, галлуазиты, иллиты и монтмориллониты.

Исходя из предназначения сырья, его нормируют в зависимости от того, каков процент оксидов железа, кварцевого песка, различных примесей. Степень огнеупорности материала зависит от содержания в нем глинозема. Для выполнения огнеупорных изделий используют глину, в которой содержится хотя бы 28% глинозема.

Так выглядит образец глины под микроскопом:

Технические характеристики и свойства

Характеристики глины определяются химическим и минеральным составом и размером частичек.

Объемный и удельный вес огнеупорной молотой глины составляет 1300-1400 кг/м3, шамотной – 1800 кг/м3, сухой глины в порошке – 900 кг/м3. Плотность мокрой глины – 1600-1820 кг/м3, сухой – около 100 кг/м3. Теплопроводность сухого сырья составляет 0,1-0,3 Вт/(м*К), влажного – от 0,4 до 3,0 Вт/(м*К).

Основные свойства:

• попадая в воду, глина размокает, разделяется на отдельные частички и образует или пластичную массу, или взвесь;
• глиняное тесто очень пластично, в сыром виде оно может принять любую форму. Пластичные глины называют «жирными», поскольку на ощупь они кажутся жирным материалом. Глины с невысокой пластичностью называют «тощими». Кирпичи, изготовленные из такой глины, быстро рассыпаются и обладают плохой прочностью;
• после высыхания глина сохраняет свою форму, несколько уменьшаясь в объеме, а в результате обжига становится твердой, как камень. Именно благодаря такой способности она издавна является одним из наиболее популярных материалов для производства посуды. Также из глины изготавливают кирпичи, которые имеют высокую механическую прочность;
• обладает клейкостью и связующей способностью;
• насыщаясь определенным объемом воды, глина больше не пропускает воду, то есть обладает водоупорностью;
• глина обладает кроющей способностью. Поэтому в старину ее широко использовали для побелки печей и стен дома;
• глина обладает сорбционной способностью, то есть поглощает вещества, растворенные в жидкости. Это позволяет применять ее для очистки продуктов нефтепереработки и растительных жиров.

Свойства материала обеспечивают долгий срок службы, но только в том случае, когда за ними осуществляется определенный уход, а в процессе изготовления не были допущены ошибки.

Происхождение и добыча глины

Глина может иметь различное происхождение – осадочное или остаточное. Осадочные породы формируются при переносе продуктов выветривания на другое место. Они могут быть морскими или континентальными.

Морские глины образуются в береговых районах, дельтах рек, лагунах, на шельфах. Континентальные глины могут быть делювиальными, пролювиальными, озерными, речными или остаточными.

Остаточные породы формируются при выветривании горных пород в море или на суше. Примером континентальных остаточных глин является каолин (белая глина). Морские остаточные породы обычно являются отбеливающими.

Как происходит добыча

Большинство видов глины можно легко найти, поскольку она часто встречается в природе, залегает неглубоко и является дешевым с точки зрения добычи сырьем.

Но, в силу большого веса и высокой влажности, перевозить материал на большие расстояния невыгодно, поэтому производство обычно устраивают неподалеку от места разработки. Так, заводы по производству кирпича всегда строят прямо на месторождении.

Отдельные разновидности встречаются лишь в некоторых регионах. Поскольку спрос на них высок, а заводы часто находятся на расстоянии от месторождения, приходится прибегать к перевозкам сырья.

Залегает глина в виде линз или пластов, между которыми находятся прослойки песка. Обычно в месторождении около 3-6 слоев глины, иногда – до 20. Толщина слоя может составлять как 2-5, так и 20-30 м.

Ранее глину добывали преимущественно на берегах озер и рек. Сейчас ее добывают преимущественно в карьерах. Разработка ведется обычно открытым способом с помощью экскаваторов. Перед началом добычи выполняются подготовительные работы: геологическая разведка для определения типа залегания и оценки запасов сырья, очистка поверхности от растительности, удаление непригодных пород.

Глина обязательно проходит естественную обработку, в ходе которой происходит ее вымораживание и вылеживание. После этого с помощью специальной техники выполняют механическую обработку материала.

Как это происходит можно посмотреть на видео ниже:

Виды и разновидности глины

На Земле встречается глина самых разных видов, которые различаются по составу, характеристикам и даже цвету. Цвет материала зависит от химического состава. Глина может быть белой, желтой, красной, голубой, серой, коричневой, зеленой и даже черной.

Разновидности глины выделяют по различным признакам: пластичности, спекаемости, огнеупорности, чувствительности к сушке и т. д.

Существуют следующие ее виды:

• бентонитовая — используется преимущественно для очистки растительных жиров, продуктов нефтепереработки, в процессе бурения скважин, реже – в производстве литейных форм.;
• природная красная — содержит в себе много железа, большая эластичность позволяет использовать его для работ с глиняными пластинами или для моделирования небольших скульптур.;
• обожженная — отличается повышенной прочностью;
• абразивная — применяется для чистики полировки металлов;
• строительная — подходит для фундаментов, отмосток и растворов;
• керамическая — используется для изготовления посуды и декоративных изделий;
• порошковая — удобна для приготовления различных растворов и смесей;
• тугоплавкая — подходит для производства шамотных кирпичей;
• монтмориллонитовая — используется как отбеливающий материал для очистки патоки, сиропов, пива, вин, фруктовых соков, растительных масел, нефтепродуктов, как добавка к мылам, повышающая их качество; также в производстве лекарственных пилюль и средств борьбы с вредителями сельского хозяйства;
• шамотная — ее часто используют для внешней отделки зданий. Смесь готовят, добавляя в порошок воду. Чтобы получить нужную консистенцию, ее настаивают на протяжении трех дней, периодически размешивая и т. д.

Образуется при химическом распаде вулканического пепла. Такая глина хорошо разбухает в воде и обладает высокой отбеливающей способностью по сравнению с другими разновидностями. Она может иметь различную окраску.

В видео подробно рассказано о видах глины и продемонстрированы их образцы:

Сколько стоит

Стоимость глины может существенно варьироваться в зависимости от ее разновидности и характеристик. Цена на нее составляет от 100 до 500 руб. за 1 куб. м. Продажа глины достаточно популярна. Это связано с минимальными затратами по добыче и довольно большим ее запасом в недрах земли.

Представляет собой глину, обожженную при высокой температуре (больше 340 градусов) и перемолотую в порошок.

Преимущества и недостатки

В наше время глина используется в строительстве преимущественно как вспомогательный материал или сырье для производства других материалов (кирпича, керамики). Материалы, изготовленные на основе глины, обладают массой достоинств, и сама глина может использоваться для строительства и отделки.

Основными преимуществами глины в качестве стройматериала можно считать:

• полную экологичность;
• устойчивость к действию высокой температуры;
• гипоаллергенность;
• поддержание уровня влажности на оптимальном уровне;
• свободное прохождение воздуха через стены;
• абсорбирование вредных веществ;
• безотходное производство.

Среди недостатков материала следует отметить существенную усадку, деформацию стен после высыхания, необходимость дополнительной гидроизоляции сооружения.

Врачи говорят, что глины лечебно-косметические – не просто основа для лекарств, а вещества, которые являются лекарствами сами по себе. Оставляя внутреннее применение этого вещества врачам, поговорим о том, как она помогает сделать кожу здоровой и красивой.

Что же это такое?

С точки зрения геологии, глина – вещество, возникшее из-за разрушения горных пород под многолетним воздействием воды и ветра.

С точки зрения химии – смесь оксида кремния и оксида алюминия с примесями красящих ионов и органических веществ. Кремний предотвращает старение кожи, разглаживает морщины, ускоряет процессы заживления. Оксид алюминия в виде мельчайших частичек (не превышающих 1 микрон) мягко отшелушивает отмершие частички эпидермиса, делая кожу гладкой и нежной. А еще он обладает подсушивающим, вяжущим действием. Кроме того, из полезных макро- и микроэлементов здесь есть фосфаты, азот, железо.

Глина способна поглощать и удерживать воду, и растворенные в ней вещества, в том числе и токсические. Это свойство используется не только в косметологии, но и врачами при лечении болезней желудочно-кишечного тракта. Собственно, в этом ее свойстве заключен ответ на вопрос «вытягивает ли косметическая глина токсины с кожи?».

С точки зрения физики – это хороший теплоноситель. Местный тепловой эффект особенно полезен при : расширяются капилляры, улучшается микроциркуляция. Этот эффект может быть полезен и при лечении болезней суставов, мышц и связок.

Таким образом, косметическая глина, применяемая в нашем случае для лица, обладает следующими свойствами:

• очищение и детоксикация,
• пилинг,
• увлажнение поверхности кожи (важное условие: маске нельзя позволить высохнуть),
• минерализация кожного покрова,
• успокаивающий эффект (снимает покраснения, раздражение и отек),
• усиливает эффективность косметических средств (улучшает их проникновение за счет плотного прилегания).

Срок годности «чистой» (без дополнительных косметических ингредиентов) высушенной до порошка глины практически не ограничен.

Может ли глина вызывать аллергию? Нет, не может. Спровоцировать аллергическую реакцию способны добавленные активные компоненты, например, эфирные масла. Проверить реакцию можно с помощью стандартного кожного теста: нанести небольшое количество подготовленной в нужных пропорциях смеси в области локтевого сгиба, выдержать полчаса, смыть, через сутки оценить состояние кожи на месте аппликации.

Для приготовления масок или обертываний используется только керамическая, стеклянная или пластмассовая — ни в коем случае не металлическая! – посуда. Шпатель для разведения и аппликации маски тоже не должен быть металлическим.

Чем жирнее кожа, тем дольше можно держать на ней маску, и тем меньше может быть перерыв между процедурами. Дамам с сухой кожей не рекомендуется наносить маску более чем на 5 минут раз в неделю. Жирная кожа позволяет держать маску 15 минут и использовать ее через день.

Разновидности косметической глины и их свойства

Белая

Известна также под названием «каолин». Самая распространенная, химически нейтральна, за счет чего используется в фармакопее как наполнитель для смешивания веществ, которые разрушаются при контакте с органикой. Точно так же инертна и при контакте с кожей: из самой белой глины (без дополнительных компонентов) в кожные ткани не переходят никакие химические вещества. Зато при этом прекрасно выводятся продукты жизнедеятельности клеток, болезнетворные бактерии, продукты воспаления. За счет этого свойства каолин хорошо успокаивает – при , нейродермитах, он уменьшает отек и зуд.

Разведенная водой маска лучше всего подходит для жирной кожи.

• В качестве мягкого скраба:

Порошок развести с водой 1 к 1, нанести на лицо, массировать 5 минут, не позволяя высыхать. Умыться прохладной водой.

• В качестве подсушивающей маски при чрезмерном выделении себума (кожного жира):

Разведенный 1 к 1 порошок нанести на лицо на 10-12 минут. Подсохшую маску смыть прохладной водой.

Зеленая

Еще один отличный вариант для жирной кожи. Суживает поры, нормализует секрецию сальных желез, тонизирует. В составе такие элементы как серебро, магний, кальций, цинк, кобальт, фосфор, медь. Они улучшают обменные процессы, способствуют укреплению кожных тканей.

• Маска от прыщей

На 1 столовую ложку с горкой порошка взять ½ чайной ложки масла виноградной косточки и добавить 3-5 капель эфирного масла чайного дерева. Развести водой до консистенции густой сметаны. Нанести на лицо на 10-15 минут, смыть теплой (не горячей!) водой.

• Маска от черных точек (комедонов)

К 1 столовой ложке порошка прибавить 5-10 капель лимонного сока, добавить воды до консистенции густой сметаны. Держать на лице 10-15 минут, не допуская высыхания (можно сбрызгивать лицо водой). Смыть.

Голубая

Отбеливает кожу, тонизирует ее, может разгладить мелкие морщины.

• Отбеливающая маска

Смешать в равных количествах голубую глину, томатный сок и кислое молоко.

Но лучшее применение косметической глины голубого цвета – для тела, в качестве обертываний против целлюлита.

Как делать обертывания

Перед процедурой обертывания обязательно нужно сделать пилинг. Глину развести теплой водой до консистенции кашицы. Подогреть на водяной бане до температуры около 40-45 градусов: смесь должна быть горячей, но комфортной для тела. При желании, можно добавить эфирные масла лимона, апельсина, грейпфрута, кедра, розмарина (последнее лучше не сочетать с другими маслами) – но и без них обертывание очень эффективно. Нанести смесь на проблемные зоны тела толстым слоем, обернуть пленкой, укрыться одеялом для того, чтобы предотвратить потерю тепла. Продолжительность процедуры 20-40 минут, курс 8-10 процедур, которые проводятся через день. Нельзя применять глиняные обертывания при высокой температуре, тиреотоксикозе, варикозном расширении вен, беременности, онкологических заболеваниях.

Розовая

Разглаживает кожный рельеф, поэтому используется в масках от морщин.

• Маска для увядающей кожи

2 столовые ложки порошка смешать с 1 ложкой миндального масла, добавить теплой воды до нужной консистенции. Держать на лице 5-10 минут не допуская высыхания.

• Маска для сухой кожи лица

К 2 столовым ложкам глины добавить столовую ложку персикового масла и 5 капель масла пачули. Смыть через 5-10 минут, не допускать высыхания.

Красная

Уменьшает раздражение, улучшает кровоснабжение. Можно использовать для горячих обертываний с липолитическими и тонизирующими свойствами. Хороша и для ванн.

Фото взято с ресурса Recommend.ru

Ванна с красной косметической глиной

Помогает от аллергии, воспалений, нарывов. Разболтать в ванне 200 г глины. По желанию (и, если кожа переносит) добавить 1-2 горсти морской соли. Принимать такую ванну можно не чаще раза в 2 недели.

Красная глина может использоваться не только в виде ванн, а и местно для лечения нарывов. Для этого нужно густо развести порошок, шпателем выложить на кусочек ткани слоем около 2 см толщиной. Наложить на пораженный участок, прибинтовать, выдержать 40 минут. Смесь повторно использовать нельзя. Впрочем, таким образом можно применять любой вид глины: эффект окажут ее адсорбирующие и антибактериальные свойства. Ни в коем случае нарыв нельзя греть!

Черная глина

Не рекомендуется использовать для сухой и чувствительной кожи. А вот для жирной она оптимальна. Если возникает вопрос, какую глину выбрать при проблемной коже лица, лучший вариант – черная. Она отлично впитывает излишек жира, продукты воспаления, суживает поры, стимулирует микроциркуляцию и лимфоток, уменьшая отеки.

• Глубоко очищающая маска

К двум столовым ложкам глины добавить по чайной ложке настойки календулы и сока лимона. Выдержать 10-15 минут, после маски обязательно нанести увлажняющий крем.

• Домашний скраб

К столовой ложке порошка добавить чайную ложку мелко помолотого кофе, 2 капли эфирного масла, воды до консистенции сметаны. Нанести на лицо, выдержать 5 минут не давая подсохнуть, смыть, бережно массируя. Такой скраб будет хорош для молодой кожи, а вот для зрелой или чувствительной лучше ограничится просто чистой смесью без добавок. Впрочем, как антицеллюлитное средство он весьма неплох в любом возрасте.

Применение косметической глины для волос

Свойства глины адсорбировать различные вещества позволяют использовать ее не только для лица. Шампуни и маски для волос на ее основе – простой и недорогой способ улучшить их вид. Особенно хороши такие маски для . Их применение помогает уменьшить выпадение, увеличить перерывы между мытьем. Поскольку грязь – это смесь излишков кожного сала и пыли, глина может быть отличным шампунем. Для того, чтобы использовать ее в этом качестве, глиняную кашицу обильно наносят на кожу головы, массируют ее несколько минут и тщательно промывают. После глиняного шампуня нужно обязательно ополоснуть волосы подкисленной водой.

• Натуральный сухой шампунь из розовой глины

5 столовых ложек порошка смешать с таким же количеством горчицы, добавить столовую ложку соли, по 5 капель масла чайного дерева и мяты. Нанести на влажную кожу головы, тщательно помассировать, смыть. Использовать бальзам по желанию.

• Шампунь из косметической глины и соды

К 6 частям глины добавить 1 часть талька и 1 часть соды.

• Шампунь с хвощом для очень жирных волос

В стакане теплого отвара хвоща размешать 2 ст. л. глины, нанести на волосы, выдержать 5-10 минут, тщательно промыть.

• Увлажняющая маска-шампунь

3-5 чайных ложек порошка, чайная ложка меда, желток, столовая ложка лимонного сока, половина стакана кефира (ориентировочно). Вместо кефира можно использовать чай (для темных волос) или травяной настой. Нанести на кожу головы и волосы, укрыть пакетом и платком на полчаса-час, тщательно промыть (только не горячей водой!).

• Маска для сухих волос

2 столовых ложки порошка смешать с равным количеством пюре из мякоти авокадо, добавить чайную ложку оливкового масла, при необходимости – воды до нужной консистенции. Выдержать на волосах 30 минут.

О лечении сухих волос читайте .

• Маска против выпадения волос

Смешать глину с касторовым маслом до густоты сметаны. Держать на волосах от 30 минут до часа.

Познакомится с народными рецептами от выпадения волос вы можете в статье « ».

• Маска для жирных волос

Заварить столовую ложку сухой крапивы стаканом кипятка. Процедить. Развести отваром глину до густоты сметаны. Добавить половину чайной ложки натурального яблочного уксуса. Держать от 30 минут до часа.

Как выбрать косметическую глину

В составе сухого порошка не должно быть ничего кроме глины нужного цвета. Некоторые недобросовестные производители добавляют красители: это становится сразу заметно во время разведения. Рекомендуем сразу выбросить такой, с позволения сказано, продукт: мало ли на чем еще решил сэкономить производитель, и где он его «накопал».

Качественный продукт также не содержит ароматизаторов.

Готовые глиняные маски обычно выпускаются в виде пасты, в которую добавлены дополнительные ингредиенты и вода. Разумеется, с соответствующей наценкой.

Чем тоньше смолот порошок, тем нежнее будет консистенция готовой маски.

Некоторые производители выпускают белую глину в виде гранул – это допустимо.

А вот посторонние примеси, слежавшиеся комки и грубые неперемолотые остатки – показатель низкого качества.

Заключение

Несмотря на то, что глина – натуральный косметический продукт, подходящий для любого возраста, самый заметный эффект он оказывает на молодую жирную или проблемную кожу. Применять ее «в чистом виде» обладательницам сухой и возрастной кожи не рекомендуется. В этом случае ее нужно смешать с базовыми и эфирными маслами, отварами трав.

Использовать средства для тела хорошо, как в качестве обертываний, так и местных аппликаций. Вместо обертываний можно использовать и ванны, но в таком случае процедура делается раз в две недели.

Маски для волос, как и маски для кожи, лучше всего работают при избытке кожного сала, жирной себорее. Любительницам натуральных сухих шампуней понравятся самодельные шампуни с глиной в качестве основного компонента.

Глина - продукт выветривания горных пород, в основном полевого шпата и слюды. Землетрясения, сильные ветры, наводнения сдвигают с места пласты пород, измельчают их до пудры. Уложенные в трещинах земной коры, они за миллионы лет затвердевают.

Кембрийские глины являются первичными, они за миллионы лет не вымывались, хотя и подвергались выветриванию. Другие глины называются вторичными, это продукт отложения. Вторичные глины встречаются среди осадочных толщ всех типов - континентальных, включая озерные, прибрежно-лагунные и морские.

Озерные глины часто имеют мономинеральный каолинитовый состав. Чистые монтмориллонитовые глины (бентониты) образуются обычно в результате изменения вулканических пеплов и пемз. В промышленности выделяют 4 наиболее важные группы глин: грубокерамические, огнеупорные и тугоплавкие, каолины, адсорбционные и

высокодисперсные монтмориллонитовые.

Основными химическими компонентами глины являются вторичные минералы простого состава: двуокись кремния (кварц, SiO„ 30-70%), гидрокись алюминия (АЬОз, 10- 40%) и Н20 (5-10%). Присутствуют в глинах ТЮ2, гидрокись железа (Fe20„ FeO), MnO, MgO, CaO, K20, Na20.

Кроме того, в процессе выветривания образуются также вторичные минералы более сложного строения (алюмо — и феррисиликаты). Они более высокодисперсные, чем первичные минералы. Все вторичные минералы сложного состава имеют пластинчатое строение и содержат химически связанную воду. Поскольку эти минералы являются важнейшей составной частью различных глин, они получили название глинистых, или глинных, минералов (А. И. Болдырев, 1974). При всем разнообразии глинистых материалов у них есть общая особенность: они образовались при химическом разрушении других минералов и потому размеры их кристалликов очень малы - всего 1…5 мкм в поперечнике.

В составе глины главную роль играют каолинит, монтмориллонит, гидрослюды, шпаты, известняки, мраморы. По преобладанию глинистого минерала выделяют минеральные типы глин: каолинитовые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые и др.

К минералам каолинитовой группы относятся каолинит AL2Si2Os(OH4) и галлуазит АЬ28і2Ол(ОН4) х 2Н?0, а также некоторые другие минералы. Каолинитовые глины содержат примерно 20-25% илистых частиц (меньше 0,001 мм), из них 5-10% частиц коллоидных размеров (меньше 0,25 микрона). Минералы этой группы довольно часто встречаются во многих типах глин. Такие глины имеют сравнительно небольшую на-бухаемость и липкость.

Бентониты - осадочные породы, состоящие из минералов группы монтмориллонита. Эти минералы имеют слоистую кристаллическую структуру как у графита или талька, т. е. состоят из тончайших чешуек, способных при механическом воздействии на них скользить друг по другу. Поэтому эти минералы на ощупь кажутся жирными. Между чешуйками имеются полости, в которые легко проникают молекулы воды. Благодаря этому бентонитовые глины сильно набухают в воде и образуют пластичное тесто.

Из минералов монтмориллонитовой группы в глинах наиболее распространены монтмориллонит AL2Si40|9(OH2) х пН20, бейделлит ALoSbOyfOH?) х пН20, нонтронит Fe2Si4 0|о(ОНз) х пН20. Монтморри-лонитовые глины обладают, в отличие от каолинито-вых, высокой набухаемостью, липкостью и связностью.

Для них весьма характерным признаком является высокая степень дисперсности (до 80% частиц меньше 0,001 мм, из которых 40-45% меньше 0,25 микрона).

Среди глинистых минералов большое место принадлежит минералам группы гидрослюд. В эту группу ВХОДЯТ гидромусковит (иллит) KAb[(Si, Al)4O|0](OH)2 х пН,0, гидробиотит K(Mg, Fe)3[(Al, Si)40io](OH)2 х пН20 и вермикулит (Mg, Fe++, Fe+++)2[(Al, Si)4O|0](OH)2 х nH20.

Кроме глинистых материалов все глины содержат то или иное количество примесей, которые сильно влияют на свойства глин.

Кварц - один из самых распространенных на Земле минералов, состоящий из одной лишь двуокиси кремния - кремнезема (Si02).

Полевой шпат - минерал, в котором наряду с кремнеземом обязательно присутствует глинозем - окись алюминия (А120з), а также окись одного из металлов типа натрия, калия, кальция.

Слюда очень легко расщепляется на тончайшие прозрачные пластинки. Слюда содержат кремнезем, глинозем и (часто) соединения железа, натрия, магния.

Чаще всего эти минералы-примеси и составляют присутствующий в глине песок. Реже в глине встречаются зерна известняка, гипса, других пород и минералов.

Разные минералы по-разному влияют на свойства глины. Так, кварц снижает ее пластичность, но повышает прочность.

Кристаллическая решетка глины

Глинистые минералы различаются по структуре. Такие важные свойства глины, как растворимость, летучесть, вязкость и другие свойства, характеризующие устойчивость соединения, обусловлены энергией кристаллической решетки. Глина относится к кристаллическим твердым телам, т. е. она имеет четкую внутреннюю структуру, обусловленную правильным расположением частиц в строго определенном периодически повторяющемся порядке. Частицы в кристаллах (атомы, молекулы или ионы) располагаются закономерно, образуя так называемую пространственную решетку кристалла.

Кристаллическая решетка различных глинистых минералов построена из одних й тех же элементарных структурных единиц, состоящих из атомов кремния и кислорода, а также из атомов алюминия, кислорода и водорода. В состав глинистых минералов могут также входить Fe, Mg, К, Ми и другие. Глинистые минералы имеют слоистое строение и относятся к слоистым силикатам. Слои глинистых минералов состоят из сочетания кремнекислородных и кислород-гидроксиалю-миниевых соединений.

Элементарной ячейкой кремне кислородного соединения является тетраэдр, четыре вершины которого заняты анионами 02", а в центре этого тетраэдра находится более мелкий катион Si.

Тетраэдр (SiC>4)4 является основной структурной единицей не только глинистых минералов, но и всех существующих в природе соединений кремния с кислородом (А. И. Болдырев, 1974).

Избыток отрицательных зарядов этой элементарной ячейки может быть нейтрализован присоединением каких-либо катионов или соединением нескольких тетраэдров через вершины, когда кислородный ион оказывается одновременно связанным с двумя ионами кремния. Для глины наиболее типичным являются такие соединения, в которых кремнекислородные тетраэдры соединены в слои (или листы) циклической структуры. В таком слое на каждые два иона кремния приходится пять ионов кислорода, что соответствует формуле (Si20s)2

Кремнекислородные тетраэдрические слои могут соединяться со слоем кислород — алюмогидроксильных атомов, которые образуют октаэдры. В них ион алюминия окружен атомами кислорода и гидроксид-ионами. Алюмогидроксильные октаэдры соединяются так же, как и кремнекислородные тетраэдры, - в октаэдрические сетки или слои. Они могут быть построены по аналогии с минералом гиббситом А1(ОН)з или бруситом Mg(OH)2.

Кремнекислородные и кислород-гидроксид-алюми-ниевые сетки образуют так называемые тетраэдро-окта-эдрические слои и пакеты. При соединении тетраэдри-ческого и октаэдрического слоев ионы 0?’ тетраэдриче-ского слоя, расположенные на вершинах тетраэдров, становятся общими для обоих слоев, т. е. ионы 0?" будут служить своеобразными «мостиками» между ионами Si4~ одного слоя и ионами АЬз+ другого слоя. Такая структура наиболее устойчива, так как количество положительных зарядов Si4+ и АЦ+ в этой структуре равно количеству отрицательных зарядов 0?" и ОН".

Минералы группы каолинита имеют двухслойную фисталлическую решетку, пакеты которой образованы из двух связанных через общие атомы кислорода слоев: слоя кремнекислородных тетраэдров и алюмо-гидроксильного слоя, имеющего диоктаэдрическое строение. Такие двухслойные пакеты чередуются в кристалле с промежутками, придавая ему пластинчатое строение. Каолинит не способен впитывать воду в межпакетные пространства и поэтому не обладает способностью к набуханию.

Минералы монтмориллонитовой группы по своим кристаллохимическим свойствам разделяются на две группы:

Диоктаэдрические (монтмориллонит, нонтронит, бейделлит);

Триоктаэдрические (сапонит, гекторит).

Монтмориллонит относится к трехслойным минералам. Его пакеты состоят из октаэдрического слоя (ди-октаэдрического строения), который заключен между двумя тетраэдрическими слоями.

Состав этих слоев вследствие изоморфных замещений не постоянен. Кремний тетраэдров также может быть частично замещен на алюминий и железо, а в октаэдрах, кроме ионов алюминия, могут находиться ионы магния. В отличие от каолинита, межпакетные расстояния монтмориллонита могут изменяться. Эти расстояния изменяются в зависимости от количества воды, находящейся между пакетами. В силу этого монтмориллонит обладает большой способностью к набуханию.

Минералы группы гидрослюд включают гидромусковит (иллит), гидробиотит, вермикулит и другие гид-ратизированные разновидности слюд. Способность поглощения у гидрослюд в несколько раз выше, чем у каолинита, но в 2-3 раза меньше, чем у монтмориллонита.

Структура иллита подобна структуре монтмориллонита, с той лишь разницей, что в его кристаллической решетке имеются многочисленные изоморфные замещения. Так, ион А1з+ в октаэдрических слоях замещен на ион Fe3+ и ион Mg?+, причем два иона алюминия замещаются тремя ионами магния с замещением октаэдрических пустот. В иллите нередко два иона алюминия в октаэдрах замещаются на два иона магния, при этом избыточные отрицательные заряды компенсируются ионами калия, которые размещаются в межпакетных промежутках.

Алюмосиликаты - цеолиты - имеют «молекулярные сита», используемые в качестве катализаторов в нефтехимической промышленности для получения высокооктановых бензинов. Цеолиты являются наилучшими адсорбентами для радиоактивных отходов атомных электростанций. Они прекрасно себя зарекомендовали при выведении радионуклидов из организма «ликвидаторов», а также сельскохозяйственных животных, обитающих на зараженной территории. Цеолиты жизненно необходимы животным. Наевшись вдоволь природных цеолитовА животные здоровели: лучше прибавляли в массе, а среди телят уменьшался падеж. Объясняется это тем, что цеолиты способны поглощать вредные вещества и поставлять в организм недостающие ему компоненты.

Важнейшие физико-химические и водно-физические свойства глины - емкость поглощения, гидро-фильность, связность, липкость, реакция среды - находятся в прямой зависимости от минералогического состава.

Свободная и связанная вода в глине

Молекулы воды сами по себе нейтральны. Однако стоит только поместить дипольные молекулы воды во внешнее электрическое поле, как тотчас начнет проявляться дипольный характер этих молекул.

Гидратация гидрофильных коллоидов также обусловливается электростатическими силами, т. е. за счет электрических зарядов, возникающих вследствие ионизации. На поверхности коллоидных частиц гли ны образуются оболочки, состоящие из диполей воды, ориентированных в зависимости от вида заряда своим положительным или отрицательным концом.

Таким образом, в гидрофильных коллоидах, т. е. в растворах глины, какая-то часть воды оказывается прочно связанной с коллоидными частицами, другая же часть играет роль среды, в которой находятся коллоидные мицеллы.

Свойства связанной воды резко отличаются от свойств свободной воды. По степени упорядоченности структуры связанная вода приближается к свойствам твердого тела и имеет большую плотность по сравнению с водой свободной. Гидратационные оболочки высокомолекулярных соединение не обладают растворяющими свойствами, поэтому высокомолекулярное вещество растворяется только в свободной воде. Связанная вода при охлаждении раствора глины не замерзает, тогда как свободная вода подвержена замерзанию.

Обмен веществ в глине

Часто глины находятся под слоем песка, почвы. При вымывании из почвы минеральных веществ и органических остатков они попадают на глиняную подложку. Наиболее интенсивное проникновение их происходит в верхнем слое глины толщиной 10- 15 см. В Оренбургской области разведано и используется месторождение миоценовой подугольной глины (Н. П. Торопова и соавторы, 2000).

Глина является превосходным «обменным пунктом» ионов минеральных вод. В то же время на состав глины большое влияние оказывают природные минеральные воды. Так, если сульфатно-кальциевые (или магниевые) подземные воды мигрируют среди глинистых пород морского происхождения, обычно содержащих обменный натрий, то протекают реакции:

глина = 2Na+ + Са++ + SO4 <-»2Na+ + SO4 + глина = Са++

глина = 2Na+ + Mg++ + SO4 <-> 2Na+ + SO4 + глина = Mg++

Символом «глина=Са++» обозначена глина, содержащая обменный кальций (или другой обменный катион). Так происходит обмен катионов, количество аниона (SO4 ~) при этом не меняется.

Постепенно весь обменный натрий переходит из глин в раствор. Воды из сульфатных кальциевых (магниевых) превращаются в сульфатные натриевые, а поглощающий комплекс из типичного морского - натриевого становится типично континентальным - кальциево­магниевым (А. И. Перельман, 1982).

В глинистой фракции почв и пород содержатся две категории ионов: одни легко переходят в раствор и способны участвовать в реакциях - это обменные катионы и анионы; другие прочно закреплены в узлах кристаллических решеток и могут переходить в раствор лишь в результате разрушения минералов в ходе длительных процессов выветривания.

Примеси, входящие в глину, определяют ее цвет, консистенцию, особую пластичность или каменную твердость. Различают до 40 видов глин, использующихся в фаянсовой и фарфоровой промышленности, фармакологии, строительстве, парфюмерии (основная часть пудры), химии, в пищевой промышленности. Глина бывает белая, голубая, серая, красная, коричневая, зеленая, черная. Иногда встречаются глины шоколадного или грязно-черного цвета.

Цвета глины определяются большим количеством присутствующих в них солей:

Красный цвет - калий, железо;

Зеленоватый - медь, двухвалентное железо;

Голубой - кобальт, кадмий;

Темно-коричневый и черный - углерод, железо;

Желтый - натрий, трехвалентное железо, сера и ее соли.

Наиболее активной считается голубая, зеленая и черная глина. Хорошо изучен каолинит - основа для фарфоровых изделий, он белый. Огнеупорные глины в основном каолиновые, они пластичны, но в них мало железа.