Вспучивание слюды

Вспучивание – физический процесс, происходящий в кристаллах слюды при их нагревании и заключающийся в избыточном (над температурным расширением) увеличении толщины кристаллов.

Вспучивание слюд вызывается следующими явлениями:

1. Увеличением объема закрытых микро- и макрополостей в кристалле слюды, заполненных главным образом газообразной и пленочной водой (низкотемпературное вспучивание гидратированных флогопитов).

2. Неоднородным тепловым расширением вдоль спайности, обусловленном различным химизмом отдельных слоев кристалла, приводящим к их изгибу (механизм бипластин).

3. Выделением при высоких температурах в закрытые расслоения конституционных гидроокислов (превращающихся затем в молекулы воды), как наиболее слабо связанных с решеткой кристалла (высокотемпературное вспучивание мусковитов и флогопитов).

Вспучивание приводит к расслоению кристалла на тонкие перемеживающиеся между собой области.

Низкотемпературное вспучивание может быть при определенных условиях использовано для облегчения расщепляемости флогопитов.

Высокотемпературное вспучивание, как правило, приводит к порче крупных кристаллов и резкому ухудшению их физических свойств.

Явление вспучиваемости слюд можно описать следующими характеристиками:

1. Температурой начала вспучивания.

2. Температурой максимального вспучивания.

3. Величиной максимального вспучивания.

4. Величиной остаточного вспучивания после нагрева до температуры максимального вспучивания.

Из характера температурных кривых вспучивания можно сделать следующие выводы:

1. Высокотемпературное вспучивание мусковитов начинается с 500-6000С, достигает максимума при 800-8500С (за счет выделения конституционной воды с максимумом в области 7000С).

Величина наибольшего вспучивания достигает 500-600%, а остаточного – 200-250%.

2. Высокотемпературное вспучивание флогопитов начинается при 700-9000С, достигая 1000%, с выделением основной массы воды при 1000-12000С.

Выделение воды при этих высоких температурах уже существенно не сказывается на вспучивании вследствие температурного разрушения кристалла.

Конституционные гидроксилы связаны в решетке флогопитов значительно прочнее, чем у мусковитов, и вспучивание кристаллов флогопита до 7000 обусловлено лишь растворенной в них молекулярной водой.

Низкотемпературное вспучивание флогопитов в первом нагреве в воздухе при атмосферном давлении начинается у гидратированных кристаллов при 100-1500С и довольно быстро растет с температурой. Это объясняется ростом давления насыщенных паров воды в микрополостях кристалла.

Затем, когда вследствие расширения полостей пар становится ненасыщенным, происходит дальнейшее изменение их объема с температурой за счет линейного расширения газа вплоть до высокотемпературного вспучивания.

Температура начала вспучивания и его величина сильно зависят от внешнего давления на образец. В вакууме вспучивание при повторных нагревах начинается с комнатных температур.

С повышением давления на кристалл температура начала вспучивания растет так же, как растет с температурой давление насыщенных паров воды. Поэтому при нагревании в закрытых автоклавах с водой даже гидратированные флогопиты расслаиваются очень незначительно и главным образом за счет их физико-химической неоднородности.

Вспучивание мусковитов и флогопитов и выделение воды

(по данным ВИМСа)

Месторождение

t начала вспучивания,

0С

Max вспучивание

Остаточное вспучивание, %

Количество выделившейся воды до t max вспучивания, %

%

0С

Мусковиты Мамско-Чуйского месторождения

Малый Северный

500

465

870

225

 

Большой Северный

350

530

840

195

 

Колотовка

540

600

840

195

97

Луговка

420

640

870

265

97

Согдиондон

400

725

870

290

 

Флогопиты Слюдянского месторождения

4

140

345

930

40

30

2

180

500

910

55

 

2

140

1315

800

610

33

Выделение воды из слюд (по данным ВИМСа)

Температура, 0С

Выделение воды, %

Флогопиты Слюдянки

Мусковиты Мамы

от

до

темный

светлый

Луговка

Колотовка

200

400

11,6

13,8

7,6

13,9

400

600

4,1

4,8

12,6

0

600

800

11,0

4,0

74,3

83,0

800

1000

35,7

8,5

5,5

3,1

1000

1200

37,6

68,9

-

-

200

1200

100

100

100

100

Общее содержание воды, %

3,63

2,71

6,02

4,45

Вспучивание, %

175-1315

75-140

640

460

Температура max вспучивания, 0С

950

1170

870

820

 

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ О СЛЮДЕ

Один из крупнейших в истории кристаллов мусковита был найден в Канаде. Его размер составил 1,95х2,85х0,6 м и весил он около 7 тонн.
В России начала XXI века сложилась парадоксальная ситуация: держава, обладающая огромными ресурсами слюды, вынуждена покупать ее за границей, т. к. собственная добыча практически не ведется. История циклична: абсолютно идентичная ситуация наблюдалась в начале прошлого столетия.
Слюда, обладая высокими диэлектрическими свойствами, значительной термостойкостью, способностью расщепляться на тончайшие листы, является непревзойденным электроизоляционным материалом, широко применяемым в радиотехнике.
Впервые синтетическая слюда, фторфлогопит, была получена российским ученым К.Д. Хрущевым в 1887 году. Искусственная слюда почти прозрачна и по ряду характеристик превосходит природную.
Пластины слюды широко используются и как материал для дизайна. Так, слюда используется для каминных экранов, создавая декоративный эффект и одновременно защищая от воздействия высоких температур.
Термостойкость мусковита, т. е. температура, при которой он сохраняет свои свойства, достигает 700 градусов Цельсия. Для сравнения, температура плавления алюминия составляет 660 градусов, свинца — 327, серебра — 962.
В XVIII веке на ежегодных Иркутских ярмарках слюда занимала важное место наравне с традиционными сибирскими товарами — пушниной, кожей, серебром. Здесь она закупалась российскими купцами и вывозилась в Москву.
Выход готовых изделий из листовой слюды от добытого сырья составляет в среднем 8,25%. Это обуславливает достаточно высокую цену на изделия и их дефицит.
Если в бетон добавить слюду, это резко повысит его прочность, при этом снизится тепло­- и звукопроводность.
В древнем индейском городе Теотиуакан в Мексике обнаружено странное сооружение, названное «Слюдяной храм». Подобных сооружений не обнаружено больше нигде в мире. Его уникальность заключается в том, что строение сверху прикрывает двойной слой слюды­ мусковита, назначение которого до сих пор неизвестно.
Слюда мусковит обладает высокой химической стойкостью. Соляная кислота его не разлагает при нагревании до 300 градусов Цельсия. Он также не восприимчив к щелочам.
Ни древние греки, ни римляне не были знакомы со слюдой. В ученых трактатах Западной Европы стали называть слюду «Витрум Московитикум», т. е. стекло Московии. Позднее название упростилось, стало короче ­ «московит» и, наконец, в минералогии укрепилось как «мусковит»
Слово «слюда» («слуда») ­ исконно русское. Смысл выражения «слудиться» издревле означал ­«слоиться». Впервые слово «слуда» упоминается в «Остромировом евангелии» (1057 г.)
Слюда мусковит прозрачна, имеет стеклянный блеск. Флогопит, как правило, темная слюда, просвечивающая лишь в тонких листах.
Вторая половина XVIII ознаменовалась успехами в производстве стекла, снижением его цены. Это привело к падения спроса на слюду, сокращению ее добычи. Однако, иллюминаторы боевых кораблей продолжали делать из слюды, т. к. стеклянные не выдерживали залпов орудий.
Слюда является одним из наиболее распространенных минералов земной коры. В обычных горных породах она встречается в виде мельчайших чешуек. Промышленные же месторождения, где кристаллы достигают крупных размеров, чрезвычайно редки.
За точку отсчета слюдяного промысла в Мамско­-Чуйском районе принято считать август 1689 года, когда Якутский воевода Зиновьев выдал казаку Афанасию Пущину  «Наказную память», которой он обязывался «...сыскать и промыслить по Витиму реке слюды...»
Мусковит — стратегическое сырье, применяется в 22 направлениях, «от косметики до космоса». 
Химический состав состав слюды доходит до 40 элементов. При этом резкие колебания в химическом составе наблюдаются даже в слюдах одного месторождения и, нередко, одного кристалла.
В соответствии со спектральной классификацией астероидов выделяют довольно редкий тип углеродных астероидов класса G. Считается, что эти астероиды в основном сложены из низкотемпературных гидратированных силикатов, таких как слюда и глина с примесью углерода или органических соединений.
Название разновидности слюды «вермикулит» произошло от латинского слова «червячок», т. к. при нагревании он образует длинные червеобразные столбики и жгуты.
Во времена Петра I существовал большой спрос на слюду («московское стекло») со стороны Западной Европы и Америки, используемую для иллюминаторов боевых кораблей, который удовлетворялся, в основном, за счет Мамской слюды.
В середине XVII века цена листовой слюды варьировалась от 20 до 50 копеек за лист. Для сравнения, иностранные купцы того времени платили за 1000 белок 16 рублей, за пуд черной икры — 1 рубль.
В годы Великой Отечественной войны потребность в высококачественной слюде, используемой в оборонной промышленности, резко увеличилась. Слюда была в остром дефиците: Карельские месторождения были захвачены врагом, Бирюсинское истощилось. Вся добыча мусковита велась только на Мамско­-Чуйском месторождении.
Слюда относится к электроизоляционным материалам высшего класса нагревостойкости: при нагреве до нескольких сот градусов она сохраняет свои электрические свойства.