Базальтовые месторождения и добыча базальта. Происхождение магматической породы базальта

Предисловие

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

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

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

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

Как добывают базальт

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

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

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

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.

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

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

Месторождение и добыча

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

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

Физические и химические свойства

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

Если утверждать о том, что базальт - владыка Вселенной, то такое утверждение будет очень близко к правде, потому что этот натуральный камень есть не только на нашей планете, его залежи широко распространены и на Луне, Марсе, Венере и других планетах.
- экструзивная магматическая порода камня с мелкозернистой и плотной структурой. Он создается в вершинах подвоздушных потоков лавы и пепла, поэтому происхождение базальта вулканическое, и его цветовые колебания видимы в темно-серых, темно-зеленых, коричневых, красноватых или черных оттенках, какими обладает лава. Базальт в основном состоит из таких полезных ископаемых, как плагиоклаз и пироксен.
Мелкие кристаллы на базальте образуются, когда магма быстро остывает и затвердевает, это, как правило, происходит на поверхности земной коры, особенно такие образования часты в случаях спрединга на дне океана, так как контакт с морской водой стремительно охлаждает магму. Базальт является основой океанической коры, и его значительное количество производится выше океанических горячих точек. При извержении вулкана огромное количество базальтовой лавы проходит через континентальную кору и доходит до поверхности Земли, вот так и образуется этот материал.

Подробнее о свойствах базальта

- очень тяжелый и прочный камень, физические свойства которого весьма привлекательны. Этот камень имеет высокую прочность на растяжение и не менее высокий модуль упругости, изменения температуры не влияют на базальт, он устойчив к кислотам и щелочам, и не впитывает влагу. Базальт может похвастаться еще одним своим преимуществом: он устойчив к коррозии, у него низкая стоимость и полное отсутствие проводимости и индуктивности поля при воздействии радиочастотной энергии. Этот материал экологичен, ведь он чистый продукт матери-земли.

Интересные факты : гибкость базальта сегодня на пике популярности, и чего только не изготавливают из него современные производители, это и теннисные ракетки, и революционно новые базальтовые акустические системы с отличным восприятием колебаний, а также лыжи, сноуборды, скейтборды, и даже базальтовая ткань, легкая как перышко, и крепкая как скала!

Крепость базальта - строения на века

Базальт в строительстве используется для самых различных целей. Чаще всего его применяют в качестве наполнителя в строительных проектах. Базальтовый щебень используется для дорожного основания, бетона, асфальта, железнодорожного балласта, и для других целей. Тонкие отполированные базальтовые плитки очень востребованы в качестве напольной плитки, строительного шпона, для декоративной облицовки стен, памятников и других объектов.
В тех местностях, которые изобилуют базальтом, он используется вместо известняка в качестве общей базы для строительства. А в железобетонных конструкциях этот материал особенно ценен, так как арматура из непрерывного базальтового волокна, которое находится в составе этих конструкций, делает их еще прочнее и гибче, что немаловажно для обеспечения высокой сейсмостойкости.

Применение базальта в строительстве

Поразительная структура и фактура классического серого базальтового строительного камня, позволяет создавать огромное разнообразие форм и стилей в сооружениях. Стены, колонны, виниры, лестницы, водные объекты, пешеходные дорожки, патио, окантовка... Перечислять все объекты с его применением займет довольно много времени, достаточно только сказать, что универсальность базальта уникальна!