Знакомый всем с детства белый кусковой мел подарен нам древними морями мелового периода. Его состав зависит от глубины формирования пласта - мелководной или глубоководной. Несмотря на полное снижение прочности при большом увлажнении, относят к жестким полускальным породам.
Применение его настолько широко, что сложно назвать отрасль, где он не задействован в качестве сырья или вспомогательного материала.
Из чего состоит
В состав мела входят раковины моллюсков, ил, силикаты, различные подмеси, которые влияют на цвет и качество. Иногда встречаются неповрежденные древние окаменелости.
С позиции химии, мел составляют две части:
- Карбонатная основа включает около 99% карбонаты кальция и 1-2% карбоната магния, которые растворяются в уксусной и соляной кислотах.
- Некарбонатные подмеси - окислы металлов, глина, кварцевый песок и другие, не растворимые в кислотах.
Как добывают
Добыча ведется открытым способом в карьерах. Месторождения отличаются мощностью пластов и показателями содержания карбоната кальция (углекислый кальций) CaCO3 и различных примесей. Именно процентное содержание определяет экономическую целесообразность глубокого обогащения и его дальнейшее применение. Если примесей много (иногда - более 10%), мел используют в сельском хозяйстве для нейтрализации кислотности почв или производства извести. Хотя, для месторождений Западных стран, где содержание CaCO3 составляет 50-70%, является нормой.
Залегает порода достаточно близко к поверхности, толщина пластов в различных месторождениях составляет от 16 до 90 м, но физико-механические и химические свойства мела на различных горизонтах одного и того же месторождения могут значительно отличаться.
Упрощенно процесс производства выглядит следующим образом: из карьера породу доставляют на комбинат для сушки в специальных установках при температуре до 400°C, для измельчения кусков используют дробилки и мельницы. Молотый мел проходит дезинтегратор для тонкого помола и сепаратор. В результате получается сепарированный мел.
К продукту требования выдвигаются как по чистоте содержания в составе карбоната, так и по тонкости помола. Только современное оборудование комбинатов по выпуску меловой продукции может обеспечить требуемые качества.
Свойства мела
Физические
При увлажнении мел теряет свою прочность на сжатие: при влажности более 30% приобретает пластические свойства. По этой причине на упаковках должно быть обозначено: «Боится сырости».
Растворимость - свойство вещества растворяться в жидкости не образуя взвеси, как сахар или соль. В воде мел не растворяется, а образует суспензию и в дальнейшем выпадает в осадок.
Плотность молотого мела составляет 2,6 г/см3, объемная масса - 950-1200 кг/м3.
Мел совсем не морозоустойчив, процесс замораживания и оттаивания в состоянии насыщенном водой для него не применим.
Химические
Если присутствует избыток кислорода, то карбонат CaCO3 вступает в реакцию, образуя гидрокарбонат Ca(HCO3), который придает воде жесткость.
При прокаливании CaCO3 в диапазоне температур от 900 до 1200°C он разлагается на углекислый газ и воздушную известь CaO - вот чем мел отличается от извести. Негашеная известь - это продукт, полученный путем обжига мела, ракушечника или известняка.
Вопрос из школьной программы: как отличить мел от гашеной извести, если оба вещества уже находятся в виде суспензий для окраски? Вспоминаем: мел реагирует с уксусом, выделяя углекислый газ - в какой емкости пойдет характерная реакция, там он и будет.
Где используется мел
Применение мела в какой либо области промышленности обусловлено его категорий, которая зависит от процентного содержания карбонатов.
- 1 - чистый мел (ММО, МКБ-1, ММ-1, ММС-1, ММС2, ММСП, ММСГ-2);
- 2 - слабоглинистый (МК-2, ММ-2),
- 3 - сильноглинистый (МК-З, ММ-З),
- 4 - мергелеподобный (ММИП-1, ММИП-2, ММЖП, ММПК).
Согласно стандартам, буквенное обозначение марок и применение по отраслям следующее:
- МК - комковый,
- ММ - молотый,
- ИН - для известковых почв,
- ЖП - для подкормки сельскохозяйственных животных и поит,
- ПК - производство комбикормов,
- С - сепарированный,
- СГ - сепарированный гидрофобизированный,
- О - обогащенный.
По этой маркировке на упаковке или в каталоге можно определить назначение и качество материала.
Насколько серьезные требования предъявляются к отдельным маркам, как к сырью, можно увидеть по следующим примечаниям ГОСТа:
- для применения в лакокрасочной и полимерной промышленности дополнительно устанавливаются показатели коэффициента отражения;
- для использования в кабельной промышленности ограничивается доля свободной щелочи.
Где применяется в строительстве
Мел строительный продается как в чистом виде, так и в сухих смесях. Для строительства предназначен комковый марок МК-1, МК-2, МК-3.
- Самая дешевая «марающаяся» водная краска - мел для побелки, колер которому добавляли синькой для белья. С появлением клея ПВА его стали добавлять для фиксации мела в окрасочном слое - так появился прообраз водоэмульсионной краски.
- Клеевую шпаклевку для стен готовили непосредственно перед нанесением, один из ее составов: олифа, клеевой раствор, мел.
- Венские белила, основу которых составляет мел, самая известная клеевая краска.
- Добавление к мелу олифы позволило создать знаменитую замазку стекол деревянных окон.
- Тонкодисперсный мел применяется как наполнитель в пластмассы и краски для экономии основного сырья и обеспечения таких качеств, как прочность, огнестойкость, цветность, износостойкость и других.
Вреден ли мел? Пожалуй, это - один из самых самый экологически чистых и безвредных строительных материалов.
Сухой мел имеет модуль упругости от 3000 МПа (для рыхлого мела) до 10000 МПа (для плотного) и ведет себя как упругое тело. Угол внутреннего трения мела равен, сцепление в условиях всестороннего сжатия достигает 700-800.
При увлажнении прочность мела начинает снижаться уже при влажности 1-2%, а при влажности 20-30% прочность на сжатие увеличивается в 2-3 раза, при этом появляются пластические свойства. Проявление вязко-пластических свойств природного мела с увеличением его влажности приводит к серьезным осложнениям в технологии при его переработке. От этого происходит налипание мела на элементы транспортных средств (ковш экскаватора, кузов самосвала, питатель, ленточный конвейер). Наблюдается залипание валковых зубчатых дробилок. Это приводит в некоторых случаях к отказу добычи мела с нижних обводненных горизонтов, хотя по качеству мел нижних горизонта относится к качественному мелу.
Природный мел практически не обладает морозостойкостью, после нескольких циклов замораживания и размораживания он распадается на отдельные кусочки размером 1-3 мм. Это явление в некоторых случаях является положительным фактором. Так, например, при использовании мела в качестве мелиоранта для раскисления почвы не обязательно его измельчать до крупности - 0,25 мм (известняковая мука), а можно вносить в почву дробленый мел до - 10 мм. При замораживании и размораживании с ежегодным перепахиванием почвы кусочки мела разрушаются и его действия по нейтрализации почвы сохраняются длительное время.
Как уже отмечалось, мел состоит в основном из двух основных частей - карбонатная часть, растворимая в соляной и уксусной кислотах (карбонаты кальция, магния) и некарбонатная часть (глины, мергели, кварцевый песок, окислы металлов и др.) которые не растворяются в указанных кислотах. Карбонатная часть мела на 98-99% состоим из карбоната кальция. В небольшом количестве присутствуют карбонаты магния, которые образуют рассеянные в основной массе мела кристаллы магнезиального кальцита, доломита и сидерита.
Наиболее приемлемой является классификация по содержанию карбонатов и маркам продуктов из мела.
Классификация мела по содержанию карбонатов и маркам продуктов из него
Химическая характеристика мела некоторых месторождений России приведена в табл.4. Первоначально считалось, что мел это горная масса, которая по химическому составу и физическим свойствам одинакова по всему месторождению. Однако при длительной эксплуатации месторождения и особенно при переходе мелового предприятия на выпуск более качественной меловой продукции было установлено, что на различных участках (горизонтах) мел отличается как по химическому составу, так и по физико-механическим свойствам. В этой связи на некоторых месторождениях мела проводится геолого-технологическое картирование, при котором обозначаются участки качественного мела.
Месторождения мела Белгородской области отличаются низким содержанием нерастворимого остатка и высоким содержанием карбонатов. В таблице 1.5 приведены запасы и химический состав наиболее крупных месторождений Белгородской области.
Карбонат кальция (мел) в современной мировой индустрии является широко используемым материалом. Развитие отраслей резинотехнической и электротехнической, полимерной, лакокрасочной и др. промышленностей требует увеличения выпуска качественных наполнителей, к которым в первую очередь относится мел. Ежегодное потребление природного мела в кусковом, дробленом и измельченном виде в развитых странах превышает 150 млн.т. В США и Канаде ежегодно производится свыше 7,5 млн. т. молотого мела и более 15 млн. т. в Европе.
Мел как широко доступный наполнитель приобретает исключительно важное значение для многих производств. Отличительная особенность этого природного материала связана с тем, что он легко добывается и перерабатывается при относительно небольших затратах. Добыча и переработка мела не вызывает серьезных экологических нарушений. Запасы мела практически неограниченны во многих Европейских странах, странах бывшего СНГ и в России.
Мощный меловой пояс простирается через весь Европейский континент, включая север Франции, южную часть Англии, Польшу, проходит через Украину, Россию и смещается в Азию - Сирию и Ливийскую пустыню.
Запасы мела распределены по территориям неравномерно: около 48 - 50 % запасов качественного мела с высоким содержанием карбоната кальция и магния, минимальным содержанием вредных примесей сосредоточены в России; около 32 - 33 % на Украине и немногим более 12 % в Белоруссии. Имеются небольшие по запасам месторождения в Казахстане, в Литве и Грузии. Общие балансовые запасы мела в России оцениваются в 3300 млн. т. при неограниченных прогнозных запасах.
Белгородская область имеет практически неограниченные прогнозные ресурсы мела. Всего в области разведано 29 месторождений мела с суммарными запасами 1000 млн. т. Наиболее крупными месторождениями мела являются Лебединское, Стойленское и Логовское. При этом на Лебединское и Стойленское месторождения приходится 75 % разведанных запасов мела Белгородской области. Эти два месторождения эксплуатируются по добыче железных руд, где мел является вскрышной породой.
Ежегодно на перечисленных месторождениях добывается и вывозится в отвалы свыше 15 млн. т. мела, где он безвозвратно теряется. Только незначительная его часть (около 5,0 млн. т.) используется для производства цемента и получения молотого мела. Помимо традиционных потребителей мела за последние годы появились новые потребители, такие как целлюлозно-бумажная промышленность, где вместо каолина начали применять высокодисперсный мел. Также мел начали применять для раскисления кислых почв, было доказано, что его активность на 30 % выше, чем у известковой муки.
Мел карбонатная порода (разновидность известняка) почти полностью сложенная кальцитом (91-98,5%). Внешне это белая слабо цементированная, тонкозернистая, пачкающаяся порода, именуемая «белый писчий мел». В составе мела различают три основных форменных элемента кальцитового состава как биогенного, так и аутогенного происхождения. Органические остатки слагают обычно большую часть породы (до 75 %). В главной массе они представлены скелетными оболочками планктонных водорослей-кокколитофоридов, а также фораминифер (иногда до 40 %). Размер скелетных остатков составляет 5-10 мкм. Переменное, но иногда существенное значение (10-90%) имеет порошкообразный кальцит с частицами размером 0,5-2 мкм. Меньшее развитие принадлежит более крупным (5-10 % мкм.) хорошо Нограниченным кристаллам кальцита. Встречаются раковины иноцерамов (местами до 13 -20 %), остатки криноидей, морских ежей, кораллов. В незначительном количестве, обычно до 5, реже до 10-12 % присутствуют пелитоморфные некарбонатные примеси, в основном терригенного, реже аутогенного происхождения: кварц, полевые шпаты, глинистые минералы (глауконит, каолинит, гидрослюда, монтмориллонит), опал, халцедон, пирит и др. Местами встречаются конкрекции кремня.
В меловых толщах наблюдается развитие крупных выдержанных трещин - пластовых и вертикальных, заполненных меловой мукой. На поверхностных выходах сеть трещин сильно сгущается. При пропитке образцов мела маслом в них проявляются скрытые жильчатые структуры в виде переплетающихся мельчайших трещин, а также следы многочисленных ходов червей - илоедов.
Толковый словарь Даля
МЕЛ, (мель?) муж., костр., пермяц. дрожди, дрожжи. II. МЕЛ муж. мягкий, мучнистый известняк; водная углекислая известь, белая краска. | сев. и вост. дрожди, дрозжи (или мел?), в яросл. мель жен. | Мел, у ловчих птиц, болезнь, жесткое белое… … Толковый словарь Даля
Сокр. назв. меловой системы и периода. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978. Мел … Геологическая энциклопедия
Сущ., м., употр. сравн. часто Морфология: (нет) чего? мела и мелу, чему? мелу, (вижу) что? мел, чем? мелом, о чём? о меле и в мелу 1. Мел это мягкое белое вещество, минерал. Добыча мела. 2. Мел это кусок такого вещества, а также порошок или… … Толковый словарь Дмитриева
Характеристика Длина 39 км Площадь бассейна 303 км² Бассейн Каспийское море Бассейн рек Шерна → Клязьма → Ока → Волга … Википедия
А (у), предл. о меле, в мелу; м. 1. Мягкий белый известняк. Добыча мела. // Кусок этого известняка; порошок или раствор его, употребляемые для письма, побелки, чистки и т.п. Растворить м. Белить потолок мелом. Писать на доске мелом. Весь рукав в … Энциклопедический словарь
Мел - – осадочная зоогенная горная порода землистого сложения, слабо сцементированная из микроскопических раковин, состоящая в основном из углекислого кальция с незначительной примесью песка и глины. [Справочник дорожных терминов, М. 2005 г.] Мел … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Внесистемная единица высоты звука, применяется главным образом в музыкальной акустике. Нулевой высотой (0 мел) обладает звук частоты 20 Гц при уровне громкости 40 фон, а при той же громкости и частоте 1000 Гц 1000 мел. По этим данным строится… … Большой Энциклопедический словарь
мел - МЕЛ, а, м. ◊ На мел (играть). В долг. ◘ Хотя игра велась на мел, но видно было по ставкам, что у многих уменьшались наличные фонды, только одни француженки играли очертя голову. А.С.Афанасьев Чужбинский. Петербургские игроки, 1872 … Карточная терминология и жаргон XIX века
Книги
- , А.И. Мелёхин. Проблема исследования времени в психологии довольно противоречива. В свете многообразия теорий время, являются доминантой в сознании человека в плане плане систематизации, структурирования…
- Хрестоматия по исследованиям времени в психологии В трёх томах под редакцией А. И. Мелёхина , А.И. Мелёхин. Эта книга будет изготовлена в соответствии с Вашим заказом по технологии Print-on-Demand. Проблема исследования времени в психологии довольно противоречива. В свете многообразия теорий…
Мел у многих людей ассоциируется со школой, а точнее со школьной доской и множеством слов и формул. Но лишь некоторые знают, что эти палочки из мягкого белого известняка способны на большее. Сейчас мы расскажем Вам об альтернативных методах использования обычного мела, которые Вам точно пригодятся!
Как использовать мел
1. Отбеливаем воротнички
Тщательно натрите пятно белым мелом. Оставьте мел на 10 минут, а затем застирайте как обычно. Мел впитает загрязнения и поможет вернуть белизну воротничкам на ваших рубашках.
2. Удаляем жирные пятна
Свежее пятно от любимого сэндвича быстро исчезнет, если натереть его мелом и оставить на 10 минут. Перед загрузкой в стиральную машину вытрите излишки мела.
3. Удаляем пятна на замшевой обуви
Измельчите мел и посыпьте его на жирное пятно. Оставьте на несколько часов или на ночь. Наутро пятно исчезнет!
4. Предотвращение неприятных запахов в корзине для белья
Поместите несколько кусочков мела в нижнюю часть корзины с грязным бельем. Мел впитает влагу из одежды, предотвратив возникновение плесени. Важно менять мел на новый хотя бы раз в месяц.
5. Придаем сияние столовым приборам
Положите кусочек мела в то место, где храните столовое серебро. Он будет впитывать влагу и сохранит блеск серебра.
6. Ювелирные украшения больше не потускнеют
Кусок мела в шкатулке также позволит предотвратить потускнение ювелирных изделий. Мел будет поглощать сернистые соединения внутри коробки и украшения не будут чернеть.
7. Предотвращение запаха в гардеробе
Кусочки мела в шкафу предотвратят затхлость, которая часто образуется в закрытых шкафах.
8. Перестановка мебели
Мел можно использовать при создании ориентировочного варианта перестановки мебели. Вы можете нарисовать на полу схему и посмотреть со стороны, прежде чем начать двигать вещи вокруг.
9. Защита от ржавчины
Мел впитывает влагу, поэтому горстка мела в ящике для инструментов поможет предотвратить ржавчину.
10. Скрываем пятна на потолке
Временно скрыть подтеки или следы загрязнений на потолке можно с помощью белого мела.
11. Средство от муравьев
По какой-то причине муравьи не любят пересекать линии, нарисованные мелом. Проведите черту у дверных проемов, на подоконниках, словом, везде, откуда муравьи приходят в ваш дом.
12. Отбеливание ногтей
Натрите щеточку белым мелом, затем протрите ею под кончиками ногтей. Щетинки удалят грязь, а белый мел сделает внутреннюю поверхность ногтей светлой, чистой и ухоженной.
Такой знакомый всем школьный мелок, сколько веселых воспоминаний он хранит… Только вот за кажущейся его простотой прячется целая история развития планеты. "Как это может быть?" - спросите вы. Ответ на этот вопрос в данной статье. Вы не только изучите физические свойства мела и его применение, но и ознакомитесь с процессами образования в земной коре залежей известняковых осадочных пород, сформировавших современный облик Земли.
Минералы и породы биогенного происхождения
Примерно 130-65 млн лет назад, в меловом периоде мезозойской эры, моря древней планеты были заполнены планктонными и бентосными видами фораминифер, а также моллюсками, напоминавшими современных устриц, морских гребешков и наутилусов. В своих наружных скелетах и раковинах они накапливали соединения кальция, фосфора, магния и, отмирая, образовывали на дне водоемов наслоения известнякового ила. Под действием высокого давления и в результате химических процессов из него сформировались залежи известняка и мела. Физические свойства и состав этих осадочных пород очень похожи между собой, но имеют и черты различия. Геологические процессы, которые происходили на Земле, вызывали подъемы отдельных участков океанического дна и опускание материковых зон. К чему же это приводило?
Экскурс в геологию
Перераспределение поверхности литосферы и водной оболочки планеты обусловило появление горных цепей и хребтов, состоящих из осадочных пород. Это Альпы, горы Кавказа, Гималаи, Пиренеи. А скалы Дувра и вовсе состоят из чистого мела. Они придают английской береговой линии неповторимый вид и издавна служат для кораблей сигналом о приближении к туманному Альбиону. В России уникальные пейзажи на фоне меловых скал можно увидеть в поселке Сторожевом вблизи Воронежа. Ознакомившись с географией распространения биогенных горных пород, теперь самое время более подробно изучить физические свойства мела.
От чего зависят характерные особенности природных соединений
Внутреннее пространственное расположение атомов и молекул тела - кристаллическая решетка - полностью определяет агрегатное состояние, температуры плавления и кипения, плотность и т. д. Это параметры, которые относятся к физическим свойствам. Молекулярной формуле CaCO 3 соответствует сразу несколько кристаллических соединений, содержащих в узлах решеток заряженные частицы - ионы. Это мрамор, арагонит, исландский шпат, известняк и мел. Такое явление в химии называется полиморфизмом и объясняется именно формой кристалла. Отсюда следует вывод: физические свойства меди, золота, мела, уксусной кислоты и любого другого вещества определяются его агрегатным состоянием, зависящим от внутреннего строения соединения.
Виды известняков
Специалисты могут различать до 4 форм вещества, в зависимости от его структуры и физических особенностей. Так, чистый карбонат кальция имеет мелкодисперсную зернистую поверхность, при контакте с поверхностью легко оставляет белый след и содержит всего до 5 % примесей, в основном в виде сернокислого магния или кальция. Глинистый песчаный мел бежево-белого цвета, тоже тонкозернистой структуры, однако имеет более высокую вязкость и содержит до 10 % посторонних соединений, например, сульфат кальция, оксид кремния или алюминия. Зеленый, желтый или серый меловый мергель имеет еще больше примесей, а мелоподобный известняк легко узнать по крупным кристаллам желтого или белого цвета с плотноцементирующими свойствами. Нужно отметить, что на уроках химии, отвечая на задание: "охарактеризуйте физические свойства мела", следует ориентироваться на первый вид вещества. Чистый, природный карбонат кальция, содержащий минимум балластных примесей, является веществом, которое предлагается ученикам в качестве изучаемого соединения.
Как знакомить детей со свойствами мела
Впервые о карбонате кальция учащиеся узнают на вводных уроках химии, на которых дается понятие о чистых веществах и смесях, а также рассматриваются основные способы их разделения. Например, при проведении лабораторной работы учитель предлагает отделить друг от друга металлические опилки и древесную стружку с помощью магнита. Раствор сахара подвергают выпариванию и получают чистое кристаллическое вещество, а физические свойства мела и угля изучают после разделения двух веществ отстаиванием с последующим фильтрованием взвеси карбоната кальция в воде. Дидактический принцип преемственности и последовательности в изучении нового материала используется при ознакомлении учащихся с физическими явлениями и химическими реакциями. Проводится следующий опыт: в одну пробирку сливают растворы технической соды и хлорида кальция. Наблюдают помутнение раствора, а затем образование осадка. Это мел, его отфильтровывают и к полученному белому порошку по каплям добавляют хлоридную кислоту. Реакция идет с бурным выделением пузырьков углекислого газа. Как видим, программа по химии, 8 класс, физические свойства мела изучает вместе с главной химической особенностью вещества - его способностью к реакции с сильными кислотами, идущей с выделением CO 2 .
Характеристика углекислого кальция
Вещество, рассматриваемое нами, относится к группе средних солей. Оно, обычно, белого цвета, и, как мы говорили, является природной полускальной породой биогенного происхождения. В его состав входят частицы раковин, мелкие кристаллы кварцита, карбонаты магния и кальция, а также оксиды этих металлов. Мел впитывает и удерживает воду, при этом его прочность снижается. Он не растворяется в воде, а образует в ней мутную взвесь. При решении экспериментальных задач по химии физические свойства мела, в частности, его нерастворимость в воде, используются для обнаружения углекислого газа. При пропускании CO 2 через известковую воду происходит ее помутнение вследствие образования нерастворимого осадка карбоната кальция. Данная реакция является качественной и применяется в аналитической химии.
Как повысить вязкость и пластичность известняка
К чему приводит наводнение залежей меловой породы подземными грунтовыми водами? Если влажность породы незначительна - не больше 2 %, то прочность кристаллов снижается. Однако при сильном намокании пластов CaCO 3 , например на 25 %, прочность вещества на сжатии возрастает почти в 3 раза. При этом физические свойства мела, в особенности пластичность и вязкость, усиливаются. Это сильно осложняет технологию его добычи. По этой причине верхние и более сухие слои месторождений, хоть и с низким содержанием чистого карбоната кальция, используются для его получения в промышленных масштабах.
Где и как применяют мел
Наибольшее количество вещества идет на получение негашеной извести, гидроксида кальция и углекислого газа. Для этого карбонат кальция выжигают, образуются оксид кальция и диоксид карбона. Первое вещество еще называют негашеной известью или кипелкой. Его соединяют с водой, процесс идет с выделением большого количества теплоты, в результате получают гашеную известь - важное сырье для строительной промышленности. В комплексе с песком и водой гидроксид кальция используют для оштукатуривания и скрепления кирпичей при возведении стен. Известкование закисленных почв - хорошо известный и экономически дешевый метод мелиоративных работ, повышающий плодородие грунта и не имеющий негативного влияния на видовой состав почвенных организмов.
В данной работе были изучены физические свойства мела и рассмотрены области его применения в промышленности и сельском хозяйстве.
