Немного истории
Принято считать, или как любят говорить многочисленные историковеды – бытует мнение, что мел появился благодаря богатому растительному миру, большей частью подводному. Ранние исследования доказали, что в составе мела, преимущественно, содержались образования водорослей и мелкодисперсных соединений. Так ли это на самом деле, или формула мела немного сложнее и включает в себя не только морскую флору? Давайте разберемся! Википедия рассказывает нам о том, что около 90 млн. лет назад в Северной Европе, в нижней области великого моря накапливался ил и что на этом «морском мусоре» жили простейшие организмы – фораминиферы, чьи частицы включали в себя кальцит, извлеченный из воды. Также принято считать, что в одноименный период появилась меловая группа стратиграфического европейского подразделения из которой были образованны Белые скалы в графстве Кент и склоны в другой части пролива Дувра. И вот как раз из них и были образованны останки, которые в будущем станут основой мела. Сложновато, не правда ли? Мы решили упростить для вас задачу и выделили основные составляющие породы:
— до 10% скелетных обломков, среди которых частицы простейших и многоклеточных организмов.
— до 10% раковин фораминифер.
— до 40% фрагментов известковых образований водорослей.
— до 50% кристаллического мелкодисперсного кальцита.
— до 3% нерастворимых минералов.
В дополнение можно отметить, что именно останки моллюсков, скапливавшихся в донных отложениях, превратились в мел, в том составе в котором мы его знаем сегодня. А вот с кристаллическим мелкодисперсным кальцитом все намного сложнее, поскольку практически невозможно установить биологическую принадлежность элементов из-за слишком маленького размера частиц. И также, вразрез теории образования мела, как породы, выступает факт наличия в его составе нерастворимых минералов в столь маленьком объеме, которые, в основном, представлены силикатами. Ведь нерастворимые минералы – это и есть геологический мусор состоящий из обломков разных пород и песка, который попал в отложения мела благодаря течению и ветрам.
Прочность и влажность мела
Многочисленные инженерно-геологические исследования выявили, что мел является жесткой полускальной породой, а также что его прочность во многом определяется влажностью. Ученые заключили, что в воздушно-сухом состоянии временное сопротивление при сжатии меняется от 1000 до 45 000 кН/м2. При показателях модуля упругости сухой породы - от 3 тыс. МПа (для рыхлого состояния) до 10 тыс. МПа (для плотного). Величина угла внутреннего трения - 24-30 градусов, при всестороннем сжатии сцепление достигает 700-800 кН/м2. Но при воздействии воды физические свойства мела начинают кардинально изменяться. И в частности эти изменения затрагивают область показателя прочности. Удивительным является то, что изменения происходят уже при 1-2% влажности. При достижении показателя 25-35% в 2-3 раза увеличивается прочность на сжатие. И также вместе с этими изменениями проявляются и другие физические свойства мела. Например, порода становится пластичной, что существенно осложняет процесс переработки. В ходе добычи мел приобретает вязкость, налипая на элементы машин, конвейерного и грузового оборудования. Также зачастую измененные свойства мела препятствуют его добыче с нижних горизонтов, которые считаются самыми качественными.
Отдельно стоит выделить нюансы морозостойкости породы. Под влиянием пониженных температур и размораживания мел имеет свойства распадаться на частицы величиной до 1-2 мм, что в ряде случаев является полезным свойством породы. Например, при использовании в качестве мелиоранта для раскислении почвы. И несмотря на заявленную норму до 0,25 мм, многие добавляют в грунт дробленую породу до 10 мм. Это обусловлено тем, что при замораживании-размораживании с перепахиванием почвы кусочки разрушаются самостоятельно, сохраняя действие нейтрализации продолжительное время.
Химические свойства
Мел можно разделить на множество составляющих, о чем мы рассказывали ранее, но порода, преимущественно, включает в себя две основные составляющие, которые выступают в качестве критериев классификации – это карбонатная и некарбонатная части. И говоря о химических свойствах мела важно выделить их существенные отличия. Так, например, карбонатная легко растворяется в уксусной и соляной кислотах и состоит, преимущественно, из карбоната кальция. А в некарбонатной части присутствуют окислы металлов, кварцевый песок, мергели, глины, что делает ее более сложной с точки зрения химических реакций и дальнейшего внешнего воздействия при обработке. Также стоит отметить, что кристаллические частицы магнезиального кальцита, сидерита и доломита образованы карбонатами магния, которые в незначительном количестве также включены в мел.
На начальных этапах добычи мела считалось, что его химические и механические свойства одинаковы на всем месторождении. Однако, дальнейшая практика доказала, что при продолжительной эксплуатации района добычи выявляются значительные различия по этим характеристикам. Из-за чего в последствии на некоторых месторождениях стали выполнять геолого-технологическое картирование, разделяя участки добычи по показателям кальцита и арагонита. Впоследствии к требованиям, предъявляемым к продукции из мела, помимо доли карбонатов, появился еще один, немаловажный пункт – его крупность, или тонина помола. Она выражается в остатке на ситах определенного размера или в процентном содержании частиц заданной величины. С развитием технологических мощностей и производственных линий по изготовлению лакокрасочной продукции, резинотехнических изделий, изделий из пластмасс, полимерной и бумажной продукции, для которых в качестве сырья используют мел, спровоцировало резкий дисбаланс между его выпуском и потреблением. Особенно отчетливо это проявилось в бумажной промышленности где к качеству мела предъявляются особые требования, поскольку он заменил каолин. И если говорить о свойствах мела в данной отрасли, то безусловно стоит упомянуть о высокой дисперсность карбоната кальция в измельченном виде. Именно этот показатель влияет на оптические и печатные характеристики, пористость и гладкость продукции. Также за счет присутствия мела понижается абразивность изделий.
На сегодняшний день мел находится на первом месте среди всех наполнителей, применяемых в промышленности. В первую очередь это связано с экономической выгодой использования этого сырья, поскольку мел имеет сравнительно небольшую стоимость. Второй причиной популярности сырья в отрасли выступает его технологическая целесообразность, поскольку мел существенно упрощает производственные процессы. И конечно же не стоит забывать о широком применении мела в строительстве и сельском хозяйстве, как основном компоненте.