ГЕОЛОГИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

ПЕРЛИТ

Введение

Согласно общепринятому петрографическому определению, перлит представляет собой вулканическое стекло риолитового состава, содержащее 2—5% связанной воды; для него характерна система концентрических, сфероидальных трещин, образующих перлитовур структуру. Эта структура образовалась в результате сокращения объема при остывании. Мельчайшие сфероиды достигают нескольких миллиметров в диаметре. Интерференция света между слоями этих сфероидов придает породе восковидный и перламутровый блеск.

В большинстве случаев перлит обладает ценным промышленным свойством — способностью при быстром нагревании быстро вспучиваться или взрываться. Однако этим свойством обладают и некоторые стекловидные породы, лишенные перлитовой структуры, особенно продукты изменения риолита или обсидиана. В настоящее время появилась тенденция применять термин перлит к любым стекловатым породам, обладающим способностью вспучиваться при нагревании. Здесь термин «перлит» используется именно в этом широком смысле. Обработанный нагреванием конечный продукт называется вспученным перлитом.

Для большинства вулканических стекол характерно заметное содержание связанной воды. В обсидиане содержание воды не превышает 1%, а в пехштейне (ретините) достигает 10%. Пемза и перлит по содержанию воды занимают промежуточное положение между этими породами. Как следует из данных, приведенных в  3.2, потери при прокаливании (в основном вода) для 20 образцов перлитов составляют 3,84%; почти такое же (3,83) среднее содержание воды приводится для 10 образцов промышленных перлитов (Anderson, 1956). Сравнительно небольшое количество работ, посвященных изучению состава перлита, показало, что большая часть воды перлита — молекулярная вода, растворенная в стекле, и только незначительная часть воды находится в диссоциированной форме в виде гидроксила.

При быстром нагревании зерен дробленого перлита до температуры начала плавления стекла находящаяся в стекле вода превращается в пар, а зерна перлита становятся легкими, пористыми, ячеистыми и представляют собой фактически искусственную пемзу.

Увеличение объема по крайней мере в 10 раз обычно. Оптимальная температура вспучивания перлита зависит не только от содержания в нем воды, но р от его химического состава, Состзэ стеклэ определяет точку плавления, тип и степень вспучивания, размер пузырьков и толщину стенок между ними и, следовательно, определяет пористость получаемого продукта. Температура вспучивания лежит в пределах 760—1200°, а время вспучивания колеблется от долей секунды до многих секунд.

История

С 1928 г. известно, что отдельные типы вулканических стекол, особенно перлит, при быстром нагревании вспучиваются, но только в 1940 г. были проведены первые промышленные эксперименты с перлитом из месторождения Сюпи- риор в Аризоне. В 1946 г. Началось промышленное производство. Пять компаний в этом году произвели 4600 коротких тонн перлита. В 1957 г. производство перлита выросло до 422 000 коротких тонн или увеличилось в 92 раза ( 3.5) Разработка перлита осуществлялась в штатах Нью-Мексико, Колорадо, Невада и Аризона, а заводы для вспучивания перлита были построены в 29 штатах.

Перлит — новый продукт, перспективность которого еще не полностью установлена ни в отношении использования в различных отраслях промышленности, ни в отношении перевозки на дальние расстояния. Запасы перлита очень велики, и можно ожидать, что потребление перлита будет непрерывно расти. В 1957 г. было выдано по меньшей мере 13 патентов на новую аппаратуру для вспучивания перлита и новые области применения вспученного перлита.

В 1956 г. вышла из печати сводка по геологии и распространению перлита в США (Jaster, 1956).

Применение и свойства вспученного перлита

Около 70% вспученного перлита используется в качестве наполнителя в различных штукатурках. Перлитово-гипсовые штукатурные смеси и сухая штукатурка в настоящее врем;: производятся несколькими крупными компаниями, производящими гипсовые продукты. Еще 15% добытого перлита применяется в качестве заполнителя легких бетонов, особенно для сооружения плоских крыш и в производстве предварительно напряженных панелей. Остальные 15% используются в виде изоляционных засыпок, фильтрующих материалов, для кондиционирования почв, наполнителей красок, компонентов буровых растворов и бетонов, а также в качестве инертного упаковочного материала.

Вспученный перлит можно получить с объемным весом не более 2 фунт/куб. фут (это поистине вес пуха), но такой материал слишком мягок и рыхл. Обычно получаемый на заводах продукт несколько тяжелее. Как видно из данных, при^ веденных в  3.3, изоляционные свойства перлита меняются в зависимости от его объемного веса. В этой таблице для сравнения приведены также аналогичные данные для рыхлой пемзы.

Штукатурка из перлита обладает следующими свойствами: легкостью, что упрощает ее применение и экономит строительную сталь, низким /с-фактором (0,4—0,8 по сравнению

с 3,0—3,5 для песчаной штукатурки), высокой устойчивостью к растрескиванию под действием напряжений, высокой огнеупорностью, а также отличными звукопоглощающими свойствами.

Бетон с перлитовым наполнителем обладает меньшей прочностью по сравнению с бетоном, в котором в качестве наполнителя применены пемза или более тяжелые материалы, но он может применяться всюду, где нагрузки не превышают 2000 фунт/кв. дюйм. Преимущества такого бетона— легкий вес, лучшие изоляционные свойства и большая огнеупорность. Особенно широко перлитовый бетон используется в готовых стенных панелях для каркасных сооружений и панельных деталях для жилищного строительства.

Генезис

Изучение природы и взаимоотношений природных стекол с другими изверженными породами приводит к заключению, что их генезис далеко не всегда прост. В генезисе перлита в частности имеется несколько нерешенных проблем. Не полностью еще объяснены плотное, а не пористое сложение перлита, его крупные скопления и относительно высокое содержание связанной воды. Проще всего сказать, что перлит образовался в результате экструзии магмы на поверхность и быстрого охлаждения в условиях атмосферного давления. Однако быстрого охлаждения в атмосферных условиях вряд ли достаточно; согласно Уилсону (Wilson, Roseveare, 1945), трудно объяснить, почему перлит не превратился в таких условиях в пемзу или туф. Уилфли и Тейлор (Wilfley, Taylor, 1950) указывают, что быстрое одновременное охлаждение огромной массы пород на всю глубину маловероятно, а остывание магматической экструзии в этих условиях привело бы к образованию внешней пемзовой корки и внутренней закристаллизованной части. Маловероятно, что поверхностные экструзии в условиях быстрого охлаждения могли бы привести к образованию значительных перлитовых месторождений.

Весьма вероятно, что перлит возник в результате интрузии жидкой магмы под относительно тонкий слой перекрывающих осадков, под значительным давлением, препятствовавшим превращению магмы в пемзу. Такими образованиями являются близповерхностные некки, подводящие каналы и дайки, неглубокие силлы, а также быстро остывающие краевые зоны больших интрузий. Арджелл (Argall, 1949), подметивший обычную связь перлита с отложениями гейзерита и фумарольными образованиями, подчеркивает, что остыванию небольших силлов способствовала деятельность горячих подземных вод, Аллен (Allen, 1946) показал, что перлитовое месторождение Орегона образовалось в результате излияния лавы на дно озера под толщу озерных вод, которые создали умеренное давление, необходимое для предотвращения образования пемзы.

По мере того как перлитовые месторождения изучаются детальнее и полнее, все большее число исследователей склоняются к точке зрения, согласно которой, большинство пер- литов в общем не являются первичными породами, а пред-, ставляют. собой продукт изменения других стекловатых пород или риолитов. На основании изучения многочисленных месторождений Калифорнии Честерман (Chesterman, 1954).

пришел к выводу, что эти перлиты образовались из обсидиана в результате внедрения в него паров воды. Он приводит следующую последовательность развития процесса «перли- тизации»: 1) образование обсидиановых куполов, силлов и даек; 2) брекчирование обсидиана во время или после образования обсидиановых тел; 3) проникновение паров воды и изменение обсидиана в перлит и 4) поздняя стадия изменения части перлита до глины и интрузия риолита в перлит. Установлено, что источником паров воды могли быть вмещающие породы или кристаллизующиеся риолиты. Аналогичный процесс образования перлита предложил Райт с соавторами (Wright et al., 1954) для месторождения Сидар- Топ округа Сан-Бернардино в Калифорнии ( 3.6).

Уилфли и Тейлор (Wilfley, Taylor, 1950) описали дайку . перлита и пористого риолита, пересекающую граниты и сланцы близ Натроп в Колорадо. В этой дайке краевые части сложены риолитом, а не перлитом, как можно было бы ожидать по теории быстрого охлаждения; перлит слагает здесь центральную часть дайки. Это говорит о том, что перлит образовался за счет гидротермального изменения риолита. Согласно точке зрения Росса и Смита (Ross, Smith, 1955), небольшое количество воды, содержащейся в обсидиане, представляет собой «первоначальную воду», унаследованную от первичной магмы, а значительно большее количество воды в перлите вызвано постмагматической гидратацией.