Природная слюда

Есть такой минерал — слюда. Есть такой минерал—слюда? Именно так, с вопросительной интонацией, произнесли бы эту фразу и химик, и минералог. Ибо в собирательное понятие «слюда» входят разные минералы, несколько отличающиеся по химическому составу, хотя все они—алюмосиликаты. Слюдами называют кристаллические вещества, обычно прозрачные, слабо окрашенные, блестящие, а главное — способные даже при небольших нагрузках расслаиваться.

Иногда слюды составляют значительные, представляющие промышленный интерес залежи. Но это не значит, что из одной только слюды состоят жилы большой протяженности. Слюдяной «мелочи» в природе хоть отбавляй. Распространеннейшая горная порода — гранит — состоит из кварца, полевого шпата и слюды. Но слюду не получают из гранита. Во-первых, потому что разделить компоненты гранита очень сложно, а во-вторых, из-за того, что технике обычно нужны слюдяные пластинки размером не менее 4 см. Слюдяные же чешуйки гранита куда меньше.
Впрочем, в земных недрах среди других пород и минералов иногда встречаются отдельные крупные слюдяные кристалы или их скопления. Чем больше размеры кристалла, тем выше он ценится. Действительно, крупные слюдяные кристаллы — большая редкость. Самый большой такой кристалл, весивший около тонны, был найден на Чуйском руднике в Сибири. А в Индии из огромных слюдяных кристаллов получали округлые пластины диаметром до трех метров. Это показано даже в фильмах, так, если посмотреть сериал Корона онлайн то можно заметить украшенные слюдой элементы во время поездки королевы в Индию.

Способностью расслаиваться на пластины обладают минералы мусковит, флогопит, вермикулит, биотит, лепидолит, цинвальдит и др. Все это природные слюды. Все их добывают, изучают и используют, хотя техническая их ценность не одинакова.

Лучшими электроизоляционными свойствами обладают мусковит и флогопит. Разница в их составе, как видим, не велика: в одном случае два иона алюминия, в другом — три иона магния. И еще в флогопите часть гидроксильных групп заменена фтор-анионами. Последнее полезно: увеличивается теплостойкость слюды, которая обычно оставляет желать лучшего.
И все-таки самой лучшей природной слюдой считается мусковит, название которого происходит от Московии—старого европейского названия России. В Москве времен Ивана Грозного и даже позже в окна вставляли не стекло, а слюдяные пластины, которые привозили с берегов Белого моря и из Сибири. В храме Василия Блаженного и сейчас слюдяные, мусковитовые оконца.

Чем привлекает мусковит? Прежде всего наибольшим из всех природных слюд постоянством важнейших свойств. Судите сами: лучшие образцы флогопита выдерживают температуру до 800 °С, а мусковита—лишь 700. Зато худшие флогопитовые пластины начинают вспучиваться уже при 200 °С, а мусковитовые — при 300. О другой важнейшей характеристике слюды — электрическом сопротивлении обычно судят по величине пробивного напряжения. Пластинка флогопита толщиной в 50 микрометров выдерживает напряжение в 4000 вольт, а такая же пластина из мусковита на тысячу вольт больше.

Высочайшее электрическое сопротивление — главное техническое достоинство слюды. Поэтому лучшие образцы природных слюд, как правило, используют в электротехнике. Слюда идет на производство конденсаторов и радиоламп, так до конца и не вытесненных полупроводниками, нагревательных приборов и свечей автомобильных двигателей. Применение слюды как изолятора было и остается самым важным ее применением. Но, конечно, не единственным. Ниже будет рассказано и о других возможностях этих своеобразных минералов — при более детальном знакомстве с каждым из них.

Взять, к примеру, вермикулит. Название минерала — вермикулит — кажется странным, ибо в переводе с латыни vermiculus значит «червячок». Такое имя ему дали за то, что эта слюда при нагревании ведет себя очень своеобразно. Как и все слюды, вермикулит сначала вспучивается, расслаиваясь на пластинки. Но испаряющаяся вода, которой в вермикулите больше, чем в мусковите и флогопите, придает этому расслоению особый характер. Образец не только «разбухает» на глазах, но при этом еще изгибается, как червяк. Это происходит при сравнительно невысокой температуре—250—350 °С.

Промышленность использует вермикулит широко. Прокаленный вермикулит измельчают и добавляют во многие строительные материалы. Одна из разновидностей легкого бетона так и называется — вермикулитобетон. Связующим в нем служат цемент, смолы, битумы или растворимое стекло. Кубометр легчайшего вермикулитобетона весит не больше 400 кг, а теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства у него прекрасные. Поэтому из него делают панели, плиты и блоки для жилищного строительства, теплоизоляцию для трубопроводов. Добавка вермикулита в штукатурные растворы увеличивают пожаробезопасность зданий. Как наполнитель используют его и в производстве резин, пластмасс, красок.

Идет вермикулит и на нужды сельского хозяйства. С его помощью улучшают структуру почв, защищают корни растений от заморозков. Наконец, применяют его и в гидропонике, используя в качестве искусственной почвы, через которую легко проходят и корни растений, и питательный раствор.

Вот какие широкие возможности открылись перед одной из худших по физическим свойствам слюд.
Не очень хорошей слюдой считается и минерал биотит. В электротехнике его используют, но лишь в сравнительно мало ответственных изделиях. А вот в сельском хозяйстве и биологических исследованиях биотиту работы не нашлось, хотя впервые услышав название этого минерала, можно было бы предположить, что какое-то отношение к биологии, к жизни он имеет... Название биотит происходит не от греческого «биос» — жизнь, а от французского Biot. Это фамилия известного французского физика и астронома, которая по-русски обычно произносится как Био. В память о нем и назвали этот минерал...

Самое своеобразное применение биотита — в производстве «золотой» или «бронзовой» краски. Пластинки природного биотита обычно бывают буро-зеленого цвета, но при нагревании и расслоении он, как, кстати, и вермикулит, приобретает золотистую окраску.
Большую ценность представляют литийсодержащие слюды—лепидолит и циннвальдит. Известно всего 5 промышленно значимых минералов лития, и 2 из них—слюды.
Очевидно, теперь настала очередь вернуться к флогопиту и рассказать об этой широко применяемой слюде. Природный флогопит очень похож на мусковит, а по свойствам немного хуже его. Но синтетический флогопит лучше природного мусковита...

Когда задались целью синтезировать высококачественную слюду, то в первую очередь решили не допустить в ее состав ни молекулы связанной воды, ни гидроксил-анионы. Синтетический флогопит это — фторфлогопит, он идентичен по составу катионов природному флогопиту, но групп ОН — в его молекуле нет, есть только фтор-анионы.
Искусственный фторфлогопит стал промышленным продуктом. Есть разные способы его получения. Используют разные исходные смеси, разные температурные режимы, при которых происходит рост необычайных слюдяных кристаллов. Как правило, выращивают искусственную слюду из расплава шихты, в состав которой входят KF, MgO, Al2O3 и кварцевый песок, при температуре выше 1000 градусов, причем выдерживается и регулируется она очень точно. Последнее для минерального синтеза закономерно.

Искусственный флогопит превосходит природные слюды и по величине пробивного напряжения (а следовательно, по диэлектрическим свойствам), и по термостойкости (выдерживает длительное нагревание до 1000 °С), и по другим физическим свойствам (прозрачность, прочность, гибкость), а главное по постоянству технических характеристик. Главным потребителем искусственной слюды, как и природной, оказалась электротехническая промышленность.
Несколько слов о слюдяных отходах. Каждый, кто работает со слюдой, знает что она ломка и оттого при «раскрое» слюдяных пластин получается много обломков и обрезков. К тому же значительную часть природной слюды не удается превратить в высококачественные пластины. Утилизация слюдяной «мелочи» и отходов электротехнических производств очень важна. Поэтому химикам пришлось придумать довольно много материалов, в состав которых слюда входит как один из компонентов. В частности, делают слюдокерамику — высококачественный диэлектрик, используемый в радиоэлектронике. Спекая смесь порошков слюды и стекла с пенообразователем, получают пенослюду — материал с хорошими тепло- и электроизоляционными свойствами и в то же время прозрачный для радиоволн. Можно получать из слюдяной «мелочи» и листовую поликристаллическую слюду.