Слюды ( / ˈ m aɪ k ə z / MY -kəz ) представляют собой группу силикатных минералов , выдающейся физической характеристикой которых является то, что отдельные кристаллы слюды могут быть легко разделены на хрупкие эластичные пластины. Эта характеристика описывается как совершенная базальная спайность . Слюда распространена в магматических и метаморфических породах и иногда встречается в виде небольших чешуек в осадочных породах . [6] Она особенно заметна во многих гранитах , пегматитах и сланцах , [7] а «книги» (большие отдельные кристаллы) слюды в несколько футов в поперечнике были найдены в некоторых пегматитах . [8]
Слюды используются в таких продуктах, как гипсокартон , краски и наполнители, особенно в деталях для автомобилей, кровельных материалов и в электронике. Минерал используется в косметике и пище [9] для придания «мерцания» или «мороза».
Группа слюды включает 37 минералов филлосиликатов . Все они кристаллизуются в моноклинной системе с тенденцией к псевдогексагональным кристаллам и схожи по структуре, но различаются по химическому составу. Слюды бывают полупрозрачными или непрозрачными с отчетливым стекловидным или перламутровым блеском, а различные минералы слюды имеют цвета от белого до зеленого или от красного до черного. Отложения слюды имеют тенденцию иметь чешуйчатый или пластинчатый вид. [10]
Кристаллическая структура слюды описывается как TOT-c , что означает, что она состоит из параллельных слоев TOT, слабо связанных друг с другом катионами ( c ). Слои TOT , в свою очередь, состоят из двух тетраэдрических листов ( T ), прочно связанных с двумя гранями одного октаэдрического листа ( O ). Относительно слабая ионная связь между слоями TOT дает слюде ее идеальное базальное расщепление. [11]
Тетраэдрические листы состоят из кремниевых тетраэдров, каждый ион кремния окружен четырьмя ионами кислорода. В большинстве слюд один из четырех ионов кремния заменен ионом алюминия, в то время как ионы алюминия заменяют половину ионов кремния в хрупких слюдах. Тетраэдры делят три из своих четырех ионов кислорода с соседними тетраэдрами, образуя гексагональный лист. Оставшийся ион кислорода ( апикальный ион кислорода) доступен для связи с октаэдрическим листом. [12]
Октаэдрический лист может быть диоктаэдрическим или триоктаэдрическим. Триоктаэдрический лист имеет структуру листа минерала брусита , причем наиболее распространенным катионом является магний или двухвалентное железо. Диоктаэдрический лист имеет структуру и (обычно) состав листа гиббсита , причем катионом является алюминий. Апикальные кислороды занимают место некоторых гидроксильных ионов, которые присутствовали бы в листе брусита или гиббсита, прочно связывая тетраэдрические листы с октаэдрическим листом. [13]
Тетраэдрические листы имеют сильный отрицательный заряд, так как их основной состав - AlSi 3 O 10 5- . Октаэдрический лист имеет положительный заряд, так как его основной состав - Al(OH) 2+ (для диоктаэдрического листа с вакантными апикальными участками) или M 3 (OH) 2 4+ (для триоктаэдрического участка с вакантными апикальными участками; M представляет собой двухвалентный ион, такой как двухвалентное железо или магний). Объединенный слой TOT имеет остаточный отрицательный заряд, так как его основной состав - Al 2 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2 − или M 3 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2 − . Остающийся отрицательный заряд слоя TOT нейтрализуется межслоевыми катионами (обычно ионами натрия, калия или кальция). [11]
Поскольку шестиугольники в слоях T и O немного отличаются по размеру, слои слегка искажаются, когда они связываются в слой TOT. Это нарушает гексагональную симметрию и сводит ее к моноклинной симметрии. Однако исходная гексаэдрическая симметрия различима в псевдогексагональном характере кристаллов слюды. Был разрешен ближний порядок ионов K + на расколотой слюде мусковита. [14]
Химически слюдам можно дать общую формулу [15]
в котором
Структурно слюды можно классифицировать как диоктаэдрические ( Y = 4) и триоктаэдрические ( Y = 6). Если ион X — это K или Na, то слюда является обычной слюдой, тогда как если ион X — это Ca, то слюда классифицируется как хрупкая слюда.
Хрупкие слюды:
Обыкновенные слюды:
Хрупкие слюды:
Очень мелкозернистые слюды, которые обычно показывают больше вариаций в содержании ионов и воды, неформально называются «глинистыми слюдами». Они включают:
Серицит — это название очень мелких, неровных зерен и агрегатов белой (бесцветной) слюды.
Слюда широко распространена и встречается в магматических , метаморфических и осадочных режимах. Крупные кристаллы слюды, используемые в различных целях, обычно добываются из гранитных пегматитов . [6]
Самый большой задокументированный монокристалл слюды ( флогопита ) был найден в шахте Лейси, Онтарио , Канада ; его размеры составляли 10 м × 4,3 м × 4,3 м (33 фута × 14 футов × 14 футов), а вес — около 330 тонн (320 длинных тонн; 360 коротких тонн). [18] Кристаллы схожего размера были также найдены в Карелии , Россия . [19]
Скрап и чешуйчатая слюда производятся по всему миру. В 2010 году основными производителями были Россия (100 000 тонн), Финляндия (68 000 тонн), США (53 000 тонн), Южная Корея (50 000 тонн), Франция (20 000 тонн) и Канада (15 000 тонн). Общее мировое производство составило 350 000 тонн, хотя надежных данных по Китаю не было. Большая часть листовой слюды была произведена в Индии (3 500 тонн) и России (1 500 тонн). [20] Чешуйчатая слюда поступает из нескольких источников: метаморфическая порода, называемая сланцем, как побочный продукт переработки полевых шпатов и каолиновых ресурсов, из россыпных месторождений и пегматитов. Листовая слюда значительно менее распространена, чем чешуйчатая и скраповая слюда, и иногда ее добывают из горнодобывающего лома и чешуйчатой слюды. Наиболее важными источниками листовой слюды являются пегматитовые месторождения. Цены на листовую слюду различаются в зависимости от сорта и могут варьироваться от менее 1 доллара за килограмм для слюды низкого качества до более 2000 долларов за килограмм для слюды высшего качества. [21]
На Мадагаскаре [22] и в Индии [23] его также добывают кустарным способом , в плохих условиях труда и с использованием детского труда .
Коммерчески важными слюдами являются мусковит и флогопит , которые используются в различных областях.
Ценность слюды основана на ее уникальных физических свойствах: кристаллическая структура слюды образует слои, которые можно расщепить или расслаивать на тонкие листы, обычно вызывая расслоение в горных породах. Эти листы химически инертны, диэлектричны , эластичны, гибки, гидрофильны, изолируют, легки, пластинчаты, отражающи, преломляющи, упруги и имеют степень непрозрачности от прозрачной до непрозрачной. Слюда стабильна при воздействии электричества, света, влаги и экстремальных температур. Она обладает превосходными электрическими свойствами как изолятор и как диэлектрик и может поддерживать электростатическое поле, рассеивая при этом минимальную энергию в виде тепла; ее можно расщепить очень тонко (от 0,025 до 0,125 миллиметров или тоньше), сохраняя свои электрические свойства, она имеет высокий диэлектрический пробой, термически стабильна до 500 °C (932 °F) и устойчива к коронному разряду . Мусковит, основная слюда, используемая в электротехнической промышленности, используется в конденсаторах, которые идеально подходят для высоких частот и радиочастот. Слюда флогопит остается стабильной при более высоких температурах (до 900 °C (1650 °F)) и используется в приложениях, где требуется сочетание высокой термостойкости и электрических свойств. Мусковит и флогопит используются в листовой и молотой форме. [21]
Основное применение сухоизмельченной слюды в США — это заполнение и отделка швов и дефектов в гипсокартоне ( гипсокартоне ). Слюда действует как наполнитель и разбавитель, обеспечивает гладкую консистенцию, улучшает обрабатываемость состава и обеспечивает устойчивость к растрескиванию. В 2008 году на долю замазок пришлось 54% потребления сухоизмельченной слюды. В лакокрасочной промышленности молотая слюда используется в качестве разбавителя пигмента , который также облегчает суспензию, уменьшает меление, предотвращает усадку и сдвиг красочной пленки, повышает устойчивость красочной пленки к проникновению воды и выветриванию и осветляет тон цветных пигментов. Слюда также способствует адгезии краски в водных и масляно-смолистых составах. Потребление сухоизмельченной слюды в краске, второе по значимости применение, составило 22% сухоизмельченной слюды, использованной в 2008 году. [21]
Молотая слюда используется в отрасли бурения скважин в качестве добавки к буровым растворам . Грубоизмельченные чешуйки слюды помогают предотвратить потерю циркуляции, герметизируя пористые участки скважины. Буровые растворы для бурения скважин составили 15% от использования сухой молотой слюды в 2008 году. Пластмассовая промышленность использовала сухую молотую слюду в качестве удлинителя и наполнителя, особенно в деталях для автомобилей в качестве легкой изоляции для подавления звука и вибрации. Слюда используется в пластиковых автомобильных панелях и крыльях в качестве армирующего материала, обеспечивая улучшенные механические свойства и повышенную размерную стабильность, жесткость и прочность. Армированные слюдой пластики также обладают высокой теплостойкостью, уменьшенной короблением и лучшими поверхностными свойствами любого наполненного пластикового композита. В 2008 году потребление сухой молотой слюды в пластиковых изделиях составило 2% рынка. Резиновая промышленность использовала молотую слюду в качестве инертного наполнителя и состава для снятия форм при производстве формованных резиновых изделий, таких как шины и кровля. Пластинчатая текстура действует как антиблокирующий, антиприлипающий агент. Смазка для резиновых форм составила 1,5% от сухомолотой слюды, использованной в 2008 году. Как добавка к резине, слюда снижает газопроницаемость и повышает упругость. [21]
Сухая молотая слюда используется в производстве рулонной кровли и битумной черепицы , где она служит поверхностным покрытием для предотвращения прилипания соседних поверхностей. Покрытие не впитывается свежеизготовленной кровлей, поскольку пластинчатая структура слюды не подвержена влиянию кислоты в асфальте или погодных условий. Слюда используется в декоративных покрытиях на обоях, бетоне, штукатурке и плиточных поверхностях. Она также используется в качестве ингредиента в флюсовых покрытиях на сварочных прутках, в некоторых специальных смазках и в качестве покрытий для составов для сердечников и форм, облицовочных агентов и промывок форм в литейном производстве. Сухая молотая флогопитовая слюда используется в автомобильных тормозных накладках и дисках сцепления для снижения шума и вибрации ( заменитель асбеста ); в качестве звукопоглощающей изоляции для покрытий и полимерных систем; в армирующих добавках для полимеров для повышения прочности и жесткости и улучшения устойчивости к теплу, химикатам и ультрафиолетовому (УФ) излучению; в тепловых экранах и температурной изоляции; в качестве добавки к промышленным покрытиям для снижения проницаемости влаги и углеводородов; а также в полярных полимерных составах для повышения прочности эпоксидных смол, нейлонов и полиэфиров . [21]
Слюда мокрого помола, сохраняющая блеск своих сколотых поверхностей, в основном используется в перламутровых красках в автомобильной промышленности. Многие пигменты с металлическим эффектом состоят из субстрата слюды, покрытого другим минералом, обычно диоксидом титана (TiO2 ) . Полученный пигмент дает отражающий цвет в зависимости от толщины покрытия. Эти продукты используются для производства автомобильной краски, мерцающих пластиковых контейнеров и высококачественных чернил, используемых в рекламе и безопасности. В косметической промышленности ее отражающие и преломляющие свойства делают слюду важным ингредиентом в румянах , подводках для глаз , тенях для век , тональных основах , блесках для волос и тела, губной помаде , блеске для губ , туши для ресниц , увлажняющих лосьонах и лаке для ногтей. Некоторые марки зубной пасты включают порошкообразную белую слюду. Она действует как мягкий абразив, помогая полировать поверхность зубов, а также придает пасте косметически приятный, блестящий блеск. Слюду добавляют в латексные шары, чтобы обеспечить цветную блестящую поверхность. [21]
Мусковит и флогопитовые расщепления могут быть изготовлены в различные составные продукты из слюды, также известные как миканит . Изготовленная путем механизированной или ручной установки перекрывающихся расщеплений и чередующихся слоев связующих и расщеплений, составная слюда используется в основном в качестве электроизоляционного материала. Слюдяная изоляция используется в высокотемпературных и огнестойких силовых кабелях на алюминиевых заводах, доменных печах , критических проводных цепях (например, в системах обороны, системах пожарной и охранной сигнализации и системах наблюдения), нагревателях и котлах, лесопильных печах , металлургических заводах, а также в емкостях и печной проводке. Специальные высокотемпературные провода и кабели с слюдяной изоляцией рассчитаны на работу до 15 минут в расплавленном алюминии, стекле и стали. Основными продуктами являются связующие материалы; гибкие, нагревательные, формовочные и сегментные пластины; слюдяная бумага; и лента. [21] Гибкая пластина используется в якорях электродвигателей и генераторов, изоляции катушек возбуждения, а также изоляции сердечников магнитов и коллекторов . Потребление слюды в гибких пластинах в США составило около 21 тонны в 2008 году. Нагревательная пластина используется там, где требуется высокотемпературная изоляция. Формовочная пластина представляет собой листовую слюду, из которой вырезаются и штампуются V-образные кольца для использования при изоляции медных сегментов от концов стального вала коммутатора. Формовочная пластина также изготавливается в виде трубок и колец для изоляции в якорях, пускателях двигателей и трансформаторах. Сегментная пластина действует как изоляция между медными сегментами коммутатора универсальных двигателей постоянного тока и генераторов. Предпочтительнее использовать слюду из флогопита, поскольку она изнашивается с той же скоростью, что и медные сегменты. Хотя мусковит имеет большую износостойкость, он вызывает неровные выступы, которые могут мешать работе двигателя или генератора. Потребление сегментных пластин в США составило около 149 тонн в 2008 году. Некоторые типы слюды изготавливаются с использованием связанных расщеплений, армированных тканью, стеклом, льном , муслином , пластиком, шелком или специальной бумагой. Эти продукты очень гибкие и производятся в широких непрерывных листах, которые либо отправляются, сворачиваются или разрезаются на ленты или ленты, либо обрезаются до определенных размеров. Изделия из слюдяной наплавки также могут быть гофрированными или армированными путем многослойного наложения. В 2008 году в США было потреблено около 351 тонны слюдяной наплавки, в основном для формовочных пластин (19%) и сегментных пластин (42%). [21]
Листовая слюда — универсальный и прочный материал, широко используемый в электро- и теплоизоляции. Обладает превосходными электрическими свойствами, термостойкостью и химической стабильностью.
Листовая слюда технического сорта используется в электрических компонентах, электронике, атомно-силовой микроскопии и в качестве оконных листов. Другие области применения включают диафрагмы для кислородно-дыхательного оборудования, маркерные циферблаты для навигационных компасов, оптические фильтры , пирометры , терморегуляторы, окна печей и керосиновых обогревателей, крышки радиационных апертур для микроволновых печей и микатермические нагревательные элементы. Слюда является двулучепреломляющей и поэтому обычно используется для изготовления четвертьволновых и полуволновых пластин . Специализированные применения листовой слюды встречаются в аэрокосмических компонентах в ракетных системах воздушного, наземного и морского базирования, лазерных устройствах, медицинской электронике и радиолокационных системах. Слюда механически стабильна в микрометровых тонких листах, которые относительно прозрачны для излучения (например, альфа-частиц ), но непроницаемы для большинства газов. Поэтому она используется в качестве окна в детекторах излучения, таких как трубки Гейгера-Мюллера .
В 2008 году слюдяные расщепления составляли наибольшую часть листовой слюдяной промышленности в Соединенных Штатах. Потребление расщеплений мусковита и флогопита составило около 308 тонн в 2008 году. Сколы мусковита из Индии составили практически все потребление в США. Остальная часть была в основном импортирована из Мадагаскара. [21]
Маленькие квадратные кусочки листовой слюды также используются в традиционной японской церемонии Кодо для возжигания благовоний: горящий кусок угля помещается внутрь конуса из белого пепла. Лист слюды помещается сверху, выступая в качестве разделителя между источником тепла и благовонием, чтобы распространять аромат, не сжигая его.
Листовая слюда используется в основном в электронной и электротехнической промышленности. Ее полезность в этих приложениях обусловлена ее уникальными электрическими и термическими свойствами, а также механическими свойствами, которые позволяют ее резать, перфорировать, штамповать и обрабатывать с жесткими допусками. В частности, слюда необычна тем, что она является хорошим электроизолятором и одновременно хорошим теплопроводником. Основное применение блочной слюды — в качестве электроизолятора в электронном оборудовании. Высококачественная блочная слюда обрабатывается для облицовки измерительных стекол паровых котлов высокого давления из-за ее гибкости, прозрачности и устойчивости к тепловому и химическому воздействию. Только высококачественная пленочная слюда мусковит, которую по-разному называют индийской рубиновой слюдой или рубиновой мусковитовой слюдой, используется в качестве диэлектрика в конденсаторах . Слюдяная пленка самого высокого качества используется для производства конденсаторов для калибровочных стандартов. Следующий более низкий сорт используется в передающих конденсаторах. Приемные конденсаторы используют немного более низкий сорт высококачественного мусковита. [21]
Листы слюды используются в качестве каркаса для нагревательной проволоки (например, кантала или нихрома ) в нагревательных элементах и могут выдерживать температуру до 900 °C (1650 °F).
Одноцокольные самозапускающиеся лампы изолированы слюдяным диском и заключены в боросиликатную стеклянную газоразрядную трубку (дуговую трубку) и металлический колпачок. [24] К ним относятся натриевые лампы , которые являются газоразрядными лампами уличного освещения. [24] [25] [26]
Другое применение слюды — в качестве подложки при производстве ультраплоских тонкопленочных поверхностей, например, золотых поверхностей. Хотя осажденная поверхность пленки все еще грубая из-за кинетики осаждения, обратная сторона пленки на границе слюда-пленка становится ультраплоской после удаления пленки с подложки. Свежесколотые поверхности слюды использовались в качестве чистых подложек для визуализации в атомно-силовой микроскопии , [27] позволяя, например, визуализировать пленки висмута , [28] гликопротеины плазмы , [29] бислои мембран , [30] и молекулы ДНК . [31]
Тонкие прозрачные листы слюды использовались для смотровых отверстий в котлах, фонарях, печах и керосиновых обогревателях , поскольку они были менее склонны разбиваться, чем стекло, при воздействии экстремальных температурных градиентов. Такие смотровые отверстия также устанавливались в конных экипажах и автомобилях начала 20-го века, где их называли занавесками из желатина . [32] [33] [34]
Слово «mica» происходит от латинского слова mica , означающего «крошка» , и, вероятно, от слова micare , означающего «блестеть». [35]
Использование человеком слюды восходит к доисторическим временам. Слюда была известна древним индийским , египетским , греческим , римским и китайским цивилизациям, а также ацтекской цивилизации Нового Света . [36]
Самое раннее использование слюды было обнаружено в наскальных рисунках, созданных в период верхнего палеолита (40 000 до н. э. - 10 000 до н. э.). Первыми оттенками были красный ( оксид железа , гематит или красная охра ) и черный ( диоксид марганца , пиролюзит ), хотя также был обнаружен черный цвет из можжевелового или соснового углерода. Иногда использовался белый цвет из каолина или слюды.
В нескольких километрах к северо-востоку от Мехико находится древний город Теотиуакан . Слюда была найдена в дворцовом комплексе «Viking Group» во время раскопок, которые проводил Педро Армильяс в 1942–1944 годах. [37] [38] Позже второе месторождение было обнаружено в комплексе Xalla, [38] еще одном дворцовом сооружении к востоку от Улицы Мертвых. Существует утверждение, что слюда была найдена в Пирамиде Солнца, которое исходит от Питера Томпкинса в его книге « Тайны мексиканских пирамид» . [39] Но это еще не доказано.
Натуральная слюда использовалась и до сих пор используется индейцами племен таос и пикурис пуэбло в северо-центральной части Нью-Мексико для изготовления керамики. Керамика изготавливается из выветренного докембрийского слюдяного сланца и имеет вкрапления слюды по всему сосуду. Керамика племени тева пуэбло изготавливается путем покрытия глины слюдой, чтобы обеспечить плотную, блестящую слюдяную отделку по всему предмету. [21]
Слюдяные хлопья (называемые на урду абрак и записываемые как ابرک ) также используются в Пакистане для украшения женской летней одежды, особенно дупатт (длинные легкие шарфы, часто красочные и подходящие к платью). [40] [41] Тонкие слюдяные хлопья добавляются в горячий раствор крахмала и дупатта погружается в эту водную смесь на 3–5 минут. Затем ее подвешивают для просушки на воздухе.
На протяжении веков мелкие порошки слюды использовались для различных целей, включая украшения. Порошкообразные блестки слюды используются для украшения традиционных глиняных горшков для воды в Индии, Пакистане и Бангладеш; они также используются в традиционной керамике пуэбло , хотя в этом случае не ограничиваются использованием только для горшков для воды. Гулал и абир (цветные порошки), используемые североиндийскими индуистами во время праздничного сезона Холи, содержат мелкие кристаллы слюды для создания сверкающего эффекта. Величественный дворец Падманабхапурам , в 65 км (40 миль) от Тривандрума в Индии, имеет цветные слюдяные окна.
Слюдяной порошок также используется в качестве украшения в традиционной японской гравюре на дереве [43], так как при нанесении на влажные чернила с желатином в качестве загустителя с использованием техники кирадзури и высыхании он сверкает и отражает свет. Более ранние примеры встречаются среди бумажных украшений, высотой с Nishi Honganji 36 Poets Collection , кодексы иллюминированных рукописей в и после ACE 1112. Для металлического блеска в гравюрах укиё-э использовался очень густой раствор с цветными пигментами или без них, нанесенный трафаретом на шпильки для волос, лезвия мечей или рыбью чешую на карповых лентах (鯉のぼり, Koinobori ) .
Почва вокруг Нисио в центральной Японии богата залежами слюды, которые уже добывались в период Нара . Изделия из яцуомотэ — это тип местной японской керамики оттуда. После инцидента на горе Яцуомотэ был поднесен небольшой колокольчик, чтобы успокоить ками . Като Кумадзо положил начало местной традиции, когда небольшие керамические колокольчики зодиака (きらら鈴) изготавливались из местной слюды, замешанной в глине , и после обжига в печи колокольчик издавал приятный звук при звоне. [44] [45] [46]
Аюрведа , индуистская система древней медицины, распространенная в Индии, включает очистку и обработку слюды при приготовлении Абхрака бхасмы, которая, как утверждается, является средством для лечения заболеваний дыхательных путей и пищеварительного тракта. [47] [48]
Слюдяная пыль на рабочем месте считается опасным веществом для дыхательных путей при превышении определенных концентраций.
Управление по охране труда и здоровья (OSHA) установило допустимый предел ( допустимый предел воздействия ) для воздействия слюды на рабочем месте в размере 20 миллионов частей на кубический фут (706 720 000 частей на кубический метр) в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) в размере 3 мг/м 3 респираторного воздействия в течение 8-часового рабочего дня. При уровнях 1500 мг/м 3 слюда становится непосредственно опасной для жизни и здоровья . [49]
Некоторые легкие заполнители , такие как диатомит , перлит и вермикулит , могут быть заменены на молотую слюду при использовании в качестве наполнителя. Молотый синтетический фторфлогопит , [50] богатая фтором слюда, может заменить природную молотую слюду для применений, требующих тепловых и электрических свойств слюды. Многие материалы могут быть заменены на слюду в многочисленных электрических, электронных и изоляционных применениях. Заменители включают акрилатные полимеры , ацетат целлюлозы , стекловолокно , рыбную бумагу , нейлон , фенольные смолы , поликарбонат , полиэстер , стирол , винил-ПВХ и вулканизированное волокно . Слюдяная бумага, изготовленная из отходов слюды, может быть заменена на листовую слюду в электрических и изоляционных применениях. [20]
В статье использованы материалы, находящиеся в открытом доступе, из Mica. Геологическая служба США .