Введение

В свое время в нашей стране была поставлена грандиозная задача повышения технико-экономического уровня строительства. Выполнение социальной программы: к 2000 году каждой семье — отдельный дом или отдельную квартиру — потребовало расхода значительного количества высококачественных строительных материалов, от которых зависят качество и стоимость возводимых зданий и сооружений. Уменьшение стоимости или расхода строительных материалов хоть на один процент дает экономию средств, достигающую сотен миллионов рублей в год.

В строительной промышленности развивается производство эффективных строительных материалов. Полнее используются материалы попутной добычи, вторичное сырье, шлаки и другие отходы для производства строительных материалов. Конечно, самыми главными строительными материалами остаются бетон и железобетон.

Наряду с увеличением потребности в железобетоне и бетоне, изготавливаемых индустриальным способом, современное строительство использует в больших количествах строительные материалы, получаемые из горных пород. В одних случаях различные горные породы являются источником естественных строительных материалов, применяемых в строительстве после определенной механической обработки (штучный, бутовый камень, булыжник, кровельная плитка и т. д.) , в других — минеральным сырьем для производства искусственных строительных материалов (известь, цемент, силикатные изделия и т. д.) .

Потребность нашей страны в минеральном сырье велика и возрастает с каждым годом.

Строительное дело почти целиком базируется на извлекаемых из недр Земли минералах и рудах и нередко требует все новых и новых видов сырья. Поэтому требуется обеспечить дальнейшее укрепление и расширение минерально-сырьевой базы страны, повышение эффективности и качества подготовки к освоению разведанных запасов полезных ископаемых, уделить особое внимание поискам и разведке месторождений высококачественных руд для черной и цветной металлургии, сырья для производства минеральных удобрений и строительных материалов, ускорить внедрение прогрессивных методов поисков и разведки полезных ископаемых.

Перед геологами и минералогами стоит проблема обеспечения строительства всеми видами минерального сырья. В первую очередь требуется открытие новых месторождений полезных ископаемых, в частности нерудных.

Почему нерудных? Ведь термин „минеральное сырье" касается и рудных полезных ископаемых. Объясняется это тем, что спрос на нерудные материалы растет быстрее, чем на другие виды минерального сырья. По объему добычи и потребления, а также по стоимостному выражению нерудные полезные ископаемые уступают лишь топливному виду сырья.

Нерудные полезные ископаемые объединяют обширную группу горных пород и минералов. Они представляют собой сырье многоцелевого назначения.

Расширяются сферы использования нерудных полезных ископаемых (материалов), в народном хозяйстве находят применение все новые их виды. Так, до начала XX в. число промышленных видов нерудных материалов составляло 16-20, а в настоящее время оно возросло до 150. И это вполне понятно, так как с годами в народнохозяйственную деятельность вовлекаются все новые, и новые виды нерудных полезных ископаемых.

Нерудные материалы используют в естественном и переработанном виде. К первой группе относятся природные камни, песок, гравий, каолин, асбест, тальк, графит, глины, бентониты и драгоценные поделочные камни, кварц, алмаз, исландский шпат и т. д; ко второй - каолиновые и другие глины, волластонит, кремнистые породы, полевые шпаты, перлит, вермикулит, из которых получают обжиговые керамические, теплоизоляционные и кислотоупорные изделия; известняк, доломит, мел, мергель и др., используемые в естественном виде, а также в качестве сырья для переработки и получения вяжущих материалов (извести, цемента и др.), и наконец, фосфориты, апатиты, сера, бентонит для производства минеральных удобрений.

Потребность в минеральном сырье ощущают не только строительная, но и другие отрасли промышленности, например металлургическая, химическая. Как парадокс может звучать утверждение, что минеральное сырье используют даже в таких, казалось бы, далеких от возможности его применения отраслях промышленности, как парфюмерная, пищевая, текстильная, фармацевтическая.

Какие же минералы они потребляют? Парфюмерная промышленность — тальк, многочисленные продукты переработки нефти, каменноугольные смолы; пищевая — поваренную соль, глины (которые отбеливают и очищают продукты), растительные масла; текстильная - бентонитовые глины (обезжиривающие сукно, ткани и шерстяные вязаные изделия), минеральные краски. Наконец, фармацевтическая промышленность потребляет много разнообразных материалов минерального происхождения.

Не следует забывать и о сельском хозяйстве, требующем колоссального количества минеральных удобрений (фосфорных, калийных, кальциевых и серных), а также микроудобрений и минеральных кормовых добавок. Все сказанное подтверждает, что минеральное сырье имеет большое значение в народном хозяйстве и является богатством страны.

Мы уже говорили, что наряду с нерудными полезными ископаемыми (материалами), которые геологи иногда называют неметаллическими, в природе существуют горные породы, из которых извлекают металл. Их называют рудными полезными ископаемыми (материалами). Но „рудой" может быть не обязательно скопление минералов, содержащих металл. Приведем геологическое понимание „руды". В силу разнообразнейших причин, обусловленных геологическими и геохимическими законами, в некоторых участках земной коры скапливаются те или иные минералы. Эти скопления могут быть очень большими или, наоборот, очень малыми, со скудными запасами минералов. Это объясняется процессами горообразования, протекающими в Земле с момента ее образования до наших дней.

На Востоке существует шуточная легенда, пытающаяся объяснить неравномерность распределения полезных ископаемых в земле. Вот о чем в ней говорится. На 5-й день сотворения мира, ранним утром, бог положил в мешки множество полезных ископаемых, погрузил мешки в тачку и покатил ее по Земле. Останавливаясь то тут, то там, он вынимал различные полезные ископаемые и разбрасывал их по поверхности Земли. Самые тяжелые уходили глубоко в Землю, а более легкие оставались на ее поверхности или близко к ней. Разбросав таким образом несколько мешков полезных ископаемых, бог решил отдохнуть. Сняв мешки с тачки, он поставил самые тяжелые мешки у подножья гор, а легкие мешки спрятал в кусты.

ообедав „чем бог послал", он лег на траву и заснул. Спал он долго, а когда проснулся, солнце уже заходило за горизонт. Желая закончить всю работу в тот же день, он пошел за тяжелыми мешками, но не нашел их. Под своей тяжестью они провалились глубоко в Землю.

Бог поставил на тачку оставшиеся легкие мешки и продолжал работу, пока не стемнело. Одна часть ископаемых ушла неглубоко в Землю, другая же осела на ее поверхности. В результате большие скопления минералов оказались глубоко в горах, а малые — на небольшой глубине. Некоторые из них расположились у самой поверхности Земли.

Вот так восточная легенда разъясняла причины различного залегания минералов в земле. Но это шутка! А на самом деле неравномерность залегания полезных ископаемых определяется происходящими в глубинах Земли геологическими процессами.

Итак, напомним, что скопления горных пород, будь то нерудные или рудные ископаемые, которые целесообразно разрабатывать для нужд народного хозяйства, относятся к полезным ископаемым. Добытая минеральная масса, из которой извлекаются интересующие нас минералы, также называется „рудой". Значит, понятие „руда", применявшееся для обозначения минералов, из которых извлекается только металл, становится более широким.

Теперь так называют и самые разнообразные неметаллические полезные ископаемые. Говорят же — „агроруды". К ним относятся фосфориты, апатиты, калийные соли и тому подобные минералы, используемые в сельском хозяйстве. Этот термин вполне подходит по геологической классификации. Действительно, можно ли назвать фосфорит „нерудным", когда он сам является „агрономической рудой" — „камнем плодородия"?

Что касается понятия „полезные ископаемые", то оно тоже условно. Мы называем так минерал или горную породу, ценные для народного хозяйства. Так, минерал, вчера еще представлявший лишь чисто научный интерес для узкого круга лиц-минералогов, сегодня в связи с громадным ростом потребностей народного хозяйства и благодаря достижениям науки и техники становится ценной „рудой" и может быть отнесен к полезным ископаемым.

С каждым годом в перечень полезных ископаемых добавляются все новые и новые минералы. Это происходит вследствие нахождения новых, крупных месторождений ископаемых, ранее добываемых в ничтожных количествах, а также благодаря успехам техники обогащения руды и усовершенствованию технологических процессов, упрощающих и удешевляющих извлечение ценных элементов из „руд". В настоящее время появилась возможность вовлечь в промышленность огромные запасы так называемых „убогих" руд, т. е. руд с ничтожным содержанием ценного элемента. Это во много раз увеличило добычу отдельных редких элементов и снизило их стоимость.

Ярким примером сказанного может служить алюминий. Это самый распространенный на Земле металл. В земной коре его почти в 4 раза больше, чем железа.  Геохимики установили, что земная твердь состоит из алюминия, кремния и железа. Практически все породообразующие минералы (например, полевой шпат, слюда и т. п.) — это кристаллические постройки на основе кремния и алюминия. В отличие от других металлов алюминий не сразу „покорился" людям и долгое время был „недоступным", тая от человека свое „металлическое лицо".

Чистого алюминия в природе не существует. Зато соединений с кислородом и особенно с кислородом и кремнием — сотни. Так, например, обычная глина, из которой делают посуду, на одну треть состоит из алюминия, хотя в ее облике и свойствах нет ничего от металла. По свидетельству Плиния Старшего, которого но праву величают „первым историком Земли", чаша из легкого белого „серебра", полученного из глины, была преподнесена в дар римскому императору Тиберию. Возможно, это легенда. Но в ней имеется намек на то, что уже в те времена люди знали о наличии алюминия в глине.

С тех пор прошли века, и ученые различных стран пытались разными способами выявить в глине металл серебристо-белого цвета. Им удавалось его извлечь, но в очень малых количествах, в виде крупинок.

Что же помогало алюминию скрывать свой металлический облик? Причиной этого явилось то, что алюминий накрепко связан с кислородом и разорвать эту связь необычайно трудно. Даже „всесильная"сера, которая быстро соединяется почти с любым металлом, образуя тяжелые сульфиды, здесь была беспомощна. Ведь на Земле мы не встретим ни серебристого самородка алюминия, ни металловидного сульфида. Их просто нет в природе.

В XIX в. французскому ученому Сент- Клер Девилю удалось получить слиток алюминия, который демонстрировался в 1855 г. на Всемирной выставке в Париже под названием „серебро из глины". Однако этот слиток алюминия не решал проблемы его промышленного использования. Чтобы алюминий имел промышленное применение, его надо было получать в огромных количествах, что при той технологии было невозможно. Ученые разных стран работали над этой проблемой. В прошлом столетии алюминий извлекался из минерала криолита, который в России, например, добывался в Ильменских горах в количестве всего нескольких десятков килограммов. Это была очень большая минералогическая редкость. Поэтому в то время стоимость алюминия была крайне высока.    .

Колоссальные трудности в освоении алюминия на столетие отодвинули его широкое использование. Сто лет назад алюминий стоил дороже золота. А такую „роскошь", как алюминиевые пуговицы на кафтане, могли позволить себе лишь очень состоятельные люди. Алюминиевые ложки употребляли вместо „простых" серебряных только коронованные особы. Из алюминия изготавливали самые ценные вещи. Так, в Эрмитаже среди особо ценных предметов можно увидеть украшение, в котором драгоценные камни вставлены в оправу из алюминия.

Шли годы. Потребность в алюминии возрастала. Ведь он был самым легким и довольно прочным материалом, пригодным для конструирования. Но стоил он очень дорого.

Наконец, ученые открыли возможность получения алюминия из другого минерала — флюорита, залежи которого в природе огромны. Алюминий стали получать искусственным путем (синтетически). Теперь алюминий изготавливают синтетически на заводах в том количестве, которого требует промышленность и которое исчисляется сотнями тысяч тонн. Стоимость алюминия резко снизилась, и он получил самое широкое применение. Его используют для получения легких и прочных сплавов (дюралюминия и др.).

Алюминий требуется в больших количествах при строительстве высотных домов. Так, на 20-30-этажное здание уходит его не менее 100 т. Алюминий применяют в авиации и ракетостроении. Теперь алюминиевая кухонная посуда, ложки и вилки доступны не только коронованным особам...

Также обстоит дело с титаном. Еще совсем недавно он считался редким элементом. Благодаря новому методу его извлечения из руды он настолько подешевел, что теперь его используют для получения белил. И таких примеров можно привести множество. Продолжим разговор об искусственных (синтетических) минералах.

Многие минералы встречаются в природе в очень малых количествах. Их добыча обходится довольно дорого, а следовательно, стоимость иногда бывает очень высокой. Поэтому такие камни, как рубин, топаз, сапфир, изумруд, относятся к драгоценным. Их используют в основном в ювелирных изделиях и украшениях.

Потребность в драгоценных камнях, особенно в алмазах, применяемых в промышленности, возрастала с каждым годом. Ведь без алмазов современной промышленности не обойтись. Экономисты подсчитали, что если бы США лишились своих алмазов, то промышленный потенциал страны сократился бы в несколько раз.

Такую же нужду в рубинах ощущают электронная и часовая промышленность. Рубины используют в лазерной технике, а рубиновые камешки - в хороших часах. Можно перечислить еще множество полезных ископаемых, в которых остро нуждается современная промышленность. Все это и привело к идее создания искусственных (синтетических) видов минерального сырья.

Благодаря работам минералогов, кристаллографов и специалистов в области электроники удалось создать новое направление в кристаллографии — выращивание искусственных (синтетических) кристаллов. Одним из ведущих учреждений, работающих в этом направлении, являлся Институт кристаллографии им. А. В. Шубникова Академии наук СССР. В нем были созданы установки для получения синтетических монокристаллов. По качеству выращенные искусственные монокристаллы не отличаются от естественных драгоценных камней, а стоят намного дешевле.

В настоящее время уже существуют целые заводы синтеза минерального сырья. Результаты получения искусственных (синтезированных) алмазов таковы, что в настоящее время промышленность полностью обеспечена ими. Дальнейшее совершенствование метода синтезирования позволило выращивать кристаллы больших габаритов при низких температурах и больших давлениях. Оказывается, в этих условиях рождаются алмазы гигантских размеров. Такой кристалл чистейшей воды размером в человеческий рост демонстрировался на ВДНХ СССР в павильоне Академии наук. Это был синтетический алмаз. Чтобы у посетителей не возникло сомнений в искусственном происхождении алмаза, внутрь его с помощью сочетаний других цветных минералов были вмонтированы слова: „Мир, труд".

Практика создания синтетических монокристаллов распространилась на графит, причем искусственный графит имеет преимущество перед природным.

Мы рассмотрели вкратце некоторые аспекты использования полезных ископаемых в ряде отраслей промышленности, которые являются общими для всех полезных ископаемых. Поскольку нерудные строительные материалы нашли широкое применение, все необходимые сведения о них и их использовании в строительстве будут описаны здесь. Итак, нерудные строительные материалы!