Глина – слабкозцементована тонкозерниста осадова гірська порода з унікальними властивостями, які дозволяють їй бути пилоподібною або зцементованою в сухому стані та набувати пластичності за зволоження. Ця гірська порода надзвичайно поширена у природі та складає приблизно 50% всіх осадових гірських порід земної кори.
Походження глин пов’язане з процесами вивітрювання гірських порід, що є останнім етапом їх деградації. Материнськими породами для глин здебільшого виступають граніти та гнейси, які під впливом природних факторів розпадаються на кварц, слюди та польові шпати. Подальша деградація цих мінералів призводить до утворення різноманітних глинистих мінералів – каолініту, монтморилоніту та гідрослюд.
Розглядаючи, що таке глина, варто зазначити, що за хімічним складом вона є переважно оксидами алюмінію і кремнію (алюмосилікатами). Крім них, до складу глин входять молекули води. Пропорції компонентів можуть варіюватися залежно від місця видобутку, проте типовий склад включає:
- близько 45-50% оксиду кремнію (кремнезему);
- 40-45% оксиду алюмінію (глинозему);
- до 15% води.
Глинисті породи містять більше 50% перлітової фракції седиментаційного або еолового походження.
Мінералогічний склад глин представлений переважно гідрослюдами, каоліном, хлоритом і монтморилонітом. Однак у глинах можуть зустрічатися й інші мінерали, такі як андалузит, дистен, силіманіт, галуазит, аргіліт, корунд, мусковіт, діаспор, пірофіліт тощо. Окремо варто відзначити наявність різноманітних барвників – хромофорів (оксидів заліза, титану, магнію, міді, нікелю, хрому), які надають матеріалу різних відтінків: від жовтого і коричневого до синього, червоного і навіть чорного.
Основні фізичні та механічні властивості глин
Фізико-механічні властивості глин визначають їхню цінність як промислової сировини та будівельного матеріалу. Саме ці характеристики глини дозволяють використовувати глинисті породи в різноманітних галузях промисловості:
- Пластичність. Це здатність гірської породи незворотно змінювати свою форму й розміри без руйнування. Глини з високою пластичністю переважно використовуються для виготовлення керамічного посуду та скульптур. Використання глини у будівництві передбачає вибір середньо- та низькопластичних різновидів.
- Водопоглинання. Це здатність глини насичуватися водою. Висока вологоємність (25-35%) характерна для суглинків і глин, тоді як низька (9-13%) – для супісків. Ця властивість тісно пов’язана з явищем розмокання – здатністю глин всотувати воду, втрачаючи зв’язаність частинок і руйнуватися. Інтенсивність розмокання залежить переважно від вмісту глинистих частинок та їхнього мінерального складу.
- Стійкість до деформацій. Глинисті породи характеризуються також такими властивостями як липкість та вогнетривкість.
- Вплив на проєктування свердловин і будівель. Завдяки особливостям глинистих ґрунтів вони мають суттєвий вплив на процеси проєктування та будівництва. Під час зведення будівель на глинистих ґрунтах необхідно враховувати їхню здатність до деформацій під навантаженням та під впливом зміни вологості. У процесі буріння свердловин у глинах виникають специфічні проблеми, зумовлені їхньою здатністю до набухання та розмокання.
Для надрокористувачів, що працюють з глинистими корисними копалинами, важливим є застосування комплексного підходу, який включає геологічні дослідження, впровадження ефективних технологій видобутку та переробки, а також дотримання принципів сталого розвитку.
Класифікація та різновиди глин
Є різні класифікації, які застосовуються відповідно до глин. За походженням глинисті породи поділяють на три основні групи:
- Елювіальні (залишкові) глини – продукт вивітрювання материнської породи, вулканічної лави та туфу. Найчастіше масиви не суцільні, утворюються плоскі прошарки (лінзи) чи обмежені ділянки (кишені, гнізда).
- Морські осадові глини утворюються шляхом перенесення вивітрілих порід на морське дно чи узбережжя. До таких видів глин належать прибережні (з високим вмістом домішок піску та карбонатів), лагунні (з високим вмістом солей), шельфові (утворюють потужні однорідні пласти завтовшки до 100 м).
- Континентальні осадові – утворилися після перенесення вивітрілої породи суходолом (вітром, потоками води, після землетрусів і гірських обвалів). До цієї групи входять делювіальні, озерні, пролювіальні та річкові глини.
Розуміння генезису глин має велике значення для прогнозування їхніх властивостей і пошуку нових родовищ. Глини різного походження характеризуються специфічними фізико-механічними властивостями та мінеральним складом.
Є й інші підходи до класифікація глини. За показником дисперсності виділяють високодисперсні (містять 85% частинок менше 10 мкм або 60% – до 1 мкм), дисперсні (частки до 10 мкм становлять 40-85% або до 1 мкм – 20-60%), грубодисперсні (менше 40% зерен з діаметром до 10 мкм або до 20% з діаметром до 1 мкм) види.
Каолін
Каолін – це різновид глини, що складається переважно з мінералу каолініту. Це біла або світло-забарвлена гірська порода, що відрізняється високою пластичністю та вогнетривкістю. Застосування каоліну надзвичайно широке – від виробництва паперу (для посилення білизни) до виготовлення порцелянового та фаянсового посуду, облицювальних матеріалів та різноманітних технічних деталей.
У промисловості каолін використовується також у гумовій промисловості, де його змішують з каучуком для покращення механічних властивостей гуми. Геологічна будова глини в каолінових родовищах часто пов’язана з зонами вивітрювання гранітних порід та характеризується плавним переходом від материнської породи до чистого каоліну.
Бентоніт
Бентоніт – це глина, що складається переважно з мінералів групи монтморилоніту. Характерною особливістю бентонітових глин є їхня висока здатність до поглинання води з утворенням пластичної маси та значним збільшенням в об’ємі (до 14-16 разів).
Бентонітові глини широко використовуються як сорбенти в нафтопереробній, медичній та хімічній промисловості. Вони також знаходять застосування у процесах буріння свердловин як компонент бурових розчинів, у ливарному виробництві як зв’язувальний матеріал для формувальних сумішей, а також у виноробстві для освітлення вин.
Ілліт, монтморилоніт, смектити тощо
Ілліт – це глинистий мінерал, близький за складом до мусковіту. Ілітові глини широко поширені у світі, в тому числі й в Україні. Характеризуються помірною пластичністю та здатністю до набухання під час зволоження.
Монтморилоніт належить до групи смектитів і є основним мінералом бентонітових глин. Вони відрізняються вираженими сорбційними властивостями, що зумовлює їхнє використання в якості сорбентів.
Смектити – це група глинистих мінералів, до якої, крім монтморилоніту, входять також бейделіт, нонтроніт, сапоніт та інші. Глини, збагачені смектитами, характеризуються високою здатністю до набухання та іонообміну.
Промислове використання глин значною мірою залежить від мінерального складу та, відповідно, від фізико-механічних властивостей.
Географічне поширення глин в Україні
Україна багата на різноманітні породи з різними фізико-механічними властивостями глин, які розподілені по її території нерівномірно. Найбільш цінні в господарському відношенні глинисті породи розташовані в межах Українського щита, на території Дніпропетровської, Черкаської, Запорізької областей, а також на Донеччині, Вінниччині, Кіровоградщині та Хмельниччині.
Існує безліч місць, де можна знайти глину в Україні. Найбільші родовища вогнетривких та каолінових глин зосереджені в Донецькій (Часово-Ярське, Новорайське) і Запорізькій (Пологівське) областях. Залежно від типу глин, їхнє поширення на території України різниться:
- Каолінові глини – найбільші поклади розташовані на території Донецької, Запорізької, Черкаської та Вінницької областей.
- Бентонітові глини – основні ресурси зосереджені в Закарпатській та Черкаській областях. Найбільшим родовищем глин в України є Черкаське (86% всіх запасів України), інші значні родовища – Бережанське, Біловодське, Великочернеччинське, Горбківське, Григорівське, Ільницьке, Кудринське, Курцівське.
- Полімінеральні глинисті породи – поширені в осадових відкладах по всій території України. Їх використовують численні цегельні та цементні заводи.
У 2021 році загальний видобуток вогнетривких та каолінових глин в Україні склав 4548 тис. т. Найбільша частка обсягу видобування припадала на Донецьку (99,18%) та Запорізьку (0,82%) області.
Видобуток та використання глин
Видобуток глинистих порід здійснюється переважно відкритим способом – у кар’єрах. Процес видобутку включає підготовчі роботи, розробку корисної копалини глини, транспортування, рекультивацію.
Важливою особливістю видобутку глин є сезонність робіт, оскільки підвищена вологість ускладнює розробку родовищ. Тому більшість кар’єрів працюють переважно в теплий період року.
Глина належить до мінеральної сировини масового споживання та застосовується у різних галузях промисловості:
- Будівельна промисловість.
- Металургія.
- Нафтогазова промисловість.
- Паперова галузь.
- Гумова промисловість.
- Виробництво фарб.
- Сільське господарство.
- Мистецтво та скульптура.
Україна повністю забезпечує власні потреби у глинистій сировині і є одним із провідних світових постачальників високоякісних керамічних глин.