Мел вики. Описание физического свойства мела - прочности

Главный компонент мела - карбонат кальция (CaCO3) - одна из форм известняка. Известняковые отложения формируются из кокколитов - панциря крошечных жгутиковых пластинок, созданных из разложившихся скелетов планктона. Для изготовления пастельных мелков за основу берется сульфат кальция (CaSO4), который добывается из - эвапоритового минерала, который формируется из солей океанской воды.

Мел и дегидрированный гипс имеют похожие свойства. Пастельные мелки также содержат глину и масла, связывающие компоненты и придающие стойкость цвету. Благодаря этому составу, мелки имеют бархатистую структуру, плавно скользят по поверхности и не крошатся. Хотя на производстве особое внимание уделяется очистке от примесей, все же некоторое их количество остается. Основные из них: кремний, алюминий, железо, фосфор и сера. В меньшем количестве присутствуют марганец, медь, титан, оксид натрия, оксид калия, фтор, мышьяк и стронций.

Процесс производства мела

Для производства мела разрабатывается известняковый карьер; обычно это открытая разработка. Затем известняк крошат и перемалывают вместе с водой в шаровой дробилке (вращающемся стальном барабане, внутри которого разбрызгивается вода). На данном этапе из известняка вымываются посторонние примеси, и остается чистый порошок.

Добыча гипса точно такая же, как и известняка. Разница в том, что гипс необходимо обезводить, чтобы получить сульфат кальция. Это происходит в специальной камере, где гипс нагревается до температуры 116-121 градус по Цельсию. При кипении выпаривается от 12 до 15 процентов его массы. Далее гипс подогревается до 204 градусов и в таком виде достается из камеры. Затем массу помещают в вибрационный грохот, где отсеиваются крупные частички. После этого порошок снова промывается, высушивается, упаковывается в мешки и отправляется производителю мела.

На фабрике по производству мелков мел или сульфат кальция снова перемалываются. Для производства школьных мелков в массу добавляют воду и доводят ее до консистенции глины. Затем массу штампуют и режут на бруски около 60 см длиной, которые помещают в специальную форму, по пять штук на каждую. Эту форму отправляют в печь, где выдерживают массу в течение четырех дней при температуре 85 градусов по Цельсию. Затем затвердевшие мелки режут на бруски длиной 80 мм. Для изготовления цветных мелков пигменты смешиваются с основой в сухом виде, и только после этого добавляется вода и начинается описанный выше цикл производства.

Мел - это природный материал органического происхождения, горная порода из категории осадочных. Если разбираться из чего состоит мел, то основу минерала составляют отложения, образованные много миллионов лет назад из обломков скелетов животных, раковин моллюсков, известковых наростов водорослей. Около 50 процентов массы составляют мелкодисперсные частицы кристаллического кальцита, происхождение которого не установлено.

В химическом плане официально считается, что формула мела - это карбонат кальция СаСО3. Однако в реальности состав мела выглядит несколько иначе:

примерно половину минерала составляет окись кальция СаО (47-55%);
около 43% занимает углекислый газ СО2;
2% от массы приходится на долю окиси магния MgO;
до 4% в составе мела - это оксид алюминия Al2O3.

Кроме перечисленного, мел обязательно содержит кварцевые включения в очень малых количествах. Некоторые месторождения выдают минерал с красноватым оттенком, это значит, что в его составе присутствуют окислы железа.

Сферы использования мела

В качестве кладочного материала мел применять нецелесообразно из за крайне низкой твердости. Однако помещения, вырубленные в массивах меловых отложений веками сохраняются в первозданном виде и вполне пригодны для жизни.

Как добывают мел? Чаще всего - это открытые карьерные разработки. Полученные глыбы измельчают и помещают в воду. При перемешивании частички кальция всплывают. Впоследствии их высушивают и используют в различных целях. Не переработанные камни отправляют на обжиг для получения извести.

Строительным называют мел, который ранее использовали для побелки внутренних поверхностей помещений. Теперь эта сфера его применения сошла на нет, так как появилось много других, более совершенных отделочных материалов. Где используется мел?

Минерал включают в состав цементных смесей, когда нужно придать им мягкость.
В производстве стекла, лако-красочных материалов, резины, пластических масс, каучука, при создании композитных материалов на основе ПВХ.
Мел активно используют в ковровой и линолеумной промышленности. Он помогает регулировать вязкие свойства латексного клея, придавать изделиям прочность и улучшать теплосберегающие свойства.
Мел нашел применение при изготовлении комбикормов и почвенных удобрений.
Меловой порошок является основой для большинства косметических средств - губной помады, кремов, пудры.
Без мела не обходится бумажная и картонная промышленность.

Вреден ли мел? Абсолютно безопасен, и лучшим тому доказательством служит его использование при создании зубных паст и порошков. Больше того, нехватка кальция в организме человека вызывает желание съесть кусочек мела. В этом случае не следует употреблять мел для побелки или школьные мелки. В аптеках есть специальные препараты, например глюконат кальция.

Физико-химические показатели мела

Природные характеристики мела из разных месторождений могут значительно разниться. Более того, свойства минерала могут быть неодинаковыми даже на различных горизонтах одного и того же карьера. Это связано с определенными условиями его образования и степенью влажности. Поэтому физико-химические свойства мела, приведенные в следующей таблице, являются показательными.

№ п/п	Наименование показателя	Ед. измерения	Показатель
	Внешний вид		Белый порошок
	Массовая часть СаСО3+MgCO3 в пересчете на СаСО3
	Массовая часть полуторных оксидов железа и алюминия
	Массовая часть веществ, нерастворимых в соляной кислоте
	Массовая доля водорастворимых веществ
	Массовая часть оксида железа
	Плотность мела, в кусках
	То же, насыпная
	Влажность
	Модуль упругости в рыхлом состоянии
	То же, в плотном виде
	Временное сопротивление сжатию

Большое влияние на материал оказывает влажность. Растворяется ли мел в воде или нет? При смешивании порошка с водой получается суспензия, но не раствор. Но присутствие воды значительно меняет физические качества материала. В частности, прочностные показатели уменьшаются, зато появляется пластичность. Зачастую это осложняет процесс добычи и переработки. Материал налипает на ковш экскаватора, кузов автомобиля, ленту конвейера. Излишняя влажность делает невозможной добычу породы с нижних горизонтов.

Морозостойкость у мела крайне низкая. После разморозки он распадается на мелкие частицы. Однако это качество оказывается полезным для раскисления почвы, где и применяется мел. В грунт вносят куски меловой породы размером до 100 мм, которые при перепахивании и перезимовке сами разрушаются, а их нейтрализующее действие продолжается длительное время.

Как не перепутать мел с известью

Чем отличается мел от извести? Материалы хоть и имеют общие корни, но являются совершенно разными и по составу, и по свойствам. Мел содержит углекислый газ, в составе извести его нет. Оба чисты в экологическом плане. Но мел просто добывают в карьерах, а известь получают в результате обжига природного известняка.

Как отличить мел от извести самостоятельно? Можно воспользоваться примитивными методами. У материалов разная реакция на действие любой кислоты. Достаточно капнуть на испытуемый кусок материала уксусом или соком лимона. Мел зашипит, а взаимодействие извести с кислотой не будет сопровождаться никакими звуками.

Еще один способ. Нужно взять щепотку материала, растереть ее и попытаться смыть тонкой струйкой воды. Мел уйдет вместе с водой немедленно и без следа, а известь отмывается долго, оставляя впечатление жирности.

Затворение негашеной извести водой сопровождается сильной реакцией с появлением пены. Мел просто намокает. Известковая побелка не оставляет следов, если по ней провести рукой, в отличие от меловой. Кроме того, известь обладает антисептическими свойствами, является хорошей защитой, в частности деревьев, от грибковых поражений и насекомых.

Мел представляет собой осадочную горную породу, имеющую органическое происхождение. Структура материала тонкозернистая, рассыпчатая и мягкая, слабосцементированная. Природный мел имеет белый цвет. Он не растворяется в воде. По минеральному составу напоминает известняк.

Мел включает в себя:

скелетные обломки;
раковины фораминифер;
фрагменты водорослей;
мелкодисперсный кальцит;
нерастворимые минералы.

При внимательном анализе в меловых отложениях обнаруживаются примеси в виде очень мелких зерен кварца. В меловых залежах могут встречаться окаменелости, относящиеся к меловому периоду: аммониты и белемниты. Для природного мела не характерны слоистость и перекристаллизация. В структуру материала включены многочисленные ходы животных-грунтоедов.

Кальцит, доминирующий в комплексном составе мела, может иметь как аутогенное, так и биогенное происхождение. До 75% породы слагается из органических остатков. В своей основной массе они представлены скелетами и оболочками планктона и фораминифер. Скелетные остатки в составе мела имеют очень небольшие размеры - всего 5-10 мкм. Могут в этом веществе содержаться также скелеты мшанок, раковины моллюсков, остатки морских ежей, кораллов, кремневых губок.

До 10% объема мела составляют примеси некарбонатного типа:

каолинит;
глауконит;
полевые шпаты;
кварц;
пирит;
опал;
халцедон.

Гораздо реже можно встретить кремень и фосфорит.

Меловые толщи нередко пересекают крупные трещины, заполненные меловой мукой. Сеть таких трещин обычно сгущается ближе к поверхности. На разных уровнях горизонтальных пластов мел отличатся по своим механическим качествам и химическому составу.

По структурным свойствам и физическим признакам различают три разновидности мела:

белый пишущий;
мергелистый;
мелоподобный известняк.

Химические свойства мела

Химический состав мела определяется большим содержанием карбоната кальция с включениями карбоната магния. Мел может содержать также и некарбонатную часть, включая окислы металлов. Принято считать, что химическая формула этого вещества соответствует известной формуле карбоната кальция (CaCO3). Но реальный состав мела сложнее. В этом минерале около половины окиси кальция. До 43% состава мела приходится на углекислый газ; он находится в связанном состоянии. Примерно 2% общей массы вещества составляет окись магния. Обязательны, хотя и не слишком значительны, включения кварца. Мел со сравнительно высоким содержанием кремния имеет более высокую плотность. Мел содержит незначительное количество оксида алюминия, а окислы железа довольно часто окрашивают меловые пласты в красный цвет.

Карбонатная часть мела растворима в соляной и уксусной кислотах. Некарбонатная часть включает в себя кварцевый песок, глины, оксиды металлов. Некоторые их этих компонентов в кислотах не растворяются. В незначительном количестве в мел входят частицы магнезиального кальцита, а также доломита и сидерита.

Молекулярной формуле мела соответствует несколько типов кристаллических соединений, которые содержат в узлах решеток ионы.

Физические свойства мела

Мел считается полускальной породой жесткого типа. Прочность этого минерала определяется влажностью. При воздействии на мел воды прочностные характеристики мела снижаются. Изменения происходят нередко уже при 2% влажности. При 35% влажности прочность на сжатие возрастает примерно в 2-3 раза, мел становится пластичным. Это физическое свойство затрудняет переработку вещества. Мел начинает активно налипать на рабочие части машин. Вязкость и пластичность мела нередко не позволяют добывать его с нижних горизонтов.

Плотность мела достигает 2700 кг/куб. м; пористость - до 50%. Влажность в естественных условиях среды колеблется в пределах от 19 до 33%. Если мел увлажить, его прочность заметно снижается. При влажности около 30% мел проявляет свои пластические свойства. Мел, встречающийся в природе, не отличается устойчивостью к морозам. После множественных циклов замораживания и размораживания мел обычно распадается на мелкие кусочки.

При анализе физических свойств мела особое внимание уделяется поведению породы при измельчении. В технологическом процессе принято устанавливать показатель распускаемости мела во влажной среде при регулируемом механическом воздействии. Модуль упругости мела для рыхлого состояния составляет 3000 МПа, для уплотненного - 10000 МПа. Временное сопротивление сжатию: 1000-4500 МПа.

Карбонат кальция, находясь в измельченном виде, обладает высокой дисперсностью. Присутствие мела в изделии уменьшает его абразивность. Физические свойства этого вещества помогают повысить термическую стойкость изделий, их механическую прочность, устойчивость при выветривании и воздействии реагентов.

Ранее считалось, что химические и физические свойства мела одинаковы для всех месторождений. Однако практика показала, что это не так. Свойства меловых залежей отличаются даже в пределах одного месторождения. Поэтому при добыче минерала промышленным способом выполняется технологическое картирование. Химические свойства мела и его физические характеристики изучаются на разных участках месторождений. На карты наносят места скопления качественной меловой породы.

Месторождения мела

Самые богатые месторождения мела расположены в Европе. Его можно встретить от Западного Казахстана до Британских островов. Мощность меловых пластов достигает сотен метров. В районе Харькова обнаружены отложения с мощностью пластов до 600 м. Огромный меловой пояс тянется через всю Европу, захватывая северную часть Франции, юг Англии, Польшу, Украину, Россию. Часть отложений смещена в Азию; запасы мела имеются в Ливийской пустыне и в Сирии.

В США месторождения мела отмечены только в южных и центральных штатах. Однако мел там низкого качества; по этой причине его приходится ввозить в США из Дании, Великобритании и Франции.

Запасы мела распределяются очень неравномерно. До половины качественного мела с хорошим содержанием карбоната кальция сосредоточено в Российской Федерации. В абсолютных цифрах запасы мела в России оцениваются в 3300 млн т. Неограниченные прогнозные месторождения мела расположены в Белгородской области. Очень качественный мел с низким содержанием примесей некарбонатного типа добывают в Воронежской области.

Практическое значение мела

Практическое применение мела определяется его химическими и физическими свойствами. В промышленности его используют для производства цемента, извести, соды, стекла и школьных мелков. Мел служит также наполнителем для пластмасс, бумаги, резины, лакокрасочных материалов. Он входит в рецептуру зубных паст и порошков.

Находит мел применение и в сельском хозяйстве: его применяют для известкования почвы и в качестве подкормки для животных, для защиты стволов деревьев от солнечных ожогов.

Мел является необходимым компонентом при производстве мелованной бумаги. Ее широко используют в полиграфической отрасли для изготовления иллюстрированных изданий. Успешно применяется мел в качестве основного наполнителя и пигмента при изготовлении картона.

Находит мел применение и в строительстве. Дешевый молотый мел используют для побелки, грунтовки, окрашивания стен.

КАРПЕНКО ЮЛИЯ

Объект

Предмет исследования – мел.

Цель

Гипотеза

1. Изучить литературу о меле.

2. Изучить информацию о применении мела в быту и на производстве.

3. Провести анкетирование.

4. Обработать результаты анкетирования.

5. Подвести итоги.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Исследовательская работа

« Мел »

Работу выполнила

ученица 4-а класса

МОУ «СОШ р.п.Озинки»

Карпенко Юлия

Руководитель: Паницкая Т.И.

Озинки 2015

Введение ……………………………………………………………………...

Актуальность работы, проблема, методы исследования………………….

Цель, задачи…………………………………………………………………..

Происхождение, свойства и применение мела.............................................

Анкета для учителей и учащихся…………………………………………...

Анализ анкет…………………………………………………………………

Заключение…………………………………………………………………...

Список источников…………………………………………………………..

Введение

Кто из нас не знает мела? Чьи карманы и пальцы в детстве не пачкал кусочек легкого камня цвета снега? Кому не известно счастье художественного творчества «мелового» периода? Кто, будучи подростком, не исследовал свойства мела в «пузырящихся» опытах, не рассматривал меловой мазок под микроскопом?

Какие тайны хранит мел? Иногда кусочек мела вдруг начинал царапать доску, а Татьяна Ивановна нам говорила, что это остатки древних ракушек. И вот такой простой кусочек заинтересовал меня.

Объект моего исследования – полезные ископаемые.

Предмет исследования – мел.

Цель исследования: изучить мел как полезное ископаемое, выяснить его происхождение, где встречается в природе, где используется в быту и на производстве.

Гипотеза моего проекта заключается в том, что мел в нашей жизни играет важную роль.

Для себя я определила этапы исследовательской деятельности:

Изучить литературу о меле.
Изучить информацию о применении мела в быту и на производстве.
Провести анкетирование.
Обработать результаты анкетирования.
Подвести итоги.

Задачи:

1. Собрать достоверную информацию о происхождении, составе, свойствах и применении школьного мела.

2. Провести социологический опрос на выявление действия мела на организм человека.

Современный образ жизни оказывает огромное влияние на здоровье человека. Все чаще можно встретить людей, страдающих авитаминозом и недостаточным количеством полезных веществ в организме. Именно поэтому в последнее время большой популярностью пользуется мел для еды.

Хочется мела, что это значит?

Многие считают потребность в меле весьма странным явлением, ненормальным для рядового человеческого организма.

В быту обычно желание погрызть мел связывают с беременными женщинами, они действительно нередко имеют такие вкусовые пристрастия. Это обусловлено тем, что в период формирования и роста плода женскому организму требуются двойные порции витаминов и микроэлементов.

Особенно важно достаточное количество кальция, который содержит кусковой мел для еды. Он служит строительным материалом для большинства тканей, нервных клеток, скелета, хрящевых тканей, волос, ногтей, внутренних органов и кожи маленького человека.

Однако нехватка кальция может сопровождать абсолютно любого человека, обычно она характеризуется следующими симптомами :

Ломкие и тусклые волосы;
Кариес, хрупкость костей (частые переломы);
Ломкие ногти, подверженные расслоению;
Тусклый оттенок кожи;
Потеря эластичности кожи;
Судороги в мышцах;

Подобные состояния характеризуют выраженное нарушение кальциевого обмена, справиться с которым поможет природный мел для еды.

Из чего состоит мел

Состав мела для еды представлен комбинацией из неорганических солей (карбонатов). Главным элементом подобных соединений считается Ca(кальций). Многие уверены, что природный кусковой мел – это ничто иное, как известный всем со школьной скамьи карбонат CaCO3.

Однако углубленное изучение данного вопроса позволяет убедиться в том, что мел для еды включает в себя и другие элементы таблицы Менделеева :

Безусловно, окись кальция занимает практически половину компонентного состава вещества. Содержание СаО в минерале доходит до 55%.
Вторую позицию в списке составляющих занимает углекислый газ или CO2. Его доля в составе мела порой достигает отметки в 43%.
Окись такого металла, как магний (MgO), занимает весьма незначительный объем, который обычно не превышает значения 2%.
Кварцевая составляющая влияет на плотность мела для еды в виде прямой пропорции. Чем больше SiO2 содержит вещество, тем выше его плотность. Массовая доля кварца от общего объема порой доходит до 6%.
Al2O3 совсем немного уступает в объемном содержании кварцевым включениям. Общий объем оксида алюминия в известковой породе соответствует 4 %.

Иногда можно встретить природный мел с розоватым или даже красноватым оттенком. Такой особенностью порода обладает благодаря повышенному содержанию окисей железа. В обычном белом меле содержание Fe2O3 не превышает порога в 0,5 %.

Где добывают мел

Желающим восполнить дефицит кальция следует знать, какой есть мел для еды и откуда он поступает в продажу.

На территории Российской Федерации расположены более 100 месторождений природного мела. Среди них выделяются три зоны, в которых сосредоточенность карбонатных запасов достигает высоких показателей.

Огромную долю в этой цифре занимает Волгоградская область, на долю ее карьеров выпадает до 26% запасов страны.Кусковой мел из данных месторождений отличается отличным качеством, он содержит минимальное количество примесей. Число посторонних включений не превышает 2%. Однако Волгоградский мел достаточно водонасыщен, показатель содержания воды в сухом меле превышает заданные нормы практически на 10-15 %. Этот факт затрудняет его добычу.

Следующую позицию занимает Белгородская область, здесь сосредоточено до 24% меловых запасов. Вкусный мел, добываемый на здешней территории, на 99 % состоит из карбонатов, что является превосходным свидетельством высокого качества.

Саратовская область владеет 11% — ной долей в общем объеме мелового богатства Российской Федерации.

Вред и польза мела при употреблении в пищу

Все большую популярность обретает мел кусковой для еды, вред и польза данного вещества обсуждаются специалистами по сей день. Оценить однозначно осадочный минерал не представляется возможным, ведь он имеет как отрицательное, так и положительное влияние на человеческий организм.

Польза природного мела для еды заключается в следующем :

Укрепляет хрупкие кости и служит профилактикой против кариеса;
Помогает поддерживать здоровье и красоту волос, ногтей, зубов и кожи;
В небольших количествах помогает наладить работу пищеварительной системы;
Обеспечивает подвижность суставов и эластичность мышц;
Способствует правильной работе сердечно-сосудистой системы;
Участвует в обменных процессах на межклеточном уровне;
Влияет на свертываемость крови и на уровень гемоглобина (косвенно).

Отрицательное влияние вкусный мел для еды проявляет лишь при переизбытке его в организме.

Чрезмерное употребление кальция приводит к следующим побочным явлениям :

Повышение свертываемости крови;
Снижение прочности костной ткани и зубной эмали;
Возникновение риска заболеваний эндокринной системы;
Стенокардия;
Снижение мышечного тонуса;
Появление почечно-каменной болезни;
Повышение кислотности желудочных соков, что способствует развитию болезней желудочно-кишечного тракта (гастрит и язва);
Подагра;
Кальциноз (отложения солей Ca в тканях внутренних органов).

Рассуждая о негативных последствиях употребления мела для еды, можно сделать вывод о том, что они вызваны количеством и качеством потребляемого минерала.

Какой мел лучше для еды

Люди с недостатком кальция в организме часто интересуются, где купить мел для еды, какой лучше. Также они занимаются изучением вопроса, какой самый вкусный мел для еды.

При желании погрызть кусковой мел обычно на ум приходит школьный мелок для доски. Однако этот продукт не только не принесет пользы, но и способен причинить вред ввиду наличия в нем химических добавок. Такие вещества отравляют организм, образовавшиеся токсины нарушают работу внутренних органов и портят здоровье в целом.

Доказано, что школьные мелки сушат дыхательные пути, оседая на эпителии гортани. Также они забивают сосуды, происходит известкование, которое приводит к сбоям в функционировании сердечно- сосудистой системы.

Твердые частички, которые содержит такой вид мела, способны оцарапать эмаль зуба, что неизбежно приведет к кариесу. Аналогично они действуют и на слизистую рта, создавая в ней микроскопические ранки, которые незаметны человеческому взгляду. Эти трещинки — прямой путь к появлению воспалительных процессов и проникновению инфекции в организм.

Попадая в желудок, школьный мел вызывает реакцию, схожую на процесс гашения. Такой мел менее вкусный по сравнению с природным аналогом.