Тепловое расширение, плавкость, полиморфные превращения минералов

Тепловое расширение — изменение размеров тела в процессе его нагревания. Характеризуется коэффициентами теплового линейного α и объемного β расширения. Средние значения коэффициентов α и β в заданном интервале температур определяются по формулам (К-1):

где L0 и V0 — линейный размер и объем тела при начальной температуре Т0; LT и VT — то же, при температуре Т.
Все горные породы и минералы при нагревании расширяются, для них коэффициент а находится в пределах (1...5)∙10в-5К-1. Интересным является поведение воды при температуре 0...4º С, когда β<0. Для изотропных тел β=Зα.
Плавкость породы характеризуется температурой плавления и теплотой плавления. Теплота плавления — количество теплоты, которую необходимо затратить для расплавления единицы массы породы.
Экспериментальное определение температуры плавления, испарения, разложения, полиморфных превращений и теплоты плавления необходимо при разработке технологических схем обогащения и переработки, использовании геотехнологических методов добычи полезных ископаемых (в частности расплавлением), при термическом и термомеханическом способах разрушения горных пород, а также в строительстве, где используется такое свойство пород, как теплоизоляционная способность.
Полиморфные превращения заключаются в перестройке кристаллической решетки под воздействием высоких или низких температур, что приводит к возникновению новой разновидности минерала, часто с сильно отличающимися свойствами. Известны температуры модификационных превращений кварца (табл. 6.2).

При всех превращениях кварца происходит скачкообразное изменение объема, что вызывает рост термонапряжений и способствует терморазрушаемости горных пород. Особенно важен тот факт, что температура первых двух превращений довольно низка и может быть достигнута с использованием различных тепловых источников.
Изучение теплофизических свойств минералов и пород позволило выделить термобуримые породы и с успехом применять для их разрушения термические способы. К термобуримым относятся породы, которые разрушаются при воздействии тепловых источников за счет развития в поверхностном слое термических напряжений, без плавления. Это в основном породы с высоким содержанием кварца.