Файл: Пенкаля, Т. Очерки кристаллохимии.pdf

раствор хлорида натрия, при этом осуществляется обмен межпа­ кетными ионами (Са2+ замещается на Na+).

Мерой пластичности глин (границей пластичности) является минимальное количество воды (в %), при помощи которого мож­ но из глины изготовить валик толщиной в 3 мм. Граница теку­

ному обмену. Для отдельных минералов величина ионной емкости варьируется в значительных пределах:

Катионами, способными к обмену, в глинах чаще всего являются

Са2+, Mg2+, Н+, К+, NHt, Na+, а анионами — SO2-, СГ, РО4", NO3.

Одна из причин, стимулирующих ионный обмен, — ненасыщен­ ность связей, главным образом, в боковых ответвлениях цепей или лент в структурах дисперсных кристалликов глин. Вторая причи­ н а — изоморфные замещения в тетраэдрических (Si4+ на А13+) и октаэдрических (АІ3+ на Mg2+) позициях. Это приводит к обра­ зованию суммарного отрицательного заряда пакета, который ком­ пенсируется адсорбцией катионов. В монтмориллоните и верми­ кулите (структуры с межпакетной водой) 80% адсорбированных ионов размещается между пакетами, а 20% — на поверхности кристаллов. В противоположность этому в каолините и галлуазите ионы адсорбируются в основном поверхностью кристалла.

Третьей причиной поглощения ионов возможно является за­ мещение ими водорода гидроксилов.

Ионная емкость зависит также от размера глинистых мине­ ралов особенно, когда она связана с насыщением связей на по­ верхности зерен. Уменьшение размера частиц, адсорбирующих ионы в межпакетных пространствах, незначительно влияет на ионный обмен. На поверхности зерен он происходит быстрее, чем в межпакетных пространствах. При температуре выше 300 °С глинистые минералы теряют способность к адсорбции ионов.

Способность к ионному обмену возрастает в ряду: Na+ -< К+ < < Са2+ < Mg2+. Чем выше валентность катиона, тем легче он входит в кристаллическую структуру и труднее поддается заме­ щению. Ион водорода (протон) является исключением. Он, по­

324

добно многовалентным катионам, активно поляризует ионы кис­ лорода и легко входит в кристаллические структуры силикатов.

Реакции ионного обмена имеют большое значение для почв, где широко распространены гидрослюды типа иллита, которые выполняют функции ионообменников и удерживают калий, жиз­ ненно важный для растений. Введение в глины и грунты добавок, способствующих ионному обмену, изменяет их пластичность и улучшает механические свойства, что весьма важно для строи­ тельства. Для лучшего затверде­ вания грунта в него добавляют силикаты щелочных металлов (метод Цебертовича).

Некоторые глинистые минера­ лы обладают тиксотропией — спо­ собностью перехода коллоидных золей в гели под влиянием меха­ нических факторов (перемешива­ ние). Иногда такой золь, остав­ ленный в покое, спонтанно пере-

ходит в гель. Тиксотропия часто проявляется тогда, когда мелкие частицы вещества, образующие гель, неизометричны. В частности, это характерно для минералов пластинчатой (слоистые силикаты) и ленточной (сепиолиты, палыгорскиты) структуры. По Гофману (1952 г.), частицы твердого тела образуют в тиксотропном геле скелет, вид которого зависит от формы частиц (рис. 7.37). В пу­ стотах скелета размещаются молекулы Н20. При встряхивании или перемешивании скелет распадается (гель переходит в золь).

Современные методы исследования (электронография, рент­ генография, а также методы окрашивания и измерения поглоще­ ния света в инфракрасной области) позволяют точно установить минеральный состав глин. Обычные петрографические методы (микроскопия) не всегда дают надежные результаты, так как

325

размеры зерен глинистых минералов часто находятся за преде­ лами разрешающей способности прибора. Количественный хими­ ческий анализ, вследствие трудностей разделения минералов, тоже не всегда позволяет установить их состав. Используют при изучении глин и методы термического анализа. При этом или из-

меряют потерю воды в зависимости от температуры (рис. 7.38) или путем дифференциального термического анализа определяют изменение температуры, происходящее в процессе термической реакции (рис. 7.39).

Наибольшее промышленное значение имеют глины, обогащен­ ные каолинитом и монтмориллонитом. Каолинитовые глины, на­ ряду с кварцем и ортоклазом, являются основным сырьем для изготовления фарфора, Огнеупорные каолинитовые глины с тем­

326

пературой плавления не ниже 1580 °С служат для производства шамотных кирпичей. Менее качественные каолинитовые глины — сырье для производства черепицы, кирпича, цемента и посуды. Каолинит, кроме керамической и строительной промышленности, находит большое применение в качестве наполнителя в различных технологических процессах.

Глины, содержащие минералы из групп монтмориллонита (монтмориллонит, нонтронит, бейделлит), чрезвычайно пластич­ ны, так как способны поглощать большие количества воды. Их используют для выработки керамических и формовочных масс. Монтмориллониты обладают способностью к катионному обмену, поэтому их применяют для смягчения воды, в качестве фильтрую­ щей массы (в химической промышленности), для изготовления фуляра (в текстильной промышленности). Они также служат на­ полнителями в производстве каучука, бумаги и моющих средств. В больших количествах монтмориллонитовые глины используют для очистки сырой нефти от взвесей.

турные группы.

I. Кристаллические глинистые минералы.

A. Слоистые силикаты с двухслойными пакетами;

C.Сложные силикаты со смешанными пакетами (груп­ па хлоритов).

Д. Минералы с ленточной структурой (группа сепиолита, палыгорскита).

II.Аморфные глинистые минералы (группа аллофанов). Структуру с трехслойными пакетами можно подразделить на

две подгруппы в зависимости от характера заселения октаэдри­

СТРУКТУРЫ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Слоистые минералы с двухслойными пакетами

Группа каолинита. К группе каолинита принадлежат три поли­ морфные модификации состава АЦ[ (ОН) sSi40io] — каолинит, диккит и накрит. К ним, возможно, относится и аноксит

327

АЦ t(ОН)8Si4Oio] [Si02], содержащий несколько больше. двуокиси

кремния.

Структурным мотивом являются двухслойные пакеты, по­

А13+, а 1/3 пустот остается свободной. Тетраэдрический слой це­

ликом заселен Si4+.

Стехиометрия распределения ионов в пакете укладывается в следующую схему:

Пакет в целом электрически нейтрален, что способствует ма­ лым величинам межпакетной адсорбции. Кристаллы диккита, на-

Крита и каолинита несколько крупнее, чем кристаллы других глинистых минералов. Для минералов группы каолинита характерно отсутствие изоморфных замещений. Между пакетами осуществ­ ляется водородная связь, соединяющая кислороды кремнекисло­ родного слоя и гидроксильные группы октаэдрического слоя

32 8