Файл: Горбунов, Н. И. Минералогия и коллоидная химия почв.pdf

ми названиями: гиляби, кил, нальчикин и др. Эти глины исполь­ зуются в самых различных отраслях промышленности: в неф­ тяной—-для очистки нефти и в качестве наполнителя густых смазок, в текстильной и бумажной — для отбеливания, в элек­ тротехнической — при изготовлении изоляторов, в каучуковой — в качестве наполнителя, в фарфоровой — для изготовления ке­ рамических изделий, в химической — в качестве катализаторов, в металлургической — для формовки литья. Одной из характер­ ных особенностей монтмориллонитовых глин является высокое содержание в них илистых и коллоидных частиц (табл. 5).

Т а б л и ц а 5. Механический состав монтмориллонитовых глин, %

Фракция, мм

Монтмориллонитовые глины образуются из слюд, вулканиче­ ского стекла, аллофанов, аморфных Si02 и R20 3. Механизм пре­ вращений изучен слабо. Возможно, монтмориллонит синтезиру­ ется из продуктов разложения алюмосиликатов. Монтморилло­ нит асканского месторождения (асканит, аскангель, асканглина) образовался из трахиандезитового туфа в эоценовое время.

Нонтронит является железистой разновидностью монтморил­ лонита, бейделлит— алюминиевой разновидностью. Феррибейделлитом называют разновидность бейделлита, обогащенную

железом.

Минералы монтмориллонитовой группы по кристаллохимиче­ скому признаку разделяются на две подгруппы: 1) диоктаэдрические: монтмориллонит, нонтронит, волконскоит, бейделлит и

2)триоктаэдрические: сапонит, соконит, гекторит, стивенсит. Монтмориллонит является трехслойным минералом, т. е. в его

решетке на два тетраэдрических кремнекислородных слоя при­ ходится один алюмо-кислородно-гидроксильный октаэдрический слой. Состав этих слоев вследствие изоморфных замещений не­ постоянен. Заряды слоев компенсируются обменными основани­ ями, расположенными между ними. Кремний тетраэдров может частично замещаться на алюминий и железо, а в октаэдрах мо­ гут быть алюминий, магний и др.

30

Большое пространство между слоями позволяет проникать в них обменным основаниям, которые могут переходить в необ­ менную форму при сближении слоев. Необменная фиксация ка­ лия изучалась рядом исследователей. По мнению многих иссле­ дователей, фиксация калия обусловлена особенностями кристал­ лической структуры глинистых минералов, в частности монтмо­ риллонита. Н. Г. Зырин (1964а) считает, что фиксация калия в необменной форме монтмориллонитом вызывается диффузией калия внутрь решетки, чего не наблюдается в минералах с не­ расширяющейся решеткой.

*н2о

Рис. 9. Схематическое изображение структуры монтмориллонита

/ — кислород; 2 — гидроксилы; 3 — алюминий, железо, магний; 4 — кремний, иногда алю­ миний

В литературе известно несколько моделей элементарной ячей­ ки монтмориллонита. Одна из них приведена на рис. 9. Химиче­ ский состав монтмориллонита (табл. 6) в идеальном виде соответ­ ствует формуле Al20 3-4Si02-nH20, следовательно, молекулярное соотношение Si02: А120 3 = 4. В природных объектах состав колеб­

рах замещена на алюминий. В нонтроните часть алюминия в ок-

31

32

таэдрах замещена на железо; количество последнего достигает 20% и более от веса.

Минералы монтмориллонитовой группы характеризуются большим содержанием воды, которая размещается между слоя­ ми, благодаря чему межплоскостное расстояние по мере гидра­ тации или насыщения глицерином увеличивается. Таким обра­ зом, решетка монтмориллонита является подвижной. Так как под воздействием некоторых органических веществ (этиленгли­ коля, глицерина) происходит набухание монтмориллонита и уве­ личение межплоскостного расстояния, то этим признаком поль­ зуются для диагностики.

Гидрофильность обусловлена не только особенностями строе­ ния монтмориллонита, но и его высокой дисперсностью. Содер­ жание фракции менее 0,001 мм в монтмориллоните составляет 60—80% и выше, из них содержание коллоидной фракции (<0,2—0,3 мк) нередко достигает 40—50%. Ввиду особенностей структуры и дисперсности емкость поглощения у монтморилло­ нита равняется 80—120 мг-экв на 100 г (табл. 7).

Положение органических веществ в решетке монтмориллони­ та показано на рис. 10.

Минералы монтмориллонитовой группы оказывают большое влияние на физико-химические свойства почв и их плодородие. Такие свойства, как поглотительная способность, емкость погло­ щения катионов, набухание, липкость, водопроницаемость, мак­ симальная гигроскопичность, твердость в той или иной мере оп­ ределяются монтмориллонитом. Особо следует подчеркнуть, что от гидрофильности монтмориллонита и бейделлита зависит со­ держание не усвояемой растениями воды.

В сочетании с органическими веществами типа гуминовых кислот монтмориллонитовые глины образуют водопрочные агре­ гаты. Природа этой связи изучена слабо. При малом содержа­ нии органических веществ в почве, особенно типа гуминовых кислот, монтмориллонит оказывает на почву отрицательное дей-

Рис. 10. Схематическое изображение положения органических катионов между слоями монтмориллонита

ствие: почва от воды набухает, при высыхании растрескивается. Эти свойства усиливают и другие, близкие к монтмориллониту, минералы.

При нагревании монтмориллонита вода выделяется из него ступенчато, а не плавно, так как часть ее находится на поверх­ ности тонких частиц минералов, часть в межслоевом простран­ стве, а часть связана в форме гидроксильных групп.

Распространено мнение, что монтмориллонит преобладает в почвах, имеющих нейтральную или щелочную реакцию: в черно­ земах, каштановых, солонцах и др. На самом деле минералы группы монтмориллонита широко распространены во многих почвах, но не преобладают, а часто образуют смешаннослоистые минералы с гидрослюдой, хлоритом и др.

На термограммах монтмориллонита имеются хорошо выра­ женные эндотермические эффекты приблизительно при 100°. 650°, 850° и экзотермический эффект при 950°.

34

На электронно-микроскопических снимках агрегаты кристал­ ликов монтмориллонита имеют неопределенную расплывчатую форму.

КАОЛИНИТОВАЯ ГРУППА МИНЕРАЛОВ (КАНДИТЫ)

К этой группе принадлежат каолинит Al[Si20 5](0H )4; диккит, накрит, галлуазит Al2[Si20 5] (0 Н )4-2Н20. При неполной гидра­ тации галлуазит содержит меньше двух молекул воды. Наиболее распространенными из этих минералов являются каолинит и гал­ луазит; нередко они встречаются одновременно. Известно не­ сколько крупных залежей каолинитовых глин, разрабатываемых для различных отраслей промышленности.

Каолинитовые глины легче по механическому составу, чем монтмориллонитовые (табл. 8).

Т а б л и ц а 8. Механический состав каолинитовых и галлуазитовых глин, %

В почвах каолинит встречается в небольшом количестве, за исключением почв субтропической и тропической зон — латери­ тов, красноземов, отчасти желтоземов, где этот минерал преоб­ ладает или составляет значительную часть. В этих почвах као­ линит обнаружен не только в илистой, но и в более крупных фракциях. Если почвы сформированы на элювии древних извер­ женных пород, то в них каолинит встречается в больших коли­ чествах. Ему часто сопутствуют кварц, галлуазит, аллофан, гиббсит, гетит, аморфные Si02 и R20 3. Часто каолинит образуется до формирования почвы. Однако это не значит, что каолинит не

может формироваться в современных условиях почвообразо­ вания.

Каолинит образуется из полевых шпатов, слюд и других ми­ нералов. Иногда встречаются псевдоморфозы каолинита по по­ левому шпату. Важным условием образования каолинита в поч­ вах является десиликация, т. е. вымывание кремнезема из поро­ ды, на которой каолинит образуется. Вероятно, каолинит может образоваться и в гидротермальных условиях.