title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Группа монтмориллонита

Группа монтмориллонита

В этой группе мы рассмотрим монтмориллонит — минеральный вид переменного состава — (Ca, Na)(Mg, Al, Fe)2(OH)2[(Si, Аl)4O10]*nН2O, изменяющийся от силиката Ca, Na, Mg и Fe собственно монтмориллонита — (Ca, Na)(Mg, Fe)2(OH)2[Si4O10]*nH2O до алюмосиликата Na, Ca, Al и Mg бейделлита — (Na, Са)(А1, Mg) 2(ОН)2[АlSi3O10]*nH 2O.
Монтмориллонит и бейделлит получили название по месту нахождения (месторождения Монтмориллон во Франции и Бейделл в США).
Химический состав монтмориллонита колеблется в таких пределах: SiO2 — 33,40%, Al2O3 — 0,14—29,90%, CaO — 0,16—3,52%, Na2O — 0,11 — 3,04 %, MgO — 0,23—31,61 %, Fe2O3 — 0,03—29,46 %, FeO — 0,19—0,95%, H2O — 11,96—26,0%.
Сингония моноклинная или ромбическая.
Структурная ячейка содержит 2 единицы; c0 = 5,17, b0 = 8,94, c0 = 15,2; в = 90°.
Кристаллическая структура монтмориллонита состоит из трехслойных пакетов, содержащих два кремнекислородных (для бейделлита — кремнеалюмокислородных) тетраэдрических слоя и размещенного между ними октаэдрического слоя, состоящего из катионов алюминия (рис. 269). Между пакетами находятся молекулы воды и обменные катионы, определяющие особенности минералов группы монтмориллонита. Обменные катионы («внешние основания» — Ca, Mg, Na и т. д.), хотя и входят в состав минералов, однако не принимают участия в построении кристаллической решетки. Будучи адсорбированными, они лишь компенсируют излишний отрицательный заряд кристаллической структуры, возникающий вследствие замены в ней высоковалентных катионов низковалентными (например, Al3+ на Mg2+ или Si4+ на Al3+). В среднем обменные основания компенсируют заряд в 0,33 валентности. Вода, находящаяся между пакетами, может поглощаться и выделяться минералом, при этом происходит изменение параметра решетки по оси с (от 9,6 до 28,4 А). При адсорбции наиболее крупных ионов расстояние между плоскостями увеличивается до 30 А. Обменными основаниями в монтмориллонитах, как правило, бывают Ca2+, Mg2+, Na+ и в меньшей мере K+. В некоторых монтмориллонитах обменным ионом является ион водорода или гидрооксония. Считают, что 80% обменных катионов находятся между силикатными пакетами монтмориллонита, а остаток (20%) — по краям его частичек. Алюминий гидраргиллитового слоя в монтмориллоните может замещаться Fe3+, Cr3+, Ca2+, Mg2+, Zn2+, Cu2+ и Li2+, и тогда возникают такие разности монтмориллонита: 1) нонтронит — Fe2(OH)2[Si4O10]*nН2O (ферримонтмориллонит); 2) керолит — Mg3(OH)2[Si4O10]*nН2O (сапонит); 3) соконит — (Al, Zn)2(OH)2[Si4O10]*nН2O (цинкмонтмориллонит); соконит известен также под названием жирной глины; в последнее время он привлекает к себе особое внимание как цинковая руда; его значение повышается еще в связи с тем, что, образуясь в зоне окисления свинцово-цинковых месторождений, соконит встречается обычно в ассоциации с другими цинковыми минералами — смитсонитом, каламином и т.д.; 4) медмонтит — (Al, Cu)2(OH)2[Si4O10]*nН2O (купро-монтмориллонит); 5) хризоколла — Cu3(OH)2[Si4O10]*nH2O; 6) волкон-скоит — (Mg, Ca, Cr, Al)3(OH)2[Si4O10]*nН2O (хроммонтмориллонит); 7) гекторит — (Mg, Li)2(OH)2[Si4O10]*nН2O (литиевый монтмориллонит). Важнейшими среди них являются нонтронит (название получил по месту нахождения — Нонтрон во Франции) и хрзоколла (название происходит от греч. слов хрисос — золото и колля — клей).

Агрегаты. Монтмориллонит обычно образует тонкодисперсные, скрытокристаллические, плотные и землистые агрегаты. Для хризоколлы, кроме того, характерным является образование опаловидных масс в виде корочек с натечной, иногда пузырчатой поверхностью. Под электронным микроскопом частички монтмориллонита имеют вид чешуек с расплывчатыми контурами.
Физические свойства. Цвет монтмориллонита белый с сероватым, буроватым и красноватым оттенками, зеленый; хризоколлы — голубой, голубовато-зеленый или синий и даже черный; нонтронита — зеленовато-желтый, фисташково-зеленый, буровато-зеленый. Блеск матовый и восковой, у хризоколлы, кроме того, бывает стеклянный. Излом плотных разностей раковистый. Твердость монтмориллонита — 1,5—2,5, хризоколлы — около 2 (иногда до 4), нонтронита — около 2—2,5. Плотность монтмориллонита — 2,2—2,9, хризоколлы — 2—2,3, нонтронита — 1,73—1,87. В связи с дисперсностью материала удается определить только средний показатель преломления, который возрастает с увеличением содержания Fe, Cr и Ni и колеблется в широких пределах: от 1,48 до 1,66 (при поглощении органических молекул показатель преломления изменяется, что следует иметь в виду при изучении этих минералов иммерсионным методом). Дву-преломление обычно колеблется в пределах 0,025—0,040. Плотность, твердость и оптические свойства изменяются в зависимости от состава минерала, степени раскристаллизации и гидратации. Минералы группы монтмориллонита набухают в присутствии воды, в связи с чем величина c0 кристаллической решетки увеличивается почти в 3 раза. Эти минералы имеют высокую поглотительную способность, вследствие чего они поглощают из жидкости разные загрязняющие суспензированные примеси. Некоторые разности адсорбируют едкие и углекислые щелочи и поэтому используются в мыловаренной промышленности как «омыляющие» вещества. Важным свойством минералов этой группы является очень выраженная способность катионного обмена. Обменная способность их составляет в среднем 84 мг/экв на 100 г.

Диагностическими признаками монтмориллонита являются сильное набухание от влаги и связанная с этим жирность. Точная диагностика без рентгеновского, термического, оптического и химического исследований невозможна. Главные линии на рентгенограммах: 15,3; 11,5; 4,42; 2,55 (для монтмориллонита); 16,6; 4,52; 1,519 (для нонтронита); 3,35; 1,810; 1,373 (для хризоколлы). В кислотах разлагаются частично с образованием студенистого осадка. П. п. т. не изменяются; после прокаливания утрачивают адсорбционные свойства. На кривых нагревания монтмориллонита (рис. 270) обнаруживаются два или три эндотермических эффекта: 1) при 120—200° С (выделение слабосвязанной межпакетной воды), 2) при 600—730° С (выделение гидроксила) и 3) при 780—800° С (окончательное разложение безводного монтмориллонита), а также один экзотермический эффект выше 900° С, соответствующий температуре кристаллизации шпинели.
Искусственное получение. Искусственно монтмориллонит получен из смеси глинозема и кремнезема в присутствии гидратов К, Ca и Mg в стальной бомбе в щелочной среде, а также из смеси осажденных гелей глинозема и кремнезема в щелочной среде при 390° С и давлении до 260 атм.

Образование и месторождения. Минералы группы монтмориллонита образуются главным образом в условиях щелочной среды при разложении вулканических туфов, пепла. Встречаются они в морских осадках, в почве, в коре выветривания основных, щелочных и реже кислых изверженных горных пород. В зависимости от состава окружающих пород возникают отдельные члены ряда и их разности. Например, при выветривании серпентинитов образуются никелевые и магниевые монтмориллониты, в зоне окисления цинковых и медных месторождений — цинковые, медные, железистые монтмориллониты и т. д. Известны псевдоморфозы бейделлита по створкам известковых ракушек и волконскоита по древесине. Многие из минералов монтмориллонитовой группы пользуются широким развитием в осадочных породах, а иногда играют роль главных породообразующих минералов, образуя месторождения глин. Эти глины известны под названием «отбеливающих» (благодаря способности адсорбировать из жидкости различные загрязняющие примеси и даже газы) и «омыляющих» (благодаря способности адсорбировать едкие и углекислые щелочи). Некоторые монтмориллонитовые глины получили специальные местные названия: бентонит, кил, асканит, гумбрин, фуллеровы земли и т. д. Месторождения монтмориллонитовых глин многочисленны. Высококачественные отбеливающие глины известны в окрестностях с. Гумбри вблизи Кутаиси и с. Аскани возле Махарадзе в Западной Грузии, в окрестностях Нальчика на Кавказе. Эти глины особенно детально изучены А.А. Твалчрелидзе. Крупнейшие месторождения глин имеются в Крыму (месторождения кила на побережье Черного моря), в Приднепровье (Черкасские месторождения бентонитов) и в Закарпатье (Горбское месторождение бентонитов). За границей месторождения отбеливающих глин (фуллеровы земли) распространены в США (штаты Флорида, Джорджия, Алабама, Калифорния), а также во Франции (Монтмориллон), ГДР и ФРГ, Японии. На земной поверхности минералы группы монтмориллонита относительно устойчивы. После дождей их поверхностные выходы превращаются в густую кассу скользких студней. Высыхая, они растрескиваются и становятся сморщенными, трещиноватыми и по своему внешнему виду напоминают кораллы. Постепенно поверхность этих глин становится очень рассыпчатой.
Практическое значение монтмориллонитовых глин очень большое. Благодаря своим химическим и физико-химическим свойствам они находят применение более чем в 200 отраслях промышленности, главными среди которых являются нефтяная, текстильная, мыловаренная, косметическая, резиновая, бумажная, керамическая. Монтмориллонитовые глины используются также для очистки воды и пищевых продуктов (вина, растительного масла и т. д.). Ni; Cu, Zn разности монтмориллонитовых глин вместе с другими минералами этих металлов могут использоваться как руды на соответствующие металлы.