Класс СИЛИКАТЫ
Глинистые минералы
Кому интересны глины?
Катализаторы
Коллоидные растворы
Органоглины
Производство бумаги
Буровые растворы
Химия глинистых минералов
Строительство и инжиниринг
Почвоведение и сельское хозяйство
Седименто-логия
Минералогия глин
Минералогия
Петрология глин
Седиментогенез
Диаганез
Стратиграфия
Коллекторы нефти
Производство керамики
Экономическая геология
Гидротермальное изменение
Запасы и резервы
Что такое «глинистые минералы»?
Существуют различные определения
- По мнению древних – часть компоненты Земли в системе «Земля-воздух-вода-огонь»
- Определения зависят от дисциплины:
- Геология: размер зерна менее 2 мкм Строительство: свойство пластичности Производство керамики: отвержение при обжиге
- Геология: размер зерна менее 2 мкм
- Строительство: свойство пластичности
- Производство керамики: отвержение при обжиге
- Химия: водные силикаты алюминия
- Химия: водные силикаты алюминия
ОБЩЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ: вторичные водные силикаты, алюмосиликаты и ферросиликаты, слагающие основную массу глин, аргиллитов и тонких фракций некоторых других осадочных пород.
Наиболее распространённые представители - каолинит, монтмориллонит, бейделлит, галлуазит, иллит.
Глины и их место в международной классификации
Для единообразия систематики и последующей
классификации минералов IMA в 2009 г. приняла
следующую иерархическую схему
- 1. Класс (mineral class)
- 2. Подкласс (mineral subclass)
- 3. Семейство (mineral family)
- 4. Надгруппа (mineral supergroup)
- 5. Группа (mineral group(s))
- 6. Подгруппа или ряд (mineral subgroup(s) или mineral series)
(S.J.Mills, F.Hatert, E.H.Nickel, and G.Ferraris. The standardisation of mineral group hierarchies: application to recent nomenclature proposals // Eur. J. Mineral, October 2009, v. 21, p. 1073-1080)
Место филлосиликатов в общей минералогической классификации
- класс Самородные элементы
- класс Сульфиды
- класс Сульфосоли
- класс Галогениды
- класс Окислы
- класс Гидроокислы
- ……
- класс Силикаты
- подкласс Несосиликаты (островные ортосиликаты) подкласс Cоросиликаты (островные диорто- и ортодиортосиликаты) подкласс Циклосиликаты (кольцевые силикаты) подкласс Иносиликаты (цепочечные/ленточные силикаты подкласс Филлосиликаты (слоистые/листовые силикаты) подкласс Тектосиликаты (каркасные силикаты)
- подкласс Несосиликаты (островные ортосиликаты)
- подкласс Cоросиликаты (островные диорто- и ортодиортосиликаты)
- подкласс Циклосиликаты (кольцевые силикаты)
- подкласс Иносиликаты (цепочечные/ленточные силикаты
- подкласс Филлосиликаты (слоистые/листовые силикаты)
- подкласс Тектосиликаты (каркасные силикаты)
Структура глинистых минералов
Тетраэдрическая сетка
- Базовый строительный блок силикатов – тетраэдр SiO 4 -4
- Связанные вместе апикальные атомы кислорода формируют сетку
- Тетраэдрическая сетка не существует сама по себе
Октаэдрическая сетка
- В глинистых минералах тетраэдрическая сетка всегда совмещается с октаэдрической
- Катион ( Al +3 , Mg +2 , Fe +2 и др, кроме Ca +2 , Na +1 , K +1 ) окружён 6 соседями – кислородными или гидроксильными группами
- Минералы могут быть
составлены октаэдрической сеткой
- Брусит Mg 3 (OH) 6
- Гиббсит Al 2 (OH) 6
- Благодаря близости размеров тетраэдрические и октаэдрические сетки легко совмещаются друг с другом с образованием единого гетерогенного слоя. Связь между гетерогенными слоями у глинистых минералов может быть различной в зависимости от особенностей строения слоя и его заряда. У некоторых глинистых минералов она достаточно прочна и обеспечивается взаимодействием атомов кислорода и гидроксильных групп (Н-связь) или катионами, располагающимися в межслое (ионно-электростатическая связь). У других минералов связь между слоями менее прочная и обусловлена молекулярными силами.
- В первом случае глинистые минералы имеют более жесткую кристаллическую структуру, то есть такую, когда молекулы воды и обменные катионы не могут проникать в межслоевое пространство кристалла. У минералов с жесткой кристаллической структурой (каолинит, гидрослюда, хлорит, палыгорскит) внутрикристаллическое набухание (расширение межслоевого расстояния при взаимодействии с молекулами воды) отсутствует . Во втором случае глинистые минералы (монтмориллонит, нонтронит) имеют раздвижную кристаллическую структуру. При гидратации таких минералов молекулы воды и обменные катионы могут проникать в межслоевое пространство и существенно увеличивать межслоевое расстояние, обусловливая этим большое внутрикристаллическое набухание.
Основы классификации филлосиликатов
- Тип слоя (1:1, 2:1)
- Межслоевой материал и заряд слоя (группы)
- Характер заселения катионами октаэдрической сетки
– три- или диоктаэдрический (подгруппы)
- Химический состав
- Политипия
- Транс-вакантная или цис-вакантная структура
2 : 1
1 : 1
Т : О
Т : О : Т
Классификация планарных филлосиликатов Терминология рекомендована Номенклатурным комитетом AIPEA
Тетраэдрическая сетка
Октаэдрическая сетка
Слой
Пакет
Тетраэдрическая сетка
Межслоевой промежуток (межслой)
Плоскости
Планарные и непланарные филлосиликаты
Пирофиллит
Генезис глин и формирование минеральной единицы
- Глинистые минералы являются продуктом выветривания преимущественно алюмосиликатов и силикатов магматических и метаморфических горных пород на дневной поверхности. В процессе выветривания глинистые материалы испытывают стадийные преобразования структуры и химического состава в зависимости от изменения физико-химических условий среды выветривания и седиментации.
- В состав минералов входят слои, состоящие из кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров, эти слои объединяются в элементарные пакеты, совокупность которых формирует частицу минерала.
Группа каолинита
- Группа каолинита (каолинит, галлуазит) представлена минералами c пакетом, состоящим из одного слоя октаэдров и одного слоя тетраэдров (1: 1). Пакеты прочно связаны между собой и плотно прилегают друг к другу, в результате чего молекулы воды и катионы металлов не могут входить в межпакетное пространство и минерал не набухает в воде, а также обладает низкой ёмкостью катионного обмена (ЕКО).
- Каолинит образуется преимущественно экзогенным путём при выветривании различных алюмосиликатов в кислой среде, при гидротермальном изменении полевошпатовых пород (Каолинизация). Составляет основу каолина, входит в состав глин, мергелей и глинистых сланцев. Слоистая структура каолинита придает породам на его основе (глинам и каолинам) свойство пластичности.
Каолинит
- Каолинит - глина типа 1 : 1 или Т : О
- Крайне низко или отсутствует изоморфное замещение
- Беден доступными «питательными» элементами
- Не набухает (стабилен по причиине Н-связи между слоями)
- Продукт кислого выветривания (Низкий pH, обычные условия для ряда почв РФ). Стабилен в кислой среде
- Эффективная площадь поверхности = 10 – 30 m2/g
Активна только внешняя поверхность
Галлуазит
- Близок к каолиниту, от которого отличается более высоким содержанием воды; половина количества воды находится в виде гидроксила, а остальная - в виде молекул H 2 O.
Кристаллическая структура галлуазита состоит из каолинитовых двухслойных пакетов, беспорядочно смещённых один относительно другого вдоль осей а и Ь. При рассмотрении галлуазита под электронным микроскопом заметна трубчатость и виден рулонообразный облик его кристаллов.
Смектиты
- Группа монтмориллонита или группа смектитов (монтмориллонит, нонтронит, бейделлит и др.) с трёхслойным пакетом вида тетраэдр-октаэдр-тетраэдр. Связь между пакетами слаба, туда проникают молекулы воды, из-за чего минерал сильно набухает. Отличается высокой ЕКО (до 80-120 мг-экв на 100 г.).
В октаэдрической сетке распространены изоморфные замещения
Монтмориллонит
- Глина типа 2:1 или Т : О : Т
- Продукт активного выветривания
- Всегда имеет отрицательный заряд ввиду изоморфного замещения
- Слои имеют слабую связь
- Катионы адсорбированы в межслое
- Высокая удельная поверхность (до 600—800 м 2 /г)
- Набухает
- Высокая ЕКО
- Площадь внутренней поверхности намного выше внешней
- Частички очень малы (в отличии от каолинита)