Основни свойства на глинестите минерали. Общи принципи за класификация на глинестите минерали. Тежки почви: тежки глинести и глинести

Глинените минерали са хидратирани алумосиликати, обикновено с частично заместване на алуминия с желязо и магнезий. Те са дребнозърнести, обикновено под 5 микрона, а в някои случаи размерът им се измерва в милимикрони.

Атомната структура на повечето глинести минерали е съставена от две единици. Една структурна единица се състои от два слоя от плътно опаковани кислородни или хидроксилни атоми, в които алуминиеви, железни или магнезиеви атоми са подредени в октаедрична координация по такъв начин, че всеки от тях е на еднакво разстояние от шест кислородни атоми или хидроксиди. Втората структурна единица се формира от силициево-кислородни тетраедри. Във всеки тетраедър силициевият атом е на еднакво разстояние от четирите кислорода или хидроксила, подредени в тетраедрична форма със силициевия атом в центъра, за да балансира структурата.

Силициево-кислородните тетраедри са групирани по такъв начин, че създават шестоъгълна мрежа, която се повтаря безкрайно и образува лист от Si 4 O 6 (OH) 4 състав. Тетраедрите са подредени така, че всичките им върхове са обърнати в една и съща посока, а основите лежат в една и съща равнина. Тази структура може да се разглежда като структура, състояща се от перфорирана равнина на кислородни атоми, разположени в равнината на основата на тетраедрични групи; равнини на силициеви атоми със силициеви атоми, разположени в кухината на кръстовището на три кислородни атома и следователно образуващи шестоъгълна мрежа; равнина на хидроксилни атоми, в която всеки хидроксил е разположен точно над силиция в горната част на тетраедрите.

Фиг. 1. Оксфордска глина (Джура) в Уеймут (Англия)

Глинените минерали принадлежат към две групи. В групата на каолинита минералът се характеризира с двуетажна (1:1 слой) решетка, състояща се от един октаедричен или гибситов слой, свързан с един силициево-кислороден тетраедричен слой. Тази решетка не се разширява с различно съдържание на вода и заместването на желязо или магнезий в слоя gibbsite не е известно. Друга група глинести минерали се характеризира с триетажна (2:1) решетка. В този тип решетка октаедричен алуминиев слой е притиснат между силициево-кислородни тетраедрични слоеве. Няколко важни глинести минерала принадлежат към триетажната група. В монтморилонита тези триетажни клетки са свободно комбинирани по оста С, а водата и катионите са разположени между тях. Количеството вода варира по такъв начин, че стойността на c варира от 9,6 до 21,4 o A. Минералът има набъбваща решетка.

Трислойните съединения могат също да се комбинират с калий, който поради подходящия йонен диаметър и координационни свойства свързва структурата толкова здраво, че разширяването е невъзможно. Така образуваната глинеста слюда е илит. Хлоритната група също има триетажна структура, характеризираща се с навлизането на слой брусит от Mg(OH) 2 между триетажните елементи. Във всяка структурна група са възможни много вариации в състава. Въпреки че на много от тях са дадени специални имена въз основа на състава, всяка група може да се счита, че показва безкрайно широк диапазон от състав. Глинените минерали се класифицират главно въз основа на тяхната структура.

Основни групи глинести минерали

група каолинит.Основният член на групата на каолинита е каолинитът, има формула (OH) 8 Al 4 Si 4 O 10 или Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Древното име на този минерал идва от китайците. Kau-ling - "висока планина"; това беше името на находището на каолина.

Химичен състав. Al2O3 39,5%, SiO2 46,5%, H2O 14%. Уд. Тегло 2,58-2,60. Форма на кристали. Повече или по-малко добре оформени ламеларни кристали са изключително редки и малки по размер (до 1 mm). Много вероятно те не са се отнасяли до каолин, а до дикит или накрит. По-често се наблюдават фрагменти от извити колоновидни кристални образувания, в уголемен вид, покриващи земни червеи. Агрегатите са рехави, люспести или плътно дребнозърнести.

Цвят. Отделните люспи и пластини са безцветни. Твърдите маси са бели, често с жълт, кафеникав, червеникав, понякога зеленикав или синкав оттенък. Блясъкът на отделните люспи и пластини е седефен, а на плътните маси е матов. Твърдост около 1. Отделните люспи са гъвкави, но нямат еластичност. Когато са сухи, земните маси се усещат постни на допир.

Анокситът е подобен на каолинита, с изключение на молекулното съотношение SiO 2:Al 2 O 3 приблизително три вместо две, което е по-рядко срещано. Дикитът и накритът, подобни по състав на каолинита, но с леки разлики в кристалната форма, също са членове на тази група.

Монтморилонитова група, кръстен на основния минерал от групата, монтморилонит, който има състав: (OH) 4 AL 4 Si 8 O 10 nH 2 O. Монтморилонитът е кръстен на местоположението си в Монморийон (Франция). Химичният състав не е постоянен, силно зависим от вариращото водно съдържание. Според анализа на чистите разлики се установяват следните колебания (%): Al 2 O 3 11-22, Fe 2 O 3 0-5 и повече (феримонтморилонит), MgO 4-9, CaO 0,8-3,5 и повече в калциев монтморилонит, SiO 2 48-56, H 2 O 12-24. Цветът на монтморилонита е бял със сивкав, понякога синкав оттенък, розов, розово-червен, понякога зелен. Блясък. Матово, когато изсъхне. Твърдостта на отделните люспи е неизвестна. Много мек. Мазни.

Забележителна и изключително важна характеристика на минералите от групата на монтморилонита е способността им да набъбват във вода, а при нагряване постепенно да отделят адсорбираната вода. Минералите от групата на монтморилонита включват по същество магнезий, по същество алуминий и междинни видове между тях. Магнезият обикновено замества някои от алуминиевите йони в решетката. Групата на монтморилонита включва бейделит, който има молекулно съотношение на SiO 2:Al 2 O 3 три, и нонтронит, в който оксидното желязо замества алуминия.

Илитова или глинесто-слюдена групавключва илит, който има обща формула (OH) 4 Ky(Al 4 Fe 4 Mg 4 Mg 6) (Si 8-y Al y) O 20, където "y" варира от 1 до 1,5. Илитът е вид бяла слюда, но се различава от тях вероятно по това, че съдържа по-малко калий и повече вода, отколкото обикновено е характерно за слюдата. В допълнение към разновидностите на илита, групата съдържа глауконит.

Хлоритна групасе състои от минерали, богати на магнезий, които са широко представени в шистите и в които железните йони заемат видно място. Хлоритът има химичен състав 5(Mg,Fe)O Al 2 O 3 3SiO 2 4H 2 O. Твърдост 2-2,5. Относително тегло 2,0-2,8. Стъкловиден до перлен блясък. Зелен цвят. Формата на кристалите е таблетки, люспи, слети с друзи.

Известни са и много "смесенослойни" глинести минерали. Структурата на тази група е резултат от подредено или неподредено разположение на основните глинести минерални пакети един спрямо друг по оста c. В някои от тях се забелязва напластяване на дву- и триетажни пластове. Такива видове структура със смесен слой обикновено се наричат ​​каолинит-илит, хлорит-илит и т.н., вместо да се измислят нови имена за всяка смес.

В допълнение към основните групи, изброени по-горе, някои глинести минерали са по-рядко срещани и имат донякъде различни кристални структури, като халоизит (OH) 16 Al 4 Si 4 O 6 , както и по-малко хидратиран метахалоизит (OH) 8 Al 4 Si 4 O 10 и алофан, некристален общ разтвор на силициев диоксид, алуминиев оксид и вода в различни пропорции. В някои случаи в глините се срещат вермикулит и палигорскит (сепиолит и атапулгит).

Халусионни минерали.Има две форми на халузиат, едната от които има състав (OH) 8 Si 4 O 10, а другата - (OH) 8 Si 4 O 10 4H 2 O. При относително ниски температури (- + 60 ° C), последната форма е необратимо дехидратирана и преминава в първата форма. Халюзиатичните минерали са изградени в последователни слоеве със същия структурен състав като слоевете, които изграждат каолинита.

Силно хидратираната форма се състои от слоеве каолинит, разделени от единичен молекулярен слой от водни молекули. Преходът към дехидратирана форма се причинява от загубата на водни молекули в междинния слой. Според Бриндли при ниски температури (60–75°C) настъпва само частична дехидратация и е необходима температура от около 400°C за пълно отстраняване на водата от междинния слой. При по-ниски температури се образуват частично дехидратирани форми, които могат да бъдат стабилни. В отлаганията халузиатът има тенденция да бъде частично дехидратиран, за да образува частично дехидратиран халузиат, който, ако депозитът е голям, постепенно преминава в хидратирана форма с дълбочина.

Има редица имена за различно хидратиран халузиат. Ниско хидратираната форма се нарича халузат или метахалузат, докато по-високо хидратираната форма се нарича хидратиран халузат, енделит или халузат.

алофанови минералиса онези компоненти на глинестите минерали, които са аморфни по отношение на рентгеновите лъчи. Подреждането на тетраедричните и октаедричните единици една спрямо друга в тях не е достатъчно правилно, за да позволи дифракция, или отделните структурни единици, които са добре подредени, са твърде малки по размер, за да дадат дифракционни ефекти.

Компонентите на алофан обикновено нямат определен химичен състав или форма. Глините, съдържащи алофан, често включват големи количества (+5%) фосфатен или сулфатен компонент. В допълнение, те обикновено съдържат относително малко алкали и алкалоземни съединения, което ги прави по-близки до монтморилонита, но последният има тенденция да съдържа малко магнезий.

Вермикулит в глинести минералинамерени в идеята за изключително фини частици, смесени с други глинести минерали и често в смесени слоеве структури. Определянето на неговите характерни свойства е трудно, а често и невъзможно. В тази връзка неговата диспергируемост във вода, както и характерната форма и размер на частиците, все още са неизвестни. Структурата на вермикулита е подобна на структурата на хлорита, с изключение на това, че в структурата на вермикулита междинните магнезиеви йони се хидратират по-често, отколкото в структурата на брусит. Подреждането на водните молекули около магнезиевите йони и сравнително големият заряд на повърхността на кристалната решетка в сравнение с монтморилонита очевидно предотвратяват набъбването на минерала, когато се третира с полярни молекули. Водата от междинния слой обаче се отстранява лесно при нагряване до температура от около 100°C и кристалната решетка на минерала се свива до почти 10 A 0 , подобно на монтморилонита, който се различава в това отношение от хлорита.

Визуално структурата на атапулгита може да бъде представена като сноп от блоковидни структурни единици, редовно закрепени заедно с дългите си страни. Външната страна на такъв сноп от блоковидни частици ще има формата на "плата и канали" или канали, а вътрешността им ще се състои от редуващи се твърди блокове и продълговати канали с ъглово напречно сечение.

Структурата на сепиолита е подобна на тази на атапулгита, като се различава от него главно по размера на блоковите структурни единици и заместванията в структурата. В сепиолита тези блокови структурни единици са около 50% по-широки, отколкото в атапулгита. В структурата на сепиолита има редки замествания на магнезиеви или силициеви йони. Среща се във влакнести разновидности с дървесен азбест, в хидротермални вени и като земни маси в езерни и морски седименти.

Палигорците отдавна са известни под наименованията "планинска хартия", "планински картон", "планинско дърво". Палигорските са алумино-магнезиеви силикати, в които алуминият и магнезият присъстват в приблизително равни количества. Тези минерали се характеризират с влакнеста структура.

Понастоящем няма общоприета класификация на глинестите минерали. Отделните изследователи подхождат към тяхната класификация от различни позиции и придават различно значение на определени характеристики на структурата на минералите. Ето защо е най-удобно да се разгледа, както се прави в много ръководства, структурата на най-често срещаните глинести минерали и техните основни разновидности.
Според характера на връзката и редуването на хетеро- и октаедричните мрежи в структурата на глинестите минерали те могат да бъдат разделени на следните основни групи, представени в природата от най-често срещаните видове глинести минерали;
- група каолинит,
- група смектити (монтморилонити),
- илитна група (хидромика),
- група хлорити.
Минералите от последната група не са глинести, но присъстват в глинестите скали и имат много общо с глинестите минерали по структура.
група каолинит.Структурата на каолинита е безкрайно редуване на пакети, наподобяващи страници на дебела книга, всяка от които се състои от два слоя; тетраедрични и октаедрични. Слоевете са свързани в пакети поради общите кислородни катиони, които едновременно принадлежат към тетраедъра и октаедъра на съответните слоеве (фиг. 10.3). Центровете на два от всеки три октаедъра са заети от Al3+ катиони. По този начин октаедричната мрежа на каолинита е диоктаедрична. Няма йонни връзки между съседни пакети в структурата на каолинита и те се държат в единична, безкрайно редуваща се слоеста структура на кристала чрез водородни връзки, действащи между групите (OH) на свободната повърхност на октаедричните мрежи и съседните кислородни атоми на свободна повърхност на тетраедрични мрежи на съседния пакет. Структурната формула на каолинита е Al4Si4O10(OH)8. Това съответства на следното съотношение на оксидите; SiO2 - 46,56%; Al2O3 - 39,50 и H2O - 13,94%. Химическите анализи на каолинитите показват, че изоморфните замествания в тяхната структура са изключително незначителни. Разстоянието между съответните повърхности на тетраедричните или октаедричните решетки на два съседни пакета, т.е. междуравнинното разстояние, за каолинита е 7,1-7,2 A.

В табл. Фигура 10.1 показва характерните междуравнинни разстояния и интензитетите на рентгеновите отражения на каолинита.
В тези случаи, когато каолинитът присъства в пробите като смес с хлорит, чието междуплоскостно разстояние е d001 = 14.3A, той може да не се забележи, тъй като за хлорит d002 = 7.15A, т.е. практически е равен на d001 от каолинит. Следователно, при наличие на хлорит, в допълнение към естествената проба се взема дифракционна картина на пробата, обработена с топла 10% солна киселина. Когато се третират с киселина, хлоритите се разтварят, докато каолинитът остава непроменен и може да бъде идентифициран чрез характерни отражения. В табл. Таблица 10.2 показва данните за ефекта върху глинестите минерали на различните обработки на пробите, които позволяват определянето на глинестите минерали в смеси.
Подробно изследване на природата на елементарната клетка на каолинита показа, че тя принадлежи към триклинната система.
Каолинитът при термографски анализ дава много характерна термограма. На диференциалната крива на нагряване се разграничава ясна ендотермична реакция, съответстваща на загубата на хидроксилна вода, започваща след 400 ° C и достигаща максимум при 600 ° C (фиг. 10.4), както и екзотермична реакция, очевидно свързана с образуването на кристален алуминиев оксид (Al2O3), чийто максимум е при 950°C.
Изследването на частици каолинит в трансмисионни и сканиращи електронни микроскопи показва, че каолинитът обикновено е представен от повече или по-малко добре оформени шестоъгълни (псевдохексагонални) ламеларни кристали, често с преобладаващо удължение в една посока (виж фиг. 10.5).
Полиморфните модификации на каолинита са дикит и накрит, които имат същия състав като каолинита, Al4Si4O10(OH)8. Според J. Grüner дикитът е моноклинен минерал. Nakrit, според S. Hendrix, може да се припише на ромбичната сингония.
Образуването на дикит е характерно за кластичните цименти на етапа на късна катагенеза-метагенеза. Може да се появи заедно с каолинита в глинести скали и тъй като има, подобно на каолинита, ламеларен псевдохексагонален навик (електронна микроскопия), той е практически неразличим от каолинита във формата на частиците. Въпреки това, според резултатите от рентгенов фазов (Таблица 10.3) и термографски (виж Фиг. 10.4) анализи, дикитът се диагностицира доста уверено.

Накрит е рядък минерал. Присъства в скалите. изложени на нискотемпературни хидротермални разтвори.
Близък по структура до каолинита е халоазитът, чиято формула Al4Si4O10*(OH)8*4H2O показва наличието на междупакетна вода в минерала. Халоазитът има характерна термограма (CM. Фиг. 10.4), която ясно показва ендотермична реакция в диапазона 60-100°C, което показва загубата на междупакетна вода. Наличието на водни молекули в кухините между пакетите води до увеличаване на междуплоскостното разстояние на халоазит до 10-10,1 A (виж Таблица 10.3). За разлика от каолинита и дикита, частиците на халоазита имат удължена, тръбна форма (виж фиг. 10.5). В глинестите скали халоазитът може да се появи заедно с каолинит и монтморилонит и да образува независими натрупвания в кората на изветряне.
Заедно с каолинит и халоазит може да се появи алофан - рентгенов аморфен глинест минерал с колоиден характер, който е аморфна колоидна смес или твърд разтвор на свободен алуминиев оксид и силициев диоксид, образуван по време на съвместната им коагулация. Химическата формула на алофан е mAl20*nSiO2*pH2O. Минералът се среща в кората на изветряне, въглеродните пластове, бокситите, кафявата желязна руда и други скали.

Смектит група в (монтморилонит). Терминът "смектит" често се използва за обозначаване на минерали, които имат подобна структура и образуват една структурна група, типичен представител на която е монтморилонитът. Наред с това термините „монтморилонитови минерали“ или „монтморилонити“ могат да бъдат намерени като име на група в геоложката литература.
Структурата на смектит (монтморилонит) може да бъде представена като безкрайно редуване на плоски пакети, всеки от които има трислойна структура: в средата има октаедричен алуминиево-кислородно-хидроксилен слой, отгоре и отдолу - един тетраедричен силиций -кислороден слой (виж Фиг. 10.3), тетраедричните решетки се завъртат така, че върховете на тетраедрите да сочат навътре към октаедричния слой. Във върховете на октаедрите, общи за тетраедрите, вместо хидроксилни групи (ОН), се намират кислородни атоми. Структурата е диоктаедрична. Поради факта, че повърхностите на трислойните пакети са образувани от неутралните основи на тетраедрите, връзката между пакетите е много слаба; те се задържат в триизмерната кристална структура само от силите на Ван дер Ваалс. Следователно водните молекули се намират в междупакетното пространство, което води до разширяване на кристалната решетка по посока на оста c, т.е. води до увеличаване на междуравнинното разстояние, което за смектитите (минерали от групата на монтморилонита) е променлива стойност в зависимост от степента на насищане на междупакетното пространство с водни молекули, някои органични съединения или катиони.

Теоретичната структурна формула на идеализирания смектит (с изключение на изоморфните замествания) е доста проста - Al2Si4O10(OH)2*nH2O. Формулите на реалните смектити винаги се различават от тази идеализирана формула, тъй като в тетраедричните мрежи част от Si4+ (до 15%) се заменя с Al3+, по-рядко с Fe3+; и в октаедричната мрежа част от Al3+ (а понякога и целият Al3+) се заменя с Mg2+ или Fe3+. С пълната замяна на октаедричния алуминий с Mg2+, минералът придобива триоктаедричната структура на октаедричния слой. При изоморфни замествания възниква излишен отрицателен заряд на пакетите, който обикновено се компенсира от Na+ и Ca2+ катиони, понякога частично от K+ или Mg2+, които заедно с водните молекули запълват междупакетното пространство на кристалната решетка.
Широкото развитие на процесите на изоморфно заместване на Al в октаедри и Si в тетраедри води до образуването на голям брой разновидности на глинести минерали, принадлежащи към смектитната група.
В табл. 10.4 е показан съставът на основните минерали от смектитната група.

В допълнение към изброените в таблицата, има много други минерали, класифицирани като смектити, сред които са относително редки: волконскоит (хромен смектит), соконит (цинков смектит) и др.
Между такива минерали като монтморилонит и бейделит, монтморилонит и нонтронит, бейделит и нонтронит и др., Могат да съществуват изоморфни серии от минерали с променлив състав, чиято общоприета класификация и номенклатура все още не е разработена.
Най-разпространеният в природата минерал от смектитната група е монтморилонитът, на който често се нарича цялата група. В зависимост от катионите и броя на водните молекули, запълващи междупакетните пространства, структурата на монтморилонита се характеризира с различни междуравнинни разстояния. Така структурата на монтморилонита с Na+ катиони и един молекулен слой вода има междуравнинно разстояние от приблизително 12,5 A. Монтморилонитът с Ca2+ катиони обикновено съдържа два молекулни слоя на огнището и има междуплоскостно разстояние от 15,5A (Таблица 10.5).

В пробите често се отбелязва наличието на монтморилонит с междуплоскостно разстояние 001 = 14,0-14,5 A. За определяне на монтморилонит, според рентгенов фазов анализ, важна роля играе способността на решетката на този минерал да се разширява по протежение на оста c, т.е. способността за увеличаване на междуплоскостното разстояние, когато междупакетните пространства са наситени с молекули на такива органични съединения като етиленгликол и глицерин. Независимо от първоначалното междуплоскостно разстояние на естествения монтморилонит след насищането му с етиленгликол, междуплоскостното разстояние се увеличава до 17,0A. Ако пробата е наситена с глицерин, тя се увеличава до 17,7-17,8 A (Таблица 1.0.6). Отгряването на проби от монтморилонит в продължение на два часа при температура 600°C води до намаляване на междуплоскостното разстояние до 9,5-10,0 A, което също помага за идентифициране на минерала (виж Таблица 10.2).
При сравняване на дифракционните модели на естествени проби и проби, наситени с етиленгликол или глицерол, наличието на монтморилонит може лесно да се установи чрез увеличаване на междуравнинното разстояние дори в смеси с други глинести минерали. За по-точна диагностика на сортове смектитни минерали се използват данни от химичен анализ, според които се изчисляват структурните формули на минералите.
Значителна помощ при идентифицирането на смектитните минерали оказват резултатите от техния термографски анализ. Термограмите на всички смектити ясно показват ендотермична реакция с максимум между 150° и 200°C, свързана с изтичането на междупакетна вода от минералната решетка. Естеството на термограмите на отделните минерали от смектитната група е показано на фиг. 10.4.
Едно електронно микроскопско изследване на монтморилонит показва, че неговите частици нямат кристалографски очертания и са произволни, неясни маси с размазани, размити ръбове (виж Фиг. 10.5), очевидно образувани от агрегати от насложени малки люспести частици с дебелина, близка до дебелината на елементарен пакет.
Близки по структура до смектитите са вермикулитите, често изолирани като независима група минерали. Структурата на вермикулитите е трислойна, състои се от две външни тетраедрични мрежи и вътрешна октаедрична мрежа (за структурата на монтморилонита вижте фиг. 10.3). В междупакетното пространство Mg, Ca и някои други, както и водни молекули присъстват като обменни катиони. Обща формула на вермикулит

където х = 0,5/0,7 до 1,0.
В глинестите скали фино диспергираните вермикулити често присъстват като примес с други глинести минерали или образуват смесенослоеви образувания като монтморилонит - вермикулит, хлорит - вермикулит и др. 0-14.5A, във връзка с което вермикулитните минерали се определят в наличие на монтморилонити или хлорити. Вермикулитите се различават от монтморилонитите по липсата на увеличаване на междуплоскостното разстояние при третиране с глицерол, след като минералът е предварително наситен с магнезиеви катиони; и от хлорити - чрез намаляване на d001 до 9.4-10.0A след калциниране при 600 ° C (виж таблица 10.2).
По този начин вермикулитите от глинести скали имат структурата на илити и смектити, а връзките между пакетите във вермикулитите са по-слаби, отколкото в минералите от групата илит (хидромида), но по-силни, отколкото в минералите от групата смектит (монтморилонит).
Илитова (хидрослюдна) група.Терминът "илит" е предложен от американските изследователи Р. Грим, Р. Брей и У. Брадли (1937) за обозначаване на различни слюдоподобни глинести минерали. Понастоящем в този смисъл той се използва широко в чуждестранната геоложка литература. В Русия терминът "хидрослюда" се използва по-често за обозначаване на подобни на слюда глинести минерали. В този случай илитът се разбира като фино диспергиран глинест минерал, който е хидратиран аналог на мусковита.
Структурата на илитите е подобна на тази на смектитите (виж фиг. 10.6 и 10.3). Той се формира от редуващи се трислойни пакети, всеки от които се състои от две тетраедрични силициево-кислородни мрежи, обърнати от върховете на тетраедрите един към друг, и октаедричен алуминиево-кислородно-хидроксилен слой, затворен между тях. Идеализираната формула на илита, която всъщност съвпада с формулата на мусковита KAl2(AlSi3)O10(OH2), показва, че в резултат на изоморфното заместване на част от Si4+ в силициево-кислородните тетраедри с Al3+ се получава излишен отрицателен заряд възниква, което се компенсира от катиони К+.Последните са разположени в междупакетни пространства в шестоъгълни "вдлъбнатини", присъстващи на повърхността, образувана от основите на тетраедрите, и твърдо свързват съседните пакети, предотвратявайки разширяването на решетката по оста c. Характеристиката на междуплоскостното разстояние на илитите е 10 A. Тя не се променя нито когато минералът е наситен с етиленгликол или глицерол, нито след като е калциниран при температура от 600 ° C (виж таблица 10.2).
Слюдоподобните диоктаедрични глинести минерали (илити) се различават от мусковита с по-ниска степен на заместване на Si4+ с Al3+ и съответно с по-ниско съдържание на калий, което компенсира излишния отрицателен заряд на пакетите. Така в мусковита теоретичното съдържание на K2O е 11,8%, докато в илитите в повечето случаи варира от 3-4 до 8%. В илитите са широко разработени изоморфни замествания на алуминий в октаедри за Fe3+, Mg2+, Fe2+ и др.. Общата формула на минералите от групата на илита може да бъде представена във формата

където x = 0,5/0,75.
В междупакетния комплекс, наред със значително преобладаващо k, има водни молекули и понякога има известно количество Na, Ca, Mg катиони. С увеличаване на степента на заместване на Al3+ в октаедри върху Fe3+, Fe2+ и Mg2+ се появява глинен минерал, известен като глауконит. Според С. Хендрикс и К. Рос средният състав на диоктаедричен глауконит, без да се взема предвид вътрешнопакетната вода, се изразява с формулата

Слюдоподобните глинести минерали - илитите са основните компоненти на по-голямата част от глинестите скали. Преобладаващата маса от глинести скали се състои от минерали от илитовата група и смесенослоеви образувания, в които илитите играят значителна роля. Установено е, че в глинестите скали присъстват три политипни разновидности на илитови минерали, които се различават един от друг по характера на наслагването на слоевете, които образуват тяхната кристална решетка;
- политип 1М - илити с междуплоскостно разстояние 10А, притежаващи моноклинна кристална решетка, която дава ясни остри симетрични пикове на дифракционни картини. Това също включва 10-ангстрьомови илити с нарушена решетка, т.е. слабо кристализирани (подтип 1Md). На дифракционните образи те се характеризират с ниски дифузни отражения, "разпростиращи се" към големи ъгли от 20;
- политип 2M1 (M1 означава една от двете теоретично възможни разновидности) - илити от системата moucline, чиято единична клетка покрива два пакета с междуравнинно разстояние d001 = 20A;
- политип 3T - илити от тригонална система с единична клетка, включваща три пакета с междуравнинно разстояние d001 = 30A. Политипът ZT е много по-рядък от 1M, (1Md) и 2M1.
Не винаги е възможно да се направи разлика между различни полиграфи на илюстрации според данните от рентгенофазовия анализ на фино диспергирани фракции. Факт е, че чистите мономинерални натрупвания на илитови минерали са рядкост. В повечето глинести скали илитите присъстват в смеси с други глинести минерали, хлорити и под формата на смесени пластове.
Г.В. Карпова дава данни за отделен рентгенов анализ на илити от политип 1M (1Md) и 2M1 (Таблица 10.7).

На термограмите на илита (виж фиг. 10.4), в температурния диапазон от 100-200 ° C, се записва ендотермична реакция, свързана с изтичането на междупакетна вода. Втората ендотермична реакция, съответстваща на загубата на хидроксилна вода от минерала, започва около 450-500°C и има максимум между 550-650°C. Интензитетът и температурният диапазон на тази реакция варират в различните илити. Третата ендотермична реакция, очевидно свързана с разрушаването на структурата на илитите, се проявява между 850 ° и 950 ° C. Накрая, при около 1000°C се наблюдава слаба екзотермична реакция на образуване на алуминиев оксид и шпинел.
Изследването на формата на частиците илит с помощта на електронен микроскоп показва, че глинестите скали съдържат два вида частици илит:
- субизометрични ламеларни частици, принадлежащи към политиповете 2M1 и 1M, според някои изследователи, навлизащи в седимента поради ерозия на по-стари седиментни и метаморфни скали;
- удължено-ламеларни, "разцепени", частици (фиг. 10.5) от политипа 1M (1Md), които са с автигенен произход.

Хлоритна група. Минералите от групата на хлорита имат четирислойна структура (фиг. 10.6), а елементарният пакет се състои, така да се каже, от две части: трислойна част, подобна на пакетите на илитите, и друг слой от магнезий- хидроксилни октаедри (слой брусит). Междуравнинното разстояние на фино диспергирани хлорити от глинести скали е 14,0-14,3A. Съставът на хлоритите е значително различен поради широко разпространения феномен на изоморфни замествания в рамките на тетра- и октаедрични мрежи. Общата формула за хлоритите е

В глинестите скали фино диспергираните хлорити винаги присъстват в смес с глинести минерали или под формата на смесенослоести образувания като хлорит-монтморилонит, илит-хлорит и др. Наличието на хлорити в глинестите фракции се записва чрез характерен X- лъчеви отражения, основните от които са отраженията от базалната равнина 001, особено отраженията от равнината 001 = 14,0-14,3 A (Таблица 10.8).

В случаите, когато в скалата присъства смес от глинести минерали и хлорити, последните са трудни за разграничаване от монтморилонитите с doo1 = 14,0-14,5 A или дори каолинитите (d001 = 7,15 A), ако отражението на 14,3 A от хлорита е размито. За контрол пробите се третират с топла солна киселина HCl, в която се разтварят хлоритите и съответно изчезват техните отражения върху дифракционните картини, както и насищането на пробите с глицерин, след което, ако в пробите има монтморилонити, появяват се отражения 001 = 17.8A (вижте Таблица 10.2).
Група от смесенослойни образувания.Както показват изследванията на различни глинести скали, в тях широко се използват глинести минерали, чиято кристална решетка е редуване на пакети от структури на илит, монтморилонит и вермикулит един с друг или с пакети от хлоритна структура. Такива глинести минерали се наричат ​​минерали от смесен слой. Те обикновено се редуват между два вида пакети; илит-монтморилонит, илит-хлорит, хлорит-вермикулит и др. Смесенослойните минерали с редуващи се двуслойни пакети все още не са надеждно установени.
Съществуват два основни вида смесенослойни образувания.
Подредени формации. Пакети с различен състав се редуват в тях по правилен начин: ABABAB или ABBABBABb и т.н. Подредените смесенослойни образувания са минерали с определен състав. Тяхното междуплоскостно разстояние е равно на сумата от междуплоскостните разстояния на редуващи се пакети. На дифрактограмите са фиксирани серии от съответни базални отражения 001, 002, 003 и т. н. Някои смесенослойни минерали са получили специални имена. Например, корензитът е редовно редуване на пакети от хлорит и монтморилонит, бравезит - илит и монтморилонит, ректорит - вермикулит и пирофилит.
Нарушени образувания. Пакети от различни видове се редуват произволно, неравномерно: ABAAAAAABBBBB и т.н., което значително усложнява изучаването на детайлите на структурата на такива минерали. Тълкуването на дифракционни модели, получени от неподредени смесени слоести структури, често е много трудна задача. Неподредените смесени пластове, особено от типа илит-монтморилонит, са изключително широко разпространени в участъци от глинести пластове.
На фиг. 10.7 е диаграма, предложена от J. Luca, T. Kamets и J. Millo, показваща междуравнинното разстояние на основните глинести минерали, смесени слоеве образувания и промяната в тези междуравнинни разстояния след различна обработка на пробите.

съставляващи по-голямата част глинени находищаи повечето почваи определяне на техните физикохимични, механични и други свойства.

Глинените минерали са продукт изветрянепредимно алумосиликатии силикати от магмени и метаморфни скали на дневната повърхност. В процеса на изветряне глинестите минерали претърпяват поетапни трансформации на структурата и химичния състав в зависимост от промените във физикохимичните условия на средата на изветряне и утаяване. Размерът на частиците на глинестите минерали в глините в по-голямата си част не надвишава 0,01 mm. Според кристалната структура глинестите минерали принадлежат към слоести или псевдослоести силикати.

Висока специфична повърхност изоморфни замествания, изобилието от чипове в кристалната решетка и некомпенсирани заряди дава глинести минерали катионен обменен капацитет. Те също са способни да свързват химически водата.

Съставът на минералите включва слоеве, състоящи се от силициево-кислородни тетраедри и алуминиеви хидроксилни октаедри, тези слоеве са комбинирани в елементарни пакети, чиято съвкупност образува минерална частица. Според набора от слоеве в пакета се разграничават няколко групи глинести минерали:

• Група каолинит(каолинит, халоазит) с пакет, състоящ се от един слой октаедри и един слой тетраедри. Опаковките са здраво свързани помежду си и прилягат плътно една към друга, в резултат на което водните молекули и металните катиони не могат да навлязат в междупакетното пространство и минералът не набъбва във вода, а също така има ниска катионен обменен капацитет(ЕКО).
• Група монтморилонитили смектитна група (монтморилонит, нонтронит, бейделит и др.) с трислоен пакет от типа тетраедър-октаедър-тетраедър. Връзката между опаковките е слаба, там прониква вода, поради което минералът силно набъбва. Има висок CEC (до 80-120 meq на 100 g).
• Група хидрослюди (хидробиотит, хидромусковит и др.) също с трислоен пакет, но със силна връзка между тях. Практически не абсорбират вода и не набъбват в нея. Те са с високо съдържание калий, тъй като неговият йонен радиус му позволява да навлезе в кухините на минералната структура.
• Група хлоритс четирислойна набъбваща структура.
• Група минерали със смесени слоеве с редуващи се пакети от различни видове. Те носят имената на видовете илит-монтморилонит, вермикулит-хлорит и др., свойствата варират значително.

Литература

• Гинзбург I.I., Рукавишникова I.A., Минерали на древната кора на изветряне на Урал, М., 1951;
• Рентгенови методи за изследване и структура на глинести минерали, прев. от английски, М., 1965.

Фондация Уикимедия. 2010 г.

• Серицит
• Серпентина

Вижте какво представляват "глинестите минерали" в други речници:

глинести минерали- водни силикати и алумосиликати Ch. обр. Al и Mg, както и Cu, Fe, K, Na; понякога съдържат Cr, Zn, Li, Ni и други елементи. Има G. m., Състоящ се от: а) двуетажни силикатни слоеве (гр. Каолинит), б) триетажни силикатни слоеве ... ... Геологическа енциклопедия

глинести минерали- статус на молио минерали T sritis chemija apibrėžtis Al, Mg, Cu, Fe, K, Na хидросиликата и алиумосиликата. атитикменис: англ. глинести минерали англ. глинести минерали... Chemijes terminų aiskinamasis žodynas

глинести минерали- група водни силикати, които съставляват по-голямата част от глините и определят техните физикохимични, механични и други свойства. G. m. са продукт на изветряне главно на алумосиликати и силикати от магмени и метаморфни ... ...

ГЛИНЕСТИ МИНЕРАЛИ- вторични водни силикати, алумосиликати и феросиликати, както и прости оксиди и хидрати на силиций, железни и алуминиеви оксиди, които съставляват по-голямата част от глини, калници и тънки (< 0,005 мм) фракций некоторых других осадочных пород. Наиболее… … Речник по хидрогеология и инженерна геология

ГЛИНЕСТИ МИНЕРАЛИ- - водни силикати, главно алуминий и магнезий, както и желязо, калий, натрий. Те съставляват по-голямата част от седиментните глинести скали, изветрителните кори, почвите, съставляват разпръснатата част на редица кластични, карбонатни и други скали и ... ... Палеомагнетология, петромагнетология и геология. Справка към речника.

МИНЕРАЛИ И МИНЕРАЛОГИЯ- Минералите са твърди природни образувания, които са част от скалите на Земята, Луната и някои други планети, както и метеорити и астероиди. Минералите, като правило, са доста хомогенни кристални вещества с подреден вътрешен ... ... Енциклопедия на Collier

глинени частици- - частици, съдържащи се в пясъка, с размери по-малки от 0,002 mm. [GOST 32708 2014] Заглавие на термина: Рубрики на пясъчната енциклопедия: Абразивно оборудване, Абразиви, Пътища, Автомобилно оборудване ...

Глинести, прахообразни и тинести примеси в пясъците- - наличието на примеси от глина и тиня в строителния пясък (частици с размер на частиците до 0,05 mm) може да повлияе на якостта на адхезия на разтвора към основата, кохезионната якост на разтвора, неговото свиване, устойчивост на пукнатини и . .. ... Енциклопедия на термини, определения и обяснения на строителните материали

Глинени минерали- М., имащ слоеста или слоеста верижна структура, клас водни силикати и алумосиликати. Размерът на техните кристалити в по-голямата си част не надвишава 0,001 mm. Към М.г. включват минерали от групите слюда, хидрослюди, хлорити, вермикулити, палигорскити ... Обяснителен речник по почвознание

Хипергенни минерали- минерали, които възникват в зоната на хипергенеза, т.е. в най-повърхностната част на земната кора, при ниски температури и налягания (виж Хипергенни процеси). За G. m. е характерна хидратацията (влизане в кристалната решетка ... ... Велика съветска енциклопедия

Книги

• Памет на почвата. Почвата като памет за взаимодействията биосфера-геосфера-антропосфера, . В това издание почвата и педосферата на Земята се разглеждат като памет за взаимодействията биосфера-геосфера-антропосфера. За първи път теоретичните основи и...

39. Глинени минерали (общи свойства). Какво обяснява съдържанието на влага в глините? техните сорбционни свойства.

глинести минерали. Глинените минерали са широко разпространени в седиментните скали. Те представляват голяма и сложна група от слоести и слоесто-лентови силикати и алумосиликати. Структурата им е слоеста или слоесто-лентова. Отделни слоеве са образувани от взаимосвързани тетраедри и октаедри. В върховете на тетраедрите има кислородни йони, в центъра - силиций (понякога алуминий в четворна координация). В върховете на октаедрите са кислородни и хидроксилни йони, в центъра -

алуминий, желязо, магнезий (шеста координация). Октаедричните слоеве могат да бъдат напълно заети (триоктаедрични) и частично - два от всеки три са заети (диоктаедрични). Тези слоеве образуват двуслойни (един слой от тетраедри и един слой от октаедри) и трислойни (два слоя от тетраедри със слой от октаедри, затворени между тях) пакети. Връзката между слоевете се осъществява чрез кислород и хидроксил, които са общи върхове на тетраедри и октаедри. Пространствената решетка на каолинита е набор от двуслойни пакети с дебелина (междуплоскостно разстояние) 0,71-0,72 nm. Базални отражения 001 първият ред е 0,71-0,72, вторият - 0,355-0,360, четвъртият - 0,1775-0,1800 nm.

В хидрослюдата решетката се състои от набор от трислойни пакети с дебелина 1,0- 1,02 nm. Базални отражения OO1първият ред е 1,00-1,02, вторият - 0,50-0,51, четвъртият - 0,250-0,255 nm.

Пространствената решетка на монтморилонита се формира от трислойни пакети, между които са затворени слоеве вода и обменни катиони. Съдържанието на последното може да варира значително, следователно междуравнинното разстояние на монтморилонита варира в широк диапазон - от 0,96-1,001 nm при липса на вода и обменни катиони до 1,7-1,8 nm или повече с високо съдържание на вода и обмен катиони (средната стойност при нормална влажност е приблизително 1,40-1,50 nm).

Наред с обичайните глинести минерали има и по-сложни образувания - смесенослойни сраствания на минерали. Пространствената решетка на такива сраствания се състои от пакети, принадлежащи на различни минерали: монтморилонит и хлорит (U=2,80 nm), хидрослюда и каолинит (d=1,70 nm), монтморилонит и каолинит (s1\u003d 2,10-2,30 nm) и т.н. Тези минерални образувания са своеобразни "хибриди" и се считат от редица учени за епитаксични израстъци.При изследването им рентгеновият анализ е от особено значение - единственият метод, който позволява да се идентифицират тези сраствания.

По произход глинестите минерали могат да бъдат както аутигенни, така и алотигенни образувания. Поради високата им степен на дисперсност диагностиката им е трудна с конвенционалните методи на кристалооптичен и химичен анализ. Изследването на глинести минерали в масовата работа на петрограф трябва да бъде комплексно с използването на оптичен, хроматичен и капков анализ. Успоредно с това част от пробите трябва да бъдат изследвани с прецизни методи: рентгенов, термичен и електронен микроскоп. Обобщение на оптичните и някои други свойства на глинестите минерали е дадено в табл. 72-74.

Общи характеристики на всички глинести минерали са: 1) малкият размер на техните кристали; 2) химичен състав (AI2O3, SiO2, H2O, понякога K, освен това AI и Si в някои минерали се заменят с други елементи, особено Mg, Fe); 3) ламеларна или люспеста форма, поради структурата на решетката и 4) някои оптични свойства - ниски индекси на пречупване, предимно малко по-високи, по-рядко малко по-ниски от канадския балсам; кристалните имат моноклинна сингония.

Твърдост (2,5) и sp. тегло (2,40-2,59) са определени точно само за каолинита. Цветът на каолинита и халоазита е бял (безцветен), други минерали от тази група понякога имат жълтеникав, червеникав, синкав или зеленикав цвят.

СВОЙСТВА НА ГЛИНЕСТИТЕ СКАЛИ

Познавайки факторите, които определят свойствата на глинестите скали и методите за оценка на минералния състав и микроструктурата, ще се опитаме да обясним природата на някои важни и много специфични свойства на глините, които са от голямо значение в живота на хората.

подуване

Под подуване се разбира способността на глинестите скали да увеличават обема си в процеса на взаимодействие с вода или водни разтвори. Процесът на набъбване е придружен от увеличаване на съдържанието на влага, скалния обем и налягането на набъбване.

Подуването на глинести скали е тяхното важно свойство, което трябва да се вземе предвид при извършване на строителни работи и експлоатация на инженерни конструкции. Подценяването на способността за набъбване на глините може да доведе до сериозни последствия и аварии. Обяснявайки същността на набъбването на глината, трябва да се отбележи, че този процес протича на два етапа: първият етап е адсорбция или вътрешнокристално набъбване, вторият е макроскопично или "осмотично" набъбване. На първия етап глинестите скали абсорбират влагата поради адсорбцията на водни молекули от повърхността на глинестите частици и междуслойните пространства на кристалната решетка на глинестите минерали. Този етап практически не оказва влияние върху промяната в обема на скалата. Във втория етап на набъбване абсорбцията на влага се извършва с помощта на осмотично налягане. Това се случва близо до повърхността на глинестите частици поради прекомерната концентрация на многобройни обменни катиони, които са се дисоциирали (отклонили) от повърхността на глинестите частици в разтвора. Основното увеличение на обема на отока глинавъзниква точно на този макроскопичен етап.

Големината и характерът на набъбването на глинестите скали се определят от много фактори, основните от които са минералният състав, дисперсността и структурата. Глинените скали, които съдържат глинести минерали с подвижна кристална структура (например монтморилонит), имат най-голямо набъбване, а минералите с по-твърда кристална структура (каолинит) имат най-малко набъбване. Структурата на глините също оказва силно влияние върху набъбването, като природата на структурните връзки е от решаващо значение.

Глинените скали с преобладаваща ориентация на структурните елементи се характеризират с изразена анизотропия на набъбване. Най-голямото подуване се отбелязва в посока, перпендикулярна на ориентацията на частиците. По време на процеса на набъбване настъпва значително преструктуриране на първоначалната микроструктура на глинестите скали.

Особено трудно е разглеждането на якостните свойства на глинестите скали във връзка със специфичното им поведение при взаимодействие с вода. Добре известно е, че глините губят здравината си при навлажняване, когато от плътни и високоякостни скали се превръщат в пластични или течни тела.