Монтмориллонит это минерал, сложное неорганическое вещество, в состав которого входят: кальций Са, натрий Na, магний Mg, алюминий Al, железо Fe, кремний Si, водород Н и кислород О.
Входит в группу монтмориллонита, минеральный вид переменного состава—(Са, Na)(Mg, Al, Fe)2(OH)2[(Si, Al)4O10]xnH2O.
Изменяющийся от силиката Са, Na, Mg и Fe собственно монтмориллонита — (Са, Na)(Mg, Fe)2(OH)2[Si4O10]xnH2O до алюмосиликата Na, Са, Al и Mg бейделлита — (Na, Са)(Аl, Mg)2(OH)2[AlSi3O10]xnH2O.
Химическая формула монтмориллонита (Са, Na)(Mg, Fe)2(OH)2[Si4O10]xnH2O.
Что такое минерал монтмориллонит
Монтмориллонит получил название по месту нахождения (месторождения Монтмориллон во Франции и Бейделл в США).
Химический состав монтмориллонита колеблется в таких пределах: химическая формула , массовая доля оксида кремния SiO2 — 33,40%, массовая доля оксида алюминия Аl2O3 — 0,14—29,90%, массовая доля оксида кальция СаО — 0,16—3,52%.
Массовая доля оксида натрия Na2O — 0,11 — 3,04%, массовая доля оксида магния MgO — 0,23—31,61%, массовая доля оксида железа Fe2O3 — 0,03—29,46%, FeO — 0,19—0,95%, массовая доля воды H2O — 11,96—26,0%.
Сингония моноклинная или ромбическая.
Структурная ячейка содержит 2 единицы; а0 = 5,17, b0 = 8,94, с0 = 15,2; 0 = 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.
Между пакетами находятся молекулы воды и обменные катионы, определяющие особенности минералов группы монтмориллонита.
Обменные катионы («внешние основания»— Са, 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 (напри-мер, Аl3+ на Mg2+ или Si4+ на Аl3+). 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 Са2+, Mg2+ , Na+и в меньшей мере К+. 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 Fe8+, Cr8+, Са2+, Mg2+, Zn2+ Cu2+ и Li2+.
И тогда возникают такие разности монтмориллонита:
1) нонтронит — Fe2(OH)2[Si4O10] xnH2O (ферримонтмориллонит);
2) керолит Mg3(OH)2[Si4O10]xnН2O (сапонит);
3) соконит — (Al, Zn)2(OH)2[Si4O10] х 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]xnН2O (купро-монтмориллонит);
5) хризоколла — Cu3(OH)2[Si4O10]xnН2O;
6) волконскоит — (Mg, Са,Сr, Al)3(OH)2[Si4O10]xnН2O (хроммонтмориллонит);
7) гекторит — (Mg, Li)2(OH)2[Si4Oi0]xnH20 (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, Сr 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).
Двупреломление обычно колеблется в пределах 0,025—0,040. Плотность, твердость и оптические свойства изменяются в зависимости от состава минерала, степени раскристаллиза-ции и гидратации.
Минералы группы монтмориллонита набухают в присутствии воды, в связи с чем величина с0 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.
Как определить монтмориллонит
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. 2) обнаруживаются два или три эндотермических эффекта:
1) при 120—200° С (выделение слабосвязанной межпакетной воды),
2) при 600—730° С (выделение гидроксила),
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, Са 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 ритмориллонита образуются главным образом в условиях щелочной среды при разложении вулканических туфов, пепла.
Встречаются они в морских адках, 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 бейдел-лита 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
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), Германия, 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.
Применение
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, Сu, Zn разности монтмориллонитовых глин вместе с другими минералами этих металлов могут использоваться как руды на соответствующие металлы.