Реферати українською » Геология » Бентоніт як природний наноматериал


Реферат Бентоніт як природний наноматериал

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Зміст

Запровадження

1 Родовищабентонитов

1.1Гидротермально-метасоматические родовища

1.2Вулканогенно-осадочние родовища

1.3Терригенно- іколлоидно-осадочние родовища

1.4Элювиальние родовища

2Химико-минеральний склад

3 Структура бентонітових глин

3.1 Загальні інформацію про структурі глинистих мінералів

3.2 Структурамонтмориллонитових верств

4 Властивостібентонитов

4.1 Хімічні іструктурно-механические властивостібентонитов

4.2 Фізичні властивостібентонитов

4.2.1 Дисперсність

4.2.3 Середня щільність і пористість

4.2.3Пластичность

4.2.4Набухаемость

4.2.5Коллоидальность

5 Застосуваннябентонитов

5.1 Будівельні пластмаси

5.2Бентонитовие суспензії

5.3Гидроизолятори

5.4 Будівельна кераміка

5.5 Бурові розчини

5.6 Виробництво залізорудних котунів

5.7Литейное виробництво

Укладання

Список літератури


Запровадження

бентонітнаноматериал родовище

Відповідно до поданням класичної кристалографії, дрібними одиницями, у тому числі побудований мінеральний світ, є елементарна осередок, яка має практично всі властивостямимакрокристаллов. Проте елементарна осередок складається з ще більше дрібних об'ємних одиниць, котрі мають завершеними властивостями кристалів. Їм назва доменів, кластерів тощо. Поєднання цих об'ємних одиниць нескінченно, розташовуючись належним чином у просторі, можуть створювати нове речовина зі властивостями, різко відмінними від стандартів. Маніпулюючинанообъектами з допомогою спеціальних технологій, можна принципово нові матеріали і конструкції.

>Наноразмерние речовини створюють у лабораторіях, та був на відповідних підприємствах, проте багато дослідників вважають, що такі сполуки можуть бути у природі.

Головним що становить бентонітових глин ємонтмориллонит (>Al2O3·4SiO2·H2O) ібейделлит (>Al2O3·3SiO2·nH2O). Мінералмонтмориллонит вперше виявлено в 30-х роках мови у Франції, у білих і рожевихбентонитах навколо р.Монтмориллон, з яким і пов'язане за його назву [1].Минералимонтмориллонитовой групи (>смектити) мають практично всі властивостями природних нанорозмірних частинок.

Наприкінці в XIX ст. великі покладимонтмориллонитових глин, виявлено в штатах Вайомінг з почту «фортБентон» – в 1888 р., звідки і пішла найменування «>бентонити», вперше застосоване 1898 р. У. До.Найтом [2].

Щоб природні наночастки за своїми властивостями могли конкурувати з штучниминаноматериалами, необхідно використовувати бентоніт високої якості із вмістоммонтмориллонита 85 – 95%.

Глини із вмістоммонтмориллонита менш 60 – 70% доцільно називатибентонитоподобними. Як домішок вбентонитах ібентонитоподобних глинах зустрічаютьсясмешаннослойние мінерали,гидрослюда,каолинит,галлуазит, інодіпалигорскит, цеоліти та інших.

По складу обмінних катионівбентонити можна підрозділяти на лужні, де основним компонентом є катиони натрію;щелочноземельние (кальцієві, магнієві,кальциево-магниевие імагниево-кальциевие), де понад половини обмінних катионів належать кальцію і магнію, і змішані, у яких вміст лужних іщелочноземельних компонентів приблизно однакова.

>Щелочниебентонити характеризуються високоїнабухаемостью (до 8 – 19 раз),коллоидальностью,дисперсностью і належать до дефіцитним різновидам.Щелочноземельниебентонити мають малоїгидрофильностью (тобто слабко чи взагалі не набухають), меншоюдисперсностью іколлоидальностью. Бентоніти змішані характеризуються проміжними властивостями.

Бентонітищелочноземельние і змішані при обробці їхнатриевими препаратами легко перетворюються на лужні, з усіма властивими їм властивостями –набухаемостью,дисперсностью,коллоидальностью. Бентоніти, оброблені при встановлених оптимальних режимах мінеральними кислотами (сірчаної чи соляної), різко підвищують своїадсорбционние і каталітичні властивості.Нестойкие стосовно кислотібентонити американські дослідники запропонували іменуватисуббентонитами. Такібентонити під впливом сірчаної кислоти піддаються значних змін і після відмивання від кислоти і методи обробкинатриевими препаратами не відновлюють початкові властивості [1].


1 Родовищабентонитов

1.1Гидротермально-метасоматические родовища

До цього генетичному типу ставляться родовища високоякісних натрієвих іщелочноземельнихбентонитов нашої країни світу. До них, зокрема, належать відомі закавказькі родовища –Саригюхское Вірменії,Даш-Салахлинское в Азербайджані,Цихисубаньское іВанискедскоеАсканской групи у країні. Серед зарубіжних відоме родовище білихбезжелезистихбентонитов на про.Понца Італії. Близька до нього на якості група родовищ високосортнихмаложелезистих лужнихбентонитов у Японії, зокрема родовищеБодай в префектуріИсикава. Глини цього родовища, поруч ізмонтмориллонитом, перебувають у значних кількостях цеоліти ікристобалит. Такі жбентонити родовищаКаминоиама в префектуріЯмагата північ від ЯпоніїХаттари на про. Хоккайдо [1].

Велике зацікавлення представляє родовище прогекторитов – магнезіальнихбентонитов уж.-д. ст. Гектор у штаті Каліфорнія США. За данимиЛ.Л. Еймса,Л.Б.Сайда іС.С. Гольдича, вони утворені шляхом зміни туфів іпеплов, відкладених у замкненому лужному озерному водоймі, багатому солями магнію, під впливом гарячих джерел.Гекторити перебувають у значних кількостях літій (>Li2О більше однієї%) і фтор (до 4,75%). Останніми рокамибентонити описуваного типу відкриті й у Угорщини (>Иштенмейзейс,Комлошка,Мад), Румунії (>Окна-Мудс в Трансільванії) та інших країн [1].

Бентонітигидротермально-метасоматического типу маютьсеро-зеленоватую, блакитнувату, жовтаву чи кремову забарвлення і за висиханні стають світлішими. У природному вигляді описуванібентонити мають високої пластичністю, маютьраковистий чи осколковий злам, іноді містять реліктислабоизмененних материнських порід (малюнок 1). Зазвичай вони жадібно всмоктують воду, у своїй натрієві і змішані різновиду сильно набухають, збільшуючись обсягом до 10 – 16 разів, і більш.

Уминералогическом відношеннігидротермально-метасоматическиебентонити складаються на 80 – 90 % із добреокристаллизованногомонтмориллонита, а ролі домішок містятьсмешаннослойние мінерали ігидрослюду.

Малюнок 1 –Микрофотографиибентонитов з реліктової структурою:

а – пемзової, б – пемзової зкаплевидно-сферолитовимистекловатими утвореннями, в –перлитовоймонтмориллонитизированной, р –перлитовойгидрослюдизированной, буд –кластической, е –перлитовой.


Для хімічного складубентонитов типово занижений вмістполуторних окислів, зокрема (загалом)Al2O3 15,5% іFe2О3 4,5% і підвищена кількістьNa2О (до 2,5%). Дуже характерно присутність у помітних кількостях F,Sc,Cr,Mn,Cu,Zn,Ga,Rb,Cs,Pb,Th та інших рідкісних елементів,адсорбированнихглинистими мінералами з гарячих вод чи збережених як реліктів від материнських порід. Якпарагенетических мінералів характерні агат, халцедон, цеоліти,кристобалит, гірський кришталь і аметист,галенит і пірит.

Родовищабентонитов описуваного типу утворюються шляхомгидротермальногометасоматозавулканогенно-осадочних порід, зокрема базальтовихпорфиритов і туфів,пеплов. Сильне впливом геть якісні особливості які виникають заметасоматоземонтмориллонитових мінералів надає характер оточуючих материнські породивулканогенно-осадочних утворень. У оточенні морських відкладень, які високі концентрації натрію вмежгранулярних сольових розчинах, складаються сприятливі умови для

генерації натрієвихмонтмориллонитових глин. У оточенні прісноводних озерних відкладень, бідних сполуками натрію, утворюютьсящелочноземельниебентонити типугекторитов та інших.

Якісна розмаїтість які виникаютьбентонитов і змістом у яких супутніх компонентів залежать також від складу термальних вод, їх температури і кислотності. Сприятливі умови для перетворення вулканічних шибок вмонтмориллонит створювалися при низьких (50 –200°С) і середніх (200 –300°С) температурахгидротерм та його високої лужності (рН 9 – 10).

1.2Вулканогенно-осадочние родовища

Довулканогенно-осадочним ставляться численні родовища високоякіснихтонкодисперснихбентонитов, зокрема особливо цінних лужних ісветложгущихсяразностей. У нашій країні представниками цього є унікальнеОгланлинское родовище лужних ісветложгущихсябентонитов у Туркменії,Гумбрийское у країні,Ханларское в Азербайджані,Азкамарское в Узбекистані,Камалинское в Красноярському краї, невеличкеПижевское в Україні та інших. З іноземних особливо відоміВайомингское родовище високосортних лужнихбентонитов до й аналогічна йому за якості група родовищ у районі підняттяБлек-Хиллс біля штатів Вайомінг, південно-східної частини Монтана й західної частини Південна Дакота.

>Вулканогенно-осадочниебентонити здебільшого відрізняються світлої забарвленням, у тому числі трапляються й дещо чисті білі різниці. Вони характеризуютьсяраковистим зламом, часто однорідної масивною структурою.Щелочние різниці сильно набухають у питній воді, створюючитиксотропную масу. Зазвичай вони складаються на 70 – 90% змонтмориллонита, характеризується високим рівнем кристалічного досконалості. Як домішок містятьсясмешаннослойние мінерали,гидрослюди,хлорит, цеоліти,кристобалит. У хімічному відношенні характеризуються підвищеним змістомSiО2 (загалом 65%). КількістьА12О3 зазвичай 12 – 17%. Зміст фарбуючих окислів (>Fe2О3 –FeO,TiО2) – 4 – 5%, а часом знижується до $1,5% .

>Вулканогенно-осадочние родовища формувалися шляхомгальмиролиза – підводного перетворення вулканічнихпеплов чи іншогопирокластического матеріалу. Якість і чистота утворенихбентонитов визначаються складом вихідний матеріал і характером середовища водойми, у якому відбувалося осадження і перетворення цієї матеріалу.

>Вулканогенно-осадочние родовищабентонитов залежно від характеру середовища накопичення опадів чітко поділяються на два підтипу: морської авіації та континентальний – озерний. У процесі багаторічних досліджень автори встановили, що у морськомуподтипе поряд з іншими різновидами формуються лужні ісветложгущиесябентонити, тоді як і континентальних – озерних умовах утворяться тількищелочноземельние і навіть, зазвичай, більштемноцветние різниці.

Переважна частинавулканогенно-осадочних родовищбентонитов формувалася дно якої морських водойм з допомогою розкладання вулканічного скла, джерелом якого служили підводні виверження, і навіть виверження вулканів узбережжя і островах. Морська лужневосстановительная середовище особливо сприятлива для перетворенняпеплов вмонтмориллонит. Постійне вміст у морській воді сполук натрію з наявністю надлишкових лугів в вихідному матеріалі відкриває можливість освіти саме натрієвихбентонитов [1].

Найбільштонкодисперсние різницібентонитов утворюються попеплам, занесеним у морській водойму повітряним шляхом. У процесі повітряної транспортуванняпирокластического матеріалу найбільш грубі частинки й важкітемноцветние мінерали (залізисті та інші) випадають поблизу осередків виверження, а найбільш дрібні, легкі й світлі частки (збіднені рудними мінералами) – вдалині, з відривом сотень км від них. Саме ці віддалені від вулканічних апаратів ділянки скупченняпеплов в морських водоймах і було найсприятливішими для освіти світлихмаложелезистихбентонитов.

Зпеплов та іншихпирокластических продуктів, що випали на суходіл і знесених звідти разом з іншими різноманітними за складомтерригенними матеріалами у морській чи прісноводний водойму, були утворені лише більшгрубодисперсние, зазвичай,щелочноземельниеожелезненние сіро-зелені різницібентонитов. Теоретично натрієвімонтмориллонитовие глини можуть утворюватися в лужнихсодових озерах. Проте промислові скупчення лужнихбентонитов подібного типу у світі незареєстровані. Усі відомі родовищавулканогенно-осадочнихбентонитов, формувалися в континентальних – озерних умовах, містятьщелочноземельние, рідше змішані за складомбентонити.

З іноземних представників континентального прісноводного підтипу – родовище кальцієвихбентонитовСандерс-Дефайанс у штаті Арізона США, де відзначаються поступові переходи від чистих гомогеннихмонтмориллонитових глин допесчаниковидних борошнистих туфів.

До континентальномуподтипу ставляться також недавно відкриті невеликі родовищабентонитовТель-Хаджар іРагадан в північно-східній частини Сирії, які працюють у крайових рухливих частинах Аравійської платформи. Потужність бентонітових порід 7 – 10 м, а вміст у нихмонтмориллонита 70 – 80%.

Допресноводному континентальномуподтипу належить родовищемагний-кальциевогобентонитаХарпер-Хиллс не в ПівнічномуКентербери (Новій Зеландії), яке утворилося прісному озеро умиоценовую епоху зміною попелу базальтового складу. Завдяки останньому обставині приблизно 40%монтмориллонитових мінералів представленононтронитом; змістFe2О3 вбентоните 14,5%. Бентонітинеразбухающие.

>Вулканогенно-осадочние родовищабентонитов характеризуються
пластовою формою залягання, потужність пластів змінюється від перших десятків сантиметрів до 5 – 10 м, рідко більш. Запаси родовищ зазвичай малі або дуже малі, рідше середні і великі.

1.3Терригенно- іколлоидно-осадочние родовища

До цього типу належить велика група родовищщелочноземельнихбентонитовкальциево-магниевого імагниево-кальциевого складу. До них належать відомі вітчизняні родовища формувальних і адсорбційнихбентонитов: Черкаське в Україні,Биклянское, верхнєНурлатское,Тарн-Барское,Смишляевское до Поволжя,Любинское у Західному Сибіру,Подсиньское у Східній Сибіру та ін. Серед зарубіжних – родовища формаціїПортерс-Крик США, група економічно важливих родовищ у Японії, бегемотів у ПівденнійДобрудже у Румунії та інших.Осадочниебентонити характеризуються майже всюди темній забарвленням – сіро-зеленої, коричневої, темно-сірої і майже чорної. Вона маєраковистий чи землистий злам, у питній воді розпускаються без помітного набрякання. При висиханні щільні різниці стаютькамнеподобними, а шаруваті – тріскають.

Уминералогическом відношеннібентонити складаються на 60 – 70% зСа-Mg-монтмориллонита, характеризується низької культури й середньої ступенем кристалічного досконалості. Як домішок у яких присутнісмешаннослойние мінерали,гидрослюда,палигорскит, рідшекаолинит іаллофан. У хімічному відношенні вони характеризуються підвищеним змістомАl2О3 (20%),Fe2О3 (4,5%) і гіркоту втрат припрокаливании (8,5%). ЗмістNa2О низька, зазвичай вимірюється частками відсотка.

Загалом вигляді процес створення осадовихбентонитов зводиться допереотложению ідиагенетическому зміни продуктів вивітрювання вивержених,метаморфических і осадових порід суші тараскристаллизации їхколлоидно-дисперсних продуктів.

Залежно від характеру середовища басейнівседиментации осадові родовища, як і, як івулканогенно-осадочние, чітко поділяються на два підтипу: морської авіації та континентальний. Кращим якістю відрізняються родовища, освічені в морських умовах.Щелочная середовище морських водойм (рН 7 – 9), яких приурочена переважна частина родовищ, сприяє перетвореннюхлоритгидрослюдистих продуктів вивітрювання іраскристаллизации гелів вмонтмориллонит, тобто сприяє збагаченнюобломочногомонтмориллонитсодержащего глинистого осадухемогенниммонтмориллонитом. На кислої середовищі відбуваєтьсяразубоживание вже принесеногомонтмориллонитового осаду внаслідок деградації та наступноїкаолинитизации [1].

Прикладом зарубіжних осадових родовищ морського підтипу є родовища США, розташовані біля прибережних рівнин в Атлантичному океані і Мексиканської затоки. Це, зокрема, покладибентонитов формаціїПортер-Крик в штатах Міссурі, Іллінойс,Теннеси і Міссісіпі, і навіть глини округуТуиггс у штаті Джорджія. Поклади глин вирізняються великою потужністю,видержанностью попростиранию на величезних майданчиках, але нерідко характеризуються невисоким якістю через присутність домішок піщаного ігидрослюдистого глинистого матеріалу. Пласти вирізняються великою однорідністю.

Представниками осадового прісноводного підтипу нашій країні служать родовищащелочноземельнихбентонитов:Любинское у Західному Сибіру,Подсиньское у Східній Сибіру;Зирянское в Курганської області й ін. Усі вони у озерних прісноводних водойми, в відновлювальної слабко лужної чи нейтральної середовищі з рН 7 – 8. Бентоніти цих родовищ характеризуються відносно невисокою якістю, зниженим змістоммонтмориллонита (загалом 60 – 70%), щодо більшої домішкоюпесчаноалевритового матеріалу, ніж убентонитах морського підтипу. До того вони іноді відрізняються підвищеноюизвестковистостью. Проте, описуванібентонити є кондиційнимформовочним сировиною, і навіть можна використовувати для бурових розчинів, високосортного керамзиту тощо.

1.4Элювиальние родовища

До цього типу ставляться родовищабентонитов, освічені шляхом глибокогосубаерального вивітрювання і фізико-хімічного зміниинтрузивних,еффузивних і осадових порід. Таким шляхом може бути сформовані покладищелочноземельнихбентонитов, їх залізистихразностей –нонтронитов, рідшемаложелезистих світлих різновидівщелочноземельного та мішаного складу. З іноземних до описуваному типу ставляться невеликі родовища:Петровац-на-море в Югославії,Карлополис у Бразилії та інших.

У нашій країні безперечноелювиальних родовищбентонитов поки що невідомо. Прояви ж подібних глин відомі в багатьох районах країни. У європейській частини їх зареєстровано не більше Українського щита й у Середньому Побужжя в давніх часів і мезозойськихкорах вивітрювання по основним іультраосновнимизверженним породам, у Придністров'я вкорах вивітрювання попротерозойскимеффузивним породам, у частині Російської платформи вдоейфельскихкорах вивітрювання по кристалічним породамархейско-протерозойского віку. Дослідженнями останніхелювиальниебентонити виявлено на Южному та Середньому Уралі, у Казахстані, на Алтаї, півдні Сибірській платформи, і ряд інших місць. Деякі з цих родовищ представляють безсумнівний практичний інтерес, більшість ж, як показали дослідження, немає чистотою і мають зазвичай невелику потужність, рідко вимірювану метрами.

У процесі вивітрювання із корінних порід, передусім, виносяться найбільш рухливі компоненти: луги, лужні землі ізакислие сполуки заліза. Тому кінцеві продукти вивітрювання складаються з силікатів з низьким змістом розчинних підстав або із гідратівполуторних окислів.

>Монтмориллонитовие імонтмориллонитсодержащие горизонти, що привабливі для пошуківбентонитового сировини, присвячені середній і частково до перехідною та нижньої (кореневої) зонам – зонам кінцевої гідратації і вилуговування профілів корів вивітрювання. Верхня зона останніх – зона окислення й кінцевого гідролізу вже представленакаолинитовими,галлуазитовими і вохристимиглинистими утвореннями, і навітьжелезняками.

Формуванняелювиальнихбентонитов, як й інших копалин, що зкорами вивітрювання, визначається основному трьома чинниками: складом вихідних материнських порід, кліматом ітектоникой. Тектоніка району визначає рельєф, глибину профілю вивітрювання і можливість формування кори вивітрювання. Важливе значення має тут клімат, визначальний співвідношення фізичним і хімічної форм розкладання материнських порід, і навіть характер знову утворених мінералів. Для освіти та сталого збереженнямонтмориллонита сприятливийгумидний – помірний і теплий вологий клімат. Значну роль відіграє й час – тривалість процесу вивітрювання.

По складу материнських порід, які послужили вихідним матеріалом на формування,елювиальниебентонити поділяються втричі підтипу: поинтрузивним породам, поеффузивним породам, поосадочним породам.

Щоб сформувати родовищбентонитов поинтрузивним

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація