Важнейших глинистых минералов

Глины – главная, наиболее активная часть глинистых растворов, поэтому их свойства во многом определяются свойствами исходных глин. Глины – широко распространенные осадочные горные породы, представляющие собой смесь различных минералов, главным образом глинистых. Наиболее важными свойствами глин являются набухаемость, пластичность, гидрофильность, ионный обмен и способность диспергировать в воде на мельчайшие частички.

Глины образуются в процессах химического выветривания за счет разложения магматических и других пород. Глинистые минералы отличаются тонкодисперсностью. Существует ряд глинистых минералов, которые классифицируются либо по химическому составу, либо по особенности кристаллического строения. К основным породообразующим минералам глинистых пород, используемых для растворов, относятся минералы групп монтмориллонита, гидрослюд, палыгорскита и каолинита.

Очень редко глина имеет мономинеральный состав. Как правило, она содержит несколько глинистых минералов. В таком случае глина получает название по наименованию преобладающего минерала. Исключение составляют бентонитовые глины, основной минерал которых – монтмориллонит.

В глинах, кроме того, содержатся в различных количествах оксиды железа, щелочных и щелочноземельных металлов. Оксиды металлов связаны с глинистыми минералами различно. Часть их может входить в состав глинистых минералов, замещая оксиды алюминия, часть их связана с глинистым веществом слабее и представляет собой обменные основания.

Кристаллические решетки глинистых минералов состоят в основном из двух структурных единиц – глинозема и гидрата кремнезема. Глинозем представляет собой два плотно упакованных слоя атомов кислорода или гидроксидов, между которыми в октаэдрической сетке расположены атомы алюминия, находящиеся на одинаковом расстоянии от соседних шести атомов кислорода или гидроксидов (рис.1).

Рис.1. Схематическое изображение октаэдров и октаэдрической сетки структуры глинозема 1 - гидроксиды; 2 - атомы алюминия (магния, железа)       Рис.2. Схематическое изображение кремнекислородного тетраэдра и сетки кремнекислородных тетраэдров, расположенных по гексагональному закону 1 - атомы кислорода; 2 - атомы кремния

Замещение атомов алюминия атомами железа или магния приводит к изменению свойств минерала. Гидрат кремнезема построен из кремнекислородных тетраэдров, расположенных в форме бесконечно повторяющейся гексагональной сетки (рис.2). В тетраэдре атом кремния удален от четырех атомов кислорода или гидроксидов на одинаковое расстояние.

Решетка кристаллов монтмориллонита и гидрослюд – трехслойна, а решетка каолинита состоит из двух слоев. Трехслойные решетки монтмориллонита связываются в пачки прослоем воды, количество которой может увеличиваться и уменьшаться, в связи с чем толщина трехслойной пачки с прослоем воды не остается постоянной. Таким образом, решетка монтмориллонита обладает подвижностью и способностью растягиваться и сжиматься. У гидрослюд часть атомов кремния замещена атомами алюминия, а освобождающаяся валентность используется на присоединение атомов калия, что укрепляет связь с соседними пачками и делает кристаллы более прочными.

Отсутствие одного из двух слоев Si-O у каолина лишает слоистую пачку симметричности и делает ее связь с соседней пачкой сравнительно прочной. В связи с этим диспергация каолиновых глин происходит хуже, чем монтмориллонитовых.

Кристаллы палыгорскита состоят из двойных цепочек (лент) кремнекислородных тетраэдров. Обе ленты соединяются между собой катионами: магнием, алюминием или железом. Палыгорскит имеет жесткую структурную решетку и поэтому может адсорбировать воду, не увеличиваясь в объеме.