Неорганические иониты - Амфлетт Ч.
Скачать (прямая ссылка):
46
Г лава 2
0,0015 мг-экв/г для частиц размером 40—60 меш можно сравнить с теоретическим максимальным значением 3,48, рассчитанным при предположении, что слои слюдяной пластинки наполовину доступны для калия, находящегося во внутренних слоях. Изучение обмена в кислых и щелочных растворах (как и в опытах по титрованию) ограничивается только действием на каркас (табл. 5), который теряет при этом алюминий и кремний [14]. В этих опытах растворялось
Таблица 5
Количества алюминия и кремния, выщелоченные из слюды в течение 24 час при 25° [14]
Выщелачивающий раствор Размер частиц 20—40 меш Размер частиц 100 -200 меш
А1, мкг Sl, мкг AI, мкг Si, мкг
0,1 н. HCl 300 85 1280 380
0,1 н. КОН 140 310 300 470
0,1 н. KCl 0 0 0 5
Вода 0 5 5 10
менее 1% слюды, однако такого количества было более чем достаточно, чтобы насытить все доступные для обмена места. По-видимому, действие кислоты направлено преимущественно на грани октаэдриче-ских алюминатных слоев, а более медленное действие щелочи — на тетраэдрические слоистые поверхности
Вермикулит — минерал, интересный с научной точки зрения, так как он занимает промежуточное положение между слюдами и типичными «каркасными» глинистыми минералами, такими, как монтмориллонит. Вермикулит имеет также важное сельскохозяйственное значение, ибо, будучи обычным почвенным минералом, он может быть использован для различных целей в садоводстве. Продажный вермикулит внешне сходен со слюдой, но при быстром его нагревании вода, находящаяся внутри частиц, испаряется, что приводит к значительному расширению зерен в
Глинистые минералы
47
направлении, перпендикулярном плоскости кристаллической решетки. Полученный при этом продукт, широко известный как «листовидный» вермикулит, применяется садоводами и специалистами по выращиванию семян, так как благодаря высокой пористости он способствует сохранению питательной среды, применяемой при выращивании растений. Низкая плотность и малая теплопроводность вермикулита позволяют использовать его также в качестве тепло-изолятора.
Вермикулит образовался из слоистого биотита, который, подобно мусковиту, имеет неправильную решетку с замещениями в тетраэдрических слоях, лишенную межплоскостной воды; обменным катионом является калий. Вермикулит имеет подобное строение, но обменными катионами в этом случае являются магний и калий, и в нем содержится межплоскостная вода. Возможно их взаимное превращение:
РаС1Ч)ор_М^С12
Биотит —± Вермикулит.
^ Раствор КС1 ^ ]
Замещение калия в биотите на магний происходит чрезвычайно медленно, и равновесие наступает через несколько месяцев. Большая часть продажного вермикулита — это не истинный вермикулит, а, скорее, гидробиотит, представляющий собой смешаннослои-стый минерал, содержащий и вермикулит и биотит в различных пропорциях. Следовательно, обменивающиеся ионы — магний, кальций и калий — находятся в нем в пропорциях, которые соответствуют соотношениям вермикулита и биотита. В первом приближении, поскольку емкость биотита мала, соотношение обменных емкостей гидробиотита и истинного вермикулита (-—-1,60 мг-экв/г) равно содержанию последнего в минерале. Обменные свойства продажного вермикулита зависят от исследуемого катиона [15], причем большие ионы (в условиях гидратации) (М§2+, Са2+, 1л+ и №а+) обмениваются только с вермикули-товыми слоями без внедрения в свободные полости, расположенные вдоль оси с, в то время как небольшие (также гидратированные) ионы (КД МН<+, НЬ+
48
Глава 2
и Сз+) могут входить и в слои биотита. Кроме того, эти ионы вследствие их меньшего размера и меньшей степени гидратации вызывают разрушение вермику-литовых слоев и поэтому уменьшают размеры в направлении оси с. При сорбции малых .по размеру ионов равновесие наступает медленнее вследствие диффузии ионов в нерасширяющиеся слои биотита, и, хотя обмен на прокаленном (листовидном) биотите идет быстрее, чем на природном вермикулите, емкости у них одинаковые. Медленный обмен в слоях биотита и разрушение слоев вермикулита при обмене малых по размеру ионов имеют важные последствия. Наличие вермикулита в почвах приводит к фиксации им указанных ионов [2], и минерал, таким образом, является как бы хранилищем калия, из которого К выделяется очень медленно, обеспечивая постоянное питание растений. Вермикулит также проявляет поразительную селективность по отношению к определенным катионам. Так, было обнаружено, что из раствора 0,1 н. по ЫаС1 и 0,001 н. по СэС1 образец вермикулита (из Южной Каролины) поглотил 96,2% Сэ и 3,8% Ш (/^n3 = 2400). Это свойство позволило предположить, что вермикулит можно использовать в качестве сорбента для удаления радиоактивных примесей. Высокая селективность некоторых сланцев по отношению к цезию объясняется теми дефектами решетки, которые возникают в иллите, входящем в состав этих сланцев, при сорбции цезия [16].
Опубликованы [17] термодинамические данные, полученные на вермикулите следующего состава:
(К1,о^а0)06Мёд415)(ТЩ1Ре>;'5М^24)Х '
X (Щ^2Щ%) О20,65ОН3,35'
Полная емкость, равная 0,8 мг-экв/г (что соответствует ~ 50%-ному содержанию истинного вермикулита), увеличивается при кипячении в 0,2 М растворе MgCl2 до 1,45 мг-экв/г — величины, характерной для чистого вермикулита. Изучение ионного обмена на литиевой форме вермикулита проводили на колонках при температурах до 90° и э статических условиях при
