Неорганические иониты - Амфлетт Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Глиниаые минералы -
31
Таблица 3
Катиоиообмеиные емкости некоторых глинистых минералов
Тип Минерал Емкость мг-экв/г ¦
Группа каолинитов Каолинит 0,02—0,10.
Группа иллитов Мусковит 0,105
Иллит ОДЗ—0,42
Волокнистые глины Аттапульгит 0,18—0,22
Группа монтмориллони- Нонтронит 0,57—0,64
тов
Сапонит 0,69—0,81
Монтмориллонит 0,8—1,5
Слюдообразные произ- Биотит 0,03
водные
Вермикулит (чистый) 1,0—1,5
1 Значения, представленные для ряда образцов, могут сильно изменяться в каждом отдельном случае в зависимости от его происхождения и состава. В тех случаях, когда обмен происходит на краях и углах, емкость в значительной степени зависит от размера частиц, например каолинит и иллит. Если в основном обмениваются катионы, расположенные во внутренних слоях, влияние размера частиц невелико.
пергируются в воде, хотя в растворах солей может быпадать хлопьевидный осадок (стр. 50).
Изоморфное замещение в октаэдрических слоях, например в монтмориллонитовых глинах, одновременно с введением катионов в межплоскостные пространства приводит к усилению сил связи, действующих вдоль оси с благодаря электростатическим силам, даже несмотря на то, что они до некоторой степени экранируются соседними тетраэдрическими слоями. Хотя эти глины не очень быстро диспергируются в воде, они набухают при погружении в водные растворы, причем степень набухания (и поэтому расстояние по оси с) зависит от размера катиона, проникающего в слоистую структуру. Процесс набухания обычно обратим, но в том случае, когда катион слишком большой, силы притяжения преодолеваются и глины набухают необратимо без выпадения
32
Глава 2
хлопьевидного осадка. К этому типу глин относятся бентониты, монтмориллониты и фуллерова земля.
Если замещение происхбдит в тетраэдрических слоях, например в иллите или мусковите, электростатические силы, действующие между отрицательно заряженным каркасом и компенсирующими катионами, гораздо сильнее, чем в группе монтмориллонитов. Следовательно, структуры такого типа оказы: вают сопротивление расширению, возникающему при погружении в водные растворы, в связи с чем обычно происходит небольшое изменение расстояния по оси с (см., однако, стр. 56). Сопротивление набуханию, как правило, приводит к низкой скорости обмена, а большие катионы могут даже вообще не участвовать в обмене из-за пространственных затруднений, хотя следует заметить, что катионы, присутствующие в естественных минералах этого класса, наименьшие по размеру, например калий.
В отличие от цеолитов (см. стр. 61) обмен на глинистых минералах не подчиняется законам стехиометрии, и емкость может в значительной степени изменяться у минералов, имеющих подобные структуры, но отличающихся степенью изоморфных замещений.
Следует проводить четкое различие между полной обменной емкостью, равновесной сорбцией и скоростью обмена. Полная емкость зависит от химического состава глины и для катионов уменьшается в таком порядке: монтмориллонит>иллит>каолинит (см. табл. 3). Сорбция — равновесный процесс и за* висит от термодинамики обмена, состава раствора и; его концентрации; в отличие от полной емкости сорбция зависит от выбранного катиона и катионной формы глины, с которой он находится в равновесии. Скорость обмена — кинетическая характеристика и зависит от величины поверхности твердого вещества и скорости диффузии катионов из раствора в твердое вещество и наоборот. Благодаря тому что каолинит-быстро диспергируется и обмен ионов протекает на поверхности частиц, а также вследствие слабого на-
Глинистые минералы
33
бухания минералов иллитовой группы, скорости ка-тионного обмена уменьшаются в таком порядке: каолинит монтмориллонит1§>иллит.
Температура, вС
Рис. 2. Ионообменные емкости и потеря воды в различных катионных формах глин после их нагревания (М — монтмориллонит).
Изменение емкости: Э LIM, О СаМ, О NaM, Q нллнт; потеря воды: Q LIM, X СаМ, + NaM.
Глинистые минералы теряют воду обратимо в результате нагревания при низких температурах и необратимо — при высоких. При повышении температуры в первую очередь улетучивается подвижная межслоевая вода, затем гидратная, связанная со способными к обмену катионами, и, наконец, структур-
Я Ч А Mrh лртт
54
Глава 2
ная из каркаса. Обратимая потеря воды не сопровождается изменением обменной емкости, но последняя постоянно уменьшается, если вода теряется не-
г обратимо. В том случае, когда потеря воды происходит за счет структурных гидроксильных групп, решетка в конечном счете разрушается и катионы прочно связываются внутри каркаса. В этом случае они обладают очень большим сопротивлением к вы-
, щелачиванию и могут быть выщелочены только под действием активных реагентов. Температура, при которой происходит фиксация катионов, обычно-ниже, если радиус негидратированного катиона не- • велик, поскольку такие катионы гораздо быстрее проникают в разрушенную структуру; как правило, эта температура лежит в пределах 500—1000° (рис. 2).
Подобная фиксация наблюдается даже при обычных температурах для некоторых катионов (К+, ИЬ+, Сэ+), сорбированных на таких слабонабухающих минералах, как иллит, мусковит и вермикулит [2]. В этих минералах после начальной сорбции в межплоскостных пространствах катион может постепенно проникнуть в тетраэдрический слой, где он уже не будет способен замещаться. Это свойство «фиксации калия», присущее определенным почвам и имеющее важное агрономическое значение, по крайней мере частично обусловлено присутствием в почве указанных минералов [3]. Вопрос о данном типе фиксации на слабонабухающих глинистых минералах далее рассматривается более подробно (см. стр. 48).
