Минерология глин

1.

Продолжительность = 15 минут.
N. Sivakugan
1

2. Элементы Земли

Copyright©2001
Элементы Земли
8-35 км кора
% по весу в коре
O
Si
Al
Fe
Ca
Na
K
Mg
other
= 49.2
= 25.7
= 7.5
= 4.7
= 3.4
= 2.6
= 2.4
= 1.9
= 2.6
82.4%
12500 км диаметр
SIVA
2

3. Почвообразование

Copyright©2001
Почвообразование
Материнские
породы
Кора выветривания
Переотложенная
кора
выветривания
выветренная и
перемещенная
~ на месте выветривания
(физическими и
химическими
веществами)
ветром, водой и льдом
материнской
породы
SIVA
3

4. Материнские породы

Copyright©2001
Материнские породы
~ образованы одним из этих трех различных процессов
Магматический
формируется
охлаждением
расплавленной
магмы (лавой)
SIVA
Например, гранит
осадочный
формируется путем
постепенного
осаждения в слоях
известняк, сланец
метаморфический
формируется за счет
изменения
изверженных и
осадочных пород под
давлением /
температуры
мрамор

5. Элювий

Copyright©2001
Элювий
Сформированные на месте выветривания
материнской породы
SIVA
5

6. Перемещения

Copyright©2001
Перемещения
Перемещается за счет:
Ветра
Моря (соленая вода)
Озера (пресная вода)
Течения реки
Льда
Смытых со склонов
дождями
SIVA
Наименования:
"Эолийские"
" Морские "
"Озерный"
" Аллювий "
"Ледниковые
или моренные "
" Делювий "
6

7. Перемещение(продолжение)

Copyright©2001
Перемещение(продолжение)
Перемещается за счет:
Текучих вод ледника
SIVA
Наименования:
" Флювиогляциальные
или водноледниковые "
7

8.

Copyright©2001
SIVA
8

9. Основные структурные единицы

Copyright©2001
Основные структурные
единицы
Глинистые минералы состоят из двух отдельных
структурных единиц.
hydroxyl or
oxygen
oxygen
aluminium or
magnesium
silicon
0.26 nm
Кремний тетраэдр
SIVA
0.29 nm
Алюминий Октаэдр
9

10. Тетраэдрический слой

Copyright©2001
Тетраэдрический слой
Несколько тетраэдров соединены вместе и
образуют четырехгранный слой.
tetrahedron
hexagonal
hole
SIVA
10

11. Тетраэдрические и октаэдрические слоеи

Copyright©2001
Тетраэдрические и
октаэдрические слоеи
Для простоты, давайте представим кремнеземный
тетраэдрический слой по:
Si
и восьмигранный слой алюминия по:
Al
SIVA
11

12. Различные глинистые минералы

Copyright©2001
Различные глинистые минералы
Различные комбинации тетраэдрических и
октаэдрических слоев из разных глинистых
минералов:
1:1 Глинистый минерал (например, каолинит, галлуазит):
SIVA
12

13. Различные глинистые минералы

Copyright©2001
Различные глинистые минералы
Различные комбинации тетраэдрических и
октаэдрических слоев из разных глинистых
минералов:
:2:1 Глинистые минералы (например, монтмориллонит, иллит)
SIVA
13

14. Каолинит

Copyright©2001
Каолинит
Al
Обычно
70-100
слоёв
Присоединились к
сильной H-связи
нет сепарации
SIVA
Si
Al
Si
Al
Si
Al
Si
0.72 nm
присоединили
ь обменом
кислорода

15. Каолинит

Copyright©2001
Каолинит
используется для изготовления бумаги, краски и в
фармацевтической промышленности
(OH)8Al4Si4O10
Галлуазит
каолинит; увлажненная и трубчатая структура
(OH)8Al4Si4O10.4H2O
SIVA
15

16. Монтмориллонит

Copyright©2001
Монтмориллонит
также называется смектит; расширяет при контакте
с водой
Si
Al
Si
легко
отделяется от
воды
Si
Al
0.96 nm
Si
Слабое
присоединение Ван
дер Валла
SIVA
Si
Al
Si
16

17. Монтмориллонит

Copyright©2001
Монтмориллонит
высокой химической активностью (экспансивный)
глины
(OH)4Al4Si8O20.nH2O
Бентонит
набухает при контакте с водой
Высокое сродство к воде
семейство монтмориллонита
используется в качестве бурового
раствора, предотвращает утечки
SIVA
17

18. Иллит

Copyright©2001
Иллит
Присоединился K+
ион
вмещаются в
гексагональные
отверстия Si-слоя
Si
Al
Si
Si
Al
Si
0.96 nm
Si
Al
Si
SIVA
18

19. Другие…

Copyright©2001
Другие…
Хлорит
A 2:1:1 (???) минерал.
Si
Al
Al или Mg
Вермикулит
семейства монтмориллонит; две прослойки воды
Аттапульгит
Структура цепи (не слоёв); игольчатая, как внешний
SIVA
вид
19

20. Частицы слоёв

Copyright©2001
Частицы слоёв
Пластовая или
слоистая форма
SIVA
20

21. Слои тканей

Copyright©2001
Слои тканей
кромка к лицу контакта
Флокулированные
SIVA
Контакт лицом к лицу
Рассеянные
21

22. Слои тканей

Copyright©2001
Слои тканей
Электрохимическая окружающей среды (т.е. рН,
кислотность, температура, катионы, присутствующие в воде)
во время осаждения значительное влияние глинистой ткани.
Глинистые частицы, как правило, для выравнивания
перпендикулярной нагрузкой на них.
SIVA
22

23.

Copyright©2001
SIVA
23

24. Сканирующий электронный микроскоп

Copyright©2001
Сканирующий электронный
микроскоп
распространенный метод, чтобы увидеть глинистые
частицы
качественный
Пластовая
структура
SIVA
24

25. Другие…

Copyright©2001
Другие…
Дифракции рентгеновских
лучей(XRD)
чтобы определить молекулярную структуру и
присутствующие минералы
Дифференциальный термический
анализ(DTA)
для идентификации
присутствующих минералов
SIVA
25

26. PI-LL График Касагранде

Copyright©2001
PI-LL График Касагранде
60
U-line
Plasticity Index
50
montmorillonite
illite
A-line
40
30
kaolinite
20
halloysite
10
chlorite
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Liquid Limit
SIVA
26

27.

Copyright©2001
SIVA
27

28. Удельная площадь

Copyright©2001
Удельная площадь
площадь поверхности на единицу массы(м2/г)
меньше зерна, выше удельная площадь
например, зерно почвы с удельным весом 2,7
10 мм.куб
Удельная площадь= 222.2
мм2/г
SIVA
1 мм.куб
Удельная площадь= 2222.2
мм2/г
28

29. Изоморфное замещение

Copyright©2001
Изоморфное замещение
замена of Si4+ and Al3+ и других с меньшей
валентностью(e.g., Mg2+) катионов
Результаты дисбаланса заряда (суммарный
отрицательный)
Положительно
+ +
+ + _ заряженные
+ _ _ _ _
Отрицательно
+ _ _ _
__
заряженные
+ _
_
_
_ _ _ _ _
_
_ _ _ _
SIVA
Слои с отрицательным зарядом
29

30. Емкость катионного обмена

Copyright©2001
Емкость катионного обмена
известнен как обмен катионов
Емкость для привлечения катионов из воды (то есть,
мера чистого отрицательного заряда частицы глин)
измеряется в мг-экв / 100 г (отрицательный заряд на 100 г
глины)
миллиэквивалентов
Сила замены выше для более высокой валентности и
больших катионов.
Al3+ > Ca2+ > Mg2+ >> NH4+ > K+ > H+ > Na+ > Li+
SIVA
30

31. Сравнение

Copyright©2001
Сравнение
Минерал
Удельная
площадь(m2/g)
10-20
Е.К.О
(мэкв/100г)
3-10
80-100
20-30
Монтморилонит
800
80-120
Хлорит
80
20-30
Каолинит
Иллит
SIVA
31

32. Концентрпция катионов в воде

Copyright©2001
Концентрпция катионов в воде
концентрация катионов падает с расстоянием от глины
частиц
Частицы
глин
++
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+ + +
+
+ + +
+
+
+ + +
+ + + ++
++
+
+
+
+
+
+
+
SIVA
+
- + катион
+
- +ы+ +
+
+ +
+
+ +
+
+
-+ + + +
+
- +
+ + +
+
+
+
-+ +
+
+
+
+
-+
+
+
Двойной слой
+
+
+
+
+
+
вода
32
+

33. Адсорбция воды

Copyright©2001
Адсорбция воды
Тонкий слой воды прочно держится к частице; как
кожа
1-4 молекулы воды(1 нм) толщиной
более вязкая, чем свободная
вода
SIVA
-
адсорбированная вода
33

34. Слои частиц воды

Copyright©2001
Слои частиц воды
адсорбированная вода
SIVA
1нм
50 нм
- Двойной
- эл.слой
Свободная
вода
34

35.

Copyright©2001
SIVA
35

36. Основная информация - Глины

Copyright©2001
Основная информация - Глины
Частицы глины похожи на стержни или иглы.
Они отрицательно заряженные.
Глины пластичны; Иллы, пески и гравий не являются
пластичными.
Глины обладают высокой прочностью в сухом
состоянии и медленную дилатансию.
SIVA
36

37. Основная информация - Монтмориллонит

Copyright©2001
Основная информация Монтмориллонит
Монтмориллониты имеют очень высокую удельную
площадь, емкость катионного обмена, и близость к воде.
Они образуют реактивные глины.
Монтмориллониты имеют очень высокую
границу жидкого состояния (100+), индекс
пластичности и активность (1-7).
Бентонит (форма монтмориллонита) часто
используется в качестве бурового раствора.
SIVA
37