Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Номенклатура глинистых минералов

Номенклатура глинистых минералов

16.10.2017

Штромейер и Гаусманн в 1816 г. впервые назвали аллофаном материал, заполнявший пустоты в мергеле. Термин аллофан происходит от греческих слов «появляться» и «другой», что указывает на свойство этого минерала изменяться от стекловидного до землистого вследствие потери воды. Co времени опубликования работы Штромейера и Гаусманна значительное число образцов было описано как аллофан. Все подобные материалы считались аморфными, и термин «аллофан» стали связывать с аморфными компонентами глин. Изучение большого количества такого материала путем рентгеновского диффракционного анализа, произведенное, в частности, Керром и Россом, показало, что частично он является кристаллическим, но что большая часть этого материала действительно рентгеноаморфна. Росс и Керр предложили использовать термин «аллофан» для всех аморфных глинистых минералов независимо от их состава. Эти исследователи подчеркивают, что изученные образцы аморфного материала, содержащегося в глинах и почвах, значительно отличаются по своему составу.
Как было показано ранее, слово «аллофантон» использовалось для обозначения глинистых фракций, растворимых в соляной кислоте. В то время, когда был предложен этот термин, такой материал считался аморфным. Сейчас известно, что некоторые кристаллические глинистые минералы, например монтмориллониты, легко растворимы в соляной кислоте; в ней до некоторой степени растворимы и другие глинистые минералы, если они присутствуют в образце в виде исключительно малых частиц. В связи с этим термин «аллофантон» сейчас почти не употребляется.
Рросс и Керр детально разработали номенклатуру минералов группы каолинита, и эта номенклатура стала общепризнанной. Согласно их представлениям,
«... под каолином понимают горную породу, которая состоит в основном из глинистого материала белого или почти белого цвета с низким содержанием железа. Глннистые минералы, образующие каолин, относятся к водным алюмосиликатам, состав которых примерно 2H2ОAl2О32SiО2; считается, что если в каолине присутствуют другие основания, то они отвечают примесям пли адсорбированному материалу. Каолинит является минералом, характерным для большинства каолинов».
Термин «каолин» является искажением китайского слова «каулинг», что означает «высокая гряда» (название холма около Чжаучау Фу, Китай, где этот минерал добывался много веков назад). Сейчас нам известны месторождения каолина во многих странах мира. Джонсон и Блэйк в 1867 г. впервые ввели определенное понятие о каолините как минерале, слагающем каолин. Росс и Керр показали, однако, что каолин по минералогическому составу не может рассматриваться как нечто единое; глины этого типа состоят из нескольких минеральных видов, а минералы каолинитового состава также не всегда принадлежат к одному минеральному виду. Они пришли к выводу, что здесь следует выделять три отчетливо различимых минеральных вида — каолинит, накрит и диккит. Термин «накрит» был предложен Броньяром в 1907 г. Позже де Клуазо и Дикк описали минерал, встречающийся в рудниках Саксонии и названный ими накритом, приведя достаточно данных для того, чтобы отличить его от «минерала Дикка», но не от «минерала из каолина». Меллор классифицировал накрит как самостоятельный минерал, а Росс и Керр установили его свойства как отдельного минерального вида.
Дикк в 1908 г. описал минерал с острова Энглеси, Уэльс, но не дал ему специального названия; этот минерал рассматривался среди других глинистых минералов как «минерал из каолина». Росс и Керр показали, что «минерал Дикка» является самостоятельным минеральным видом, и впервые применили для него термин «диккит».
Название «аноксит» было впервые введено Брейгауптом в 1838 г. для минерала из Билина, Чехословакия. Смирнов в 1907 г. опубликовал детальное описание этого минерала с микрофотографиями, выявляющими червеобразные структуры, напоминающие структуру каолинита. Минерал из Билина обладал более высоким значением отношения кремнезема к глинозему, чем обычно находили в «минерале из каолина». Поэтому Росс и Керр предложили определять аноксит как минерал, подобный по своим свойствам каолиниту, но обладающим более высоким значением молекулярного отношения кремнезема к глинозему, обычно приближающимся к 3.
Считают, что аноксит представляет собой смешанно-слоистый минерал, структура которого состоит из удвоенных кремнекислородных слоев и из двуслойных слоев. Эти слои не упорядочены, и аноксит не следует относить к группе В, табл. 1. Необходимо отметить, что толщина слоев обоих типов в этом случае примерно одинакова, в связи с чем оптические и рентгеновские данные для аноксита сходны с каолиммтовыми. Поэтому кажется уместным отнести аноксит к той же группе, что и каолинит.
Совсем недавно было доказано, в частности в работе Бриндли и Робинсона, что среди минералов группы каолинита существуют значительные колебания в совершенстве укладки слоев, а, возможно, также и в правильности расположения ионов алюминия в октаэдрических слоях. Обычно эти минералы обладают правильной укладкой слоев, но в некоторых образцах по определенным направлениям можно обнаружить наличие неупорядоченности. Бриндли вначале предложил название «меллорит» для менее хорошо окристаллизованного материала, предполагая, что в этом случае имеется определенная степень такого рода неупорядоченности. В более поздней работе Бриндли выдвигает предположение, что в плохо окристаллизованных каолинитах существует значительный диапазон колебаний неупорядоченности, и нет оснований применять для этого случая специальный минералогический термин.
Термин «галлуазит» был введен в 1926 г. Бертье для обозначения материала, обнаруженного в пустотах каменноугольного известняка в районе старых цинковых и железорудных выработок недалеко от Льежа, Бельгия. Название было дано в честь Омалиуса Галлуа, который впервые обнаружил галлуазит. До введения рентгеновского диффракционного метода исследования многие образцы описывались как галлуазит. Дэна перечисляет 16 минералов, которые он отождествляет с понятием «галлуазит». Росс и Керр с помощью современных методов изучили большое количество такого рода материалов; кроме того, они получили из минералогических коллекций Льежского университета образцы, которые, как показали их исследования, также очень близки к галлуазиту. Росс и Керр показали, что галлуазит имеет кристаллическое строение и очень близок к каолиниту, но все же отличается от него. Теперь общепризнано, что галлуазит отличается от каолинита и представляет отдельный минеральный вид.
Росс и Керр в 1934 г. писали: «Существует два типа галлуазита: один тип обычно белый или светлоокрашенный, пористый, крошащийся или почти хлопковидный по своей текстуре другой тип — плотный, непористый и фарфоровидный». В том же году Гофманн, Энделл и Вилм отметили, что галуазит встречается в двух формах и что одна форма сильнее гидратирована, чем другая. Они нашли, что более гидратированная форма имеет более длинную ось с, чем каолинит, и при нагревании до 105° претерпевает изменение структуры, сопровождающееся дегидратацией и переходом в материал, подобный каолиниту. В 1935 г. Мемель, а в 1936 г. Корренс и Meмель выделили две формы галлуазита: одна из них имела тот же состав, что и каолинит, а другая отличалась от каолинита большим содержанием воды (+2Н2О). Они показали, что переход из более гидратированного состояния в менее гидратированное является необратимым процессом и происходит при температуре не ниже 60° и что менее гидратированная форма напоминает каолинит, но не полностью идентична ему. Мемель предложил назвать более гидратированную форму галлуазитом, а менее гидратированную — метагаллуазитом.
Александер и другие в 1943 г. предложили назвать галлуазитом менее гидратированную форму, а для более гидратированной формы предложили самостоятельное название — энделлит. Они исходили из того, что первоначальный материал, описанный Бертье, относится к менее гидратированной форме. Мак-Эван, не соглашаясь с этой точкой зрения, считает, что первоначальный материал относится к более гидратированной форме, и предлагает использовать термин «галлуазит» для обозначения всех встречающихся в природе образцов этого минерала независимо от степени и гидратации. Отмечая, что природный галлуазитовый материал может находиться в промежуточных стадиях гидратации, Мак-Эван предлагает в тех случаях, когда характер гидратации известен и когда необходимо его отметить, добавлять к названию минерала слова: водный, обезвоженный и промежуточный.
К сожалению, до настоящего времени среди минералогов, изучающих глины, нет единого взгляда на номенклатуру минералов группы галлуазита. Место, где впервые был обнаружен этот минерал, сейчас точно не известно, в связи с чем невозможно установить степень гидратации материала, который был первоначально описан Бертье как галлуазит. Отсутствие определенной номенклатуры для галлуазитов связано также с тем, что этот минерал даже при комнатной температуре может претерпевать гидратацию и дегидратацию.
На Амстердамском международном конгрессе почвоведов в 1950 г. специальное заседание было посвящено обсуждению вопроса о номенклатуре глинистых минералов и, в частности, вопросу о галлуазитах. По мнению участников конгресса, для внесения наибольшей простоты и ясности в этот вопрос следует применять название «галлуазит» в отношении всех форм этого минерала, а при необходимости — вводить такие пояснения, как полностью гидратированный, частично гидратированный, дегидратированный галлуазит, галлуазит 7-А и т. д. Эта наиболее приемлемая номенклатура и будет нами использоваться в данной книге.
Демур и Сальветат в 1847 г. предложили название «монтмориллонит» для обозначения минерала, найденного в районе Монтмориллона, Франция, и представляющего собой водный алюмосиликат с соотношением кремнезема к R2O3 примерно равным четырем и с небольшим содержанием щелочных и щелочноземельных металлов. Позднее Ле Шателье исследовал этот минерал и вывел для него формулу 4SiО2 * Al2O3 * H2O + nН2O, которую принял также и Дэна. Дэна дал перечень названий минералов, которые, по его мнению, следует считать полностью или частично подобными монтмориллониту.
Росс с сотрудниками в ряде классических исследований, опубликованных в 1926—1945 гг., показал, что монтмориллонит представляет отдельную группу глинистых минералов, и выявил колебания, наблюдающиеся в составе минералов этой группы. Например, они определили возможные колебания отношения кремнезема к R2O3 и указали на возможность полного замещения алюминия железом и магнием. Росс отмечал, что во многих образцах очень часто в сравнительно небольших количествах присутствует магний, являясь, очевидно, существенной составной частью этого минерала.
Гофманн, Энделл и Вилм в 1933 г. предложили структуру монтмориллонита, объясняющую характер разбухания решетки этого минерала, что свойственно данной группе минералов. Грюнер и Маршалл в 1935 г. рассмотрели возможные типы замещений в пределах монтмориллонитовой структуры и подчеркнули важность этого явления.
Кронштедт в 1788 г. описал минерал, названный им «смектис» (smectis), который, вероятно, представлял собой разновидность монтмориллонита. Керр в 1932 г. доказал, что глинистые материалы, описанные ранее как смектит, в действительности являются монтмориллонитами. В связи с этим можно считать доказанным, что термин «смектит» появился раньше, чем термин «монтмориллонит». Однако термин «монтмориллонит» стал общеупотребительным, в то время как термин «смектит» вышел из употребления или используется в большинстве случаев для обозначения «фуллеровой земли», а не как название определенного минерала. Керр считает, что более целесообразно пользоваться термином «монтмориллонит» и отбросить термин «смектит».
Сейчас трудно установить, когда впервые было употреблено название «сапонит», происходящее от слова «сапо», что означает мыло. В 1840 г. Сванберг использовал этот термин, а в 1942 г. опубликовал данные химического анализа, указывающие, что этот материал в основном представляет собой водный магнезиальный силикат. До развития современных методов исследования невозможно было правильно охарактеризовать этот минерал, в связи с чем в литературе под названием «сапонит» рассматривалось значительное число материалов. Росс и Керр в 1931 г. установили, что сапонит является членом группы монтмориллонита с более высоким содержанием MgO. Росс и Хендрикс в 1945 г. отнесли сапонит к монтмориллонитовой группе, в которой Al3+ почти полностью замещен Mg++, a Si4+ частично замещен Al3+.
В настоящее время термин «монтмориллонит» употребляется для обозначения всей группы глинистых минералов с разбухающей решеткой, за исключением вермикулита, а также как название отдельного минерального вида. В последнем случае этот термин обозначает конечный член группы монтмориллонита с высоким содержанием алюминия, незначительным замещением Al3+ на Mg++ и почти полным отсутствием замещения Si1+ на Al3+. Недавно Мак-Эван для группы глинистых минералов с разбухающей решеткой предложил термин «монтмориллоноид»; термин «монтмориллонит», по его мнению, должен отвечать только определенному минеральному виду.
Бертье в 1827 г. предложил название «нонтронит» для обозначения материала, связанного с марганцевыми рудами из месторождения Аррондисмент в Нонтроне, близ деревни Сен-Парду, Франция. Химический анализ, произведенный Бертье, показал, что этот минерал представляет собой водный силикат железа. Коллинс в 1877 г. первым обнаружил связь между нонтронитом и монтмориллонитом; кроме того, тождественность этих минералов была установлена Ларсеном и Штейгером, Россом и Керром, а также Грюнером. В настоящее время термин «нонтронит» обозначает богатый железом конечный член монтмориллонитовой группы.
Название «вермикулит», происходящее от латинского слова «vermiculair», что значит разводить червей, было впервые употреблено Уэббом в 1824 г. для обозначения материала из Милбери, штат Массачусетс, США. Вермикулиты рассматриваюсь вначале как продукты изменения главным образом биотита и флогопита. Считали, что они близки к слюдам и что их химический состав колеблется в значительных пределах. До появления Работ Грюнера, Хендрикса и Джефферсона по исследованию структуры вермикулитов было неизвестно, является ли вермикулит самостоятельным минералом. Только совсем недавно Мак-Эваном было обнаружено присутствие дисперсного вермикулита в глинах в качестве глинистого минерала.
Вермикулиты обладают разбухающей решеткой, которая в отличие от решетки монтмориллонита разбухает только в ограниченной степени. Возможные колебания состава вермикулитов не изучены; известно лишь, что вермикулит всегда содержит значительное количество магния и закисного железа (частично и окисного). Присутствующий в его составе Mg++ является характерным обменным катионом. Подобно монтмориллонитам, вермикулиты обладают высокой способностью к катионному обмену. Иногда вермикулит может иметь такой же состав, как и монтмориллонит; в этом случае единственным различием между ними служит сравнительно большая величина вермикулитовых частиц в образце.
Термин «иллит» (от Иллинойс) был предложен Гримом, Брэем и Брэдли в 1937 г. не как специфическое название отдельного глинистого минерала, а в качестве общего термина, обозначающего слюдоподобные глинистые минералы. Еще до 1937 г. многие исследователи отмечали широкое распространение слюдоподобных глинистых минералов в глинах; для обозначения последних были предложены различные названия, как, например, калийсодержащий глинистый минерал, серицитоподобный глинистый минерал, глиммертон. Грим и другие выдвинули ряд возражений против этих ранее предложенных названий; в настоящее время термин «иллит» широко признан и означает слюдоподобный глинистый минерал с межплоскостным расстоянием вдоль оси с, равным 10 А, и решеткой, не проявляющей способности к разбуханию.
Грим, Брэй и Брэдли дали следующую общую формулу для иллита: (OH)4Kн(Si8уAly)(Al4*Fe4*Mg4*Mg6)O20. В мусковите у равен 2, в то время как для иллита значение у меньше 2 и чаще всего находится в пределах от 1 до 1,5. Согласно этой формуле, иллит включает как триоктаэдрические, так и диоктаэдрическис типы, причем не делается попытки провести границу между биотитовым и мусковитовым типами кристаллизации. Теперь название «иллит» общепризнано, и мы в настоящем руководстве будет пользоваться им для обозначения слюдистых глинистых минералов как диоктаэдрических, так и триоктаэдрических, кристаллизующихся по типу мусковита или биотита. Возможно, будущие, более детальные исследования глинистых минералов, входящих в группу иллита, покажут, что целесообразно расчленить эту группу или даже ввести для ее характеристики другие, более крупные подразделения.
Росс и его сотрудники для обозначения слюдоподобных глинистых минералов термин «иллит» предлагали заменить термином «бравайзит», так как последнее название появилось раньше. В действительности бравайзит является смесью монтмориллонита и слюдоподобного глинистого минерала, в связи с чем он не может рассматриваться как отдельный минеральный вид. Гофман, Энделл и Вилм вместо названия «иллит» предлагали употреблять название «сароспатит», но, как и в предыдущем случае, выяснилось, что этот материал, полученный из Сароспатака, Венгрия, оказался смесью глинистых минералов. Для новых групп глинистых минералов целесообразнее вводить новые названия, нежели пытаться пересматривать старые, особенно в тех случаях, когда старое название отвечает смеси минералов.
Термин «хлорит» был впервые введен Вернером в 1800 г. для обозначения группы зеленых водных силикатов, которые близки к слюдам; в составе хлоритов весьма важную роль играет окисное железо. Под этим названием были описаны различные минералы, что создавало путаницу в определении характерных свойств и действительной принадлежности той или иной минеральной разновидности к этой группе.
Паулинг и Мак-Мерчи описали общие структурные особенности хлоритов, а Баршад и Бриндли детально разработали вопрос о связи хлоритов с другими слюдами и о колебаниях в структуре отдельных членов этого ряда. В структурном отношении хлориты представляют собой правильное переслаивание биотитовых слоев со слоями брусита; они явились первым примером образования более сложных структур из переслаивающихся слоев. В настоящее время известно, что для глинистых минералов подобное явление весьма обычно.
Только недавно Мак-Эваном обнаружено, что хлориты являются важной составной частью многих глинистых материалов. Возможно, глинистые материалы гораздо более богаты хлоритами, чем известно в настоящее время. Определение хлоритов затруднено, особенно когда они находятся в небольших количествах и в смеси с другими глинистыми минералами, в частности с каолинитом.
Термины «сепиолит» и «меершаум» (морская пена) минералоги долгое время считали синонимами. Термин «меершаум» введен Вернером в 1789 г. и в переводе с немецкого означает «морская пена», напоминая о легкости и цвете минерала. Термин «сепиолит» предложен Глокером в 1847 г.; он происходит греческого слова «сепия» (каракатица — животное, обладающее легким и пористым скелетом). Согласно Дэна, сепиолит может изменяться от плотного, жирного на ощупь, до землистого или волокнистого. Дэна приписывает ему следующую формулу: 2Н2О*2MgO*3SiО2. Позднее Шеллер установил, что формула этого минерала 4H2О2MgО3SiО2.
Название «палыгорскит» было впервые предложено Ферсманом для группы волокнистых водных силикатов, образующих изоморфный ряд с парамонтмориллонитом и сепиолитом в качестве конечных членов. Парамонтмориллонит — алюминиевый водный силикат, сходный с монтмориллонитом во всех отношениях, кроме волокнистой структуры; сепиолит — магнезиальный водный силикат. Лоншамбон, Мижен и Де Лапаран весьма детально изучили эту группу минералов, но, тем не менее, требуются дополнительные исследования для полного выявления их природы. Термин «палыгорскит» использовался также для обозначения сепиолита, в котором часть магния замещена алюминием. Лоншамбон первый предположил, что минералы этого ряда обладают амфиболоподобной структурой, образованной сдвоенными цепями кремнекислородных тетраэдров, в то время как Лапаран считал их аналогами слюд.
Название «аттапульгит» впервые было введено Лапараном в 1935 г. для обозначения глинистого минерала, обнаруженного им в «фуллеровой земле» из Аттапалгеса, штат Джорджия, Куинси, штат Флорида, и Мормуарона, Франция. Брэдли показал, что существенную часть структуры аттапульгита составляют кремнекислородные цепи амфиболового типа. Повидимому, аттапульгит следует классифицировать вместе с сепиолитом и палыгорскитом. Брэдли даст следующую идеальную формулу аттапульгита: (OH2)4(OH)2Mg5Si8-O204H2O, где магний в значительной степени замещен алюминием.
Можно предполагать, что минералы группы сепиолит-аттапульгит-палыгорскита гораздо более многочисленны и распространены шире, чем это считается в настоящее время. При минералогическом анализе глин их легко спутать друг с другом. Все эти минералы хорошо растворимы в кислотах и часто встречаются в известковых породах. Они разрушаются, когда определению глинистых минералов предшествует предварительная обработка в кислотах с целью растворения карбонатов.