Обезвоживание и фазовые изменения при нагревании. Кривая обезвоживания, опубликованная Наттингом, показывает значительную потерю воды при температуре около 100°. От 100 до 850° наблюдается постепенная потеря воды, при 850° обезвоживание в основном заканчивается. На кривой видны перегибы, указывающие на сравнительно более быстрое обезвоживание в области около 400° и выше 700°. Уолкер опубликовал кривые обезвоживания вермикулита. По его данным, потеря воды происходит большей частью в три этапа: ниже 100°, от 250 до 400° и от 600 до 850°. По данным Уолкера, количество воды, выделяющееся на каждой такой ступени, выраженное в процентах, составляет соответственно 48, 25 и 27% от всей воды, содержащейся в минерале.
Баршад и Уолкер опубликовали дифференциальные кривые нагревания для вермикулита. Природный вермикулит дает большую раздвоенную низкотемпературную эндотермическую реакцию с главным максимумом около 150—200° и вторым менее интенсивным максимумом при 250—275°. Реакция вызвана потерей межслоевой воды.
Уолкер объясняет характер низкотемпературного эндотермического пика следующим образом: межслоевая вода в природном вермикулите представляет собой водную оболочку вокруг ионов Mg++, состоящую из 6 молекул воды. Она включает также «свободную» воду, расположенную в пространстве между окруженными водой ионами Mg++. Низкотемпературный эндотермический пик соответствует потере несвязанной воды, которая выделяется при нагревании около 100°. Потеря несвязанной воды сопровождается изменением размеров вдоль оси с до 11,8 А. Таким образом, остается место только для одного молекулярного слоя воды между силикатными слоями. Разрушение структуры приводит к тому, что водная оболочка Mg++ приобретает плоскую форму, причем две молекулы воды становятся несвязанными и Mg++ оказывается окруженным лишь 4 молекулами воды. Две молекулы воды, освободившиеся при разрушении структуры, также участвуют во время первого максимума низкотемпературной эндотермической реакции. Второй изгиб этой реакции соответствует потере оставшихся 4 молекул воды, окружающих Mg++.
Как показано на фиг. 75, отрезок дифференциальных кривых нагревания, который соответствует потере межслоевой воды, изменяется в зависимости от обменного катиона, содержащегося в вермикулите. Эти изменения закономерны. Баршад показал, что если обменными ионами являются Ca++ и Mg++, в минерале имеется двойной слой воды; если обменные ионы Ba+, Li+ и Nа+ — один слой. Когда обменными ионами являются NH+, K+, Rb+ и Cs+, в минерале не наблюдается межслоевой воды. Размер и форма начальных пиков у вермикулита изменяются в зависимости от характера гидратации содержащегося в нем иона. Так, К-вермикулит дает слабую низкотемпературную эндотермическую реакцию, а Na-вермикулит — лишь единичный начальный эндотермический пик.
Данные, приводимые Наттингом, Баршадом и Уолкером, свидетельствуют, что гидроксильная вода решетки вермикулита из силикатной части структуры теряется постепенно в интервале температур от 500 до 850°. Следовательно, она не может вызвать резкую термическую реакцию. Эндотермическая реакция между 700 и 800° вызвана, вероятно, разрушением силикатной структуры, которое сопровождается потерей последней гидроксильной воды. Эндотермическая реакция при 600° у образца из Пенсильвании обусловлена присутствием некоторого количества хлорита, образующего тонкое переслаивание с вермикулитом.
По Баршаду, начальные стадии обезвоживания вермикулита связаны со сжатием решетки; рентгеновская диффракционная картина при этом подобна биотитовой. Если вермикулит подвергнуть быстрому нагреванию до 300°, он расслаивается и превращается в рыхлое вещество с малой плотностью, имеющее важное промышленное значение. При нагревании минерала до 150° подобного расслаивания не наблюдается. Таким образом, для расслаивания вермикулита нужно, чтобы вся межслоевая вода была удалена.
Высокотемпературные фазы, образующиеся при прокаливании вермикулита, не были детально исследованы. Уолкер показал, что в исследованном им образце образованию энстатита соответствовала резкая экзотермическая реакция при 800°. Высокотемпературные фазы должны быть разнообразны в зависимости от характера замещений в решетке и различных обменных ионов; возможно, они сходны с высокотемпературными фазами монтмориллонитов. Отрезки высокотемпературных кривых нагревания для вермикулитов с различными обменными катионами, приводимые Баршадом, сходны вследствие значительного разнообразия высокотемпературных фаз.
Достоверные данные о разбухании и сжатии вермикулита при его нагревании отсутствуют. Нет также данных об изменении его удельного веса в зависимости от температуры. Температуры плавления и процесс остеклования вермикулита и монтмориллонита сходны.
Регидратация. Уолкер показал, что свободная вода, выделяющаяся при 100°, почти тотчас же поглощается при остывании вермикулита при комнатной температуре, причем размеры решетки становятся прежними. Согласно Баршаду, даже после удаления всей межслоевой воды при 550° минерал при охлаждении вновь быстро поглощает воду. Первоначальные размеры решетки и его свойства восстанавливаются.
Способность поглощать воду исчезает постепенно при нагревании вермикулита выше 550°, полностью утрачивается — около 700° (по данным Уолкера). Вероятно, потеря способности вновь поглощать воду вызвана потерей гидроксильной воды. Поскольку силикатная ячейка вермикулита октафиллитозая, изменение структуры должно сопровождаться потерей гидроксильной воды. В связи с этим минерал не сможет, по-видимому, сохранить способность вновь поглощать воду при нагревании до более высоких температур.
Главная